近地區(qū)域中性介質(zhì)內(nèi)的電波傳播

近地區(qū)域中性介質(zhì)內(nèi)的電波傳播第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五4.9地波傳播4.9.1地波當(dāng)收、發(fā)天線離地面一定高度時，視線區(qū)內(nèi)接收點(diǎn)的波場為空間直達(dá)波、地面反射波和地波的疊加，當(dāng)天線高度趨于零時，空間波與反射波相抵消，電波僅以地波方式傳播地波定義：沿地球表面?zhèn)鞑サ碾姶挪ń械夭ɑ虮砻娌ā５夭ㄐ问剑河捎诘厍虮砻娴膹澢?，地波主要是由繞射現(xiàn)象形成的圍繞地球傳播的無線電波。地波波段：長波、中波和短波的部分波段。第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五（1）當(dāng)時，地面近于理想介質(zhì)；（2）當(dāng)時，地面近于理想導(dǎo)體；（3）是臨界波長，它可用于判斷地面近于介質(zhì)或?qū)w。復(fù)相對介電常數(shù)：第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五阻抗型邊界條件(良導(dǎo)體邊界)電磁波進(jìn)入良導(dǎo)體，不論其原來的方向如何，基本上都會近似垂直于界面?zhèn)鞑ァ?212K是介質(zhì)2相對于1的相對介電常數(shù)。對于良導(dǎo)體K是復(fù)數(shù)，且|K|>>1，2~0.第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五設(shè)在良導(dǎo)體（介質(zhì)2）內(nèi)有平面波，則 邊界上切向場具有連續(xù)性 所以E2H2E1tH1t列昂托維奇近似邊界條件H1E1E1z第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五4.9.2地面上表面波的場地波的分類：（1）沿地球表面?zhèn)鞑サ谋砻娌ǎ唬?）直射波和由地球表面反射的波組成的空間波。第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五（1）假設(shè)條件a)地面是z=0的平面；b)地面是非良導(dǎo)體。（2）表面波場的近似解（4-141）式中，w是一個慢變函數(shù)，表示地面的衰減作用。表面波的場：第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五在分界面下的介質(zhì)中，波的電場滿足設(shè)解具有的形式，則第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五于是有：第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五有關(guān)結(jié)論地面上接收宜采用垂直天線；地下通信中宜采用水平天線；波前傾斜第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五4.9.3半導(dǎo)電地面上的場強(qiáng)計(jì)算地表上長度為l的偶極子所輻射的地波場強(qiáng)為：這里，w是考慮地面損耗作用的一個衰減函數(shù)。索莫菲爾德（A.Sommerferd）求解了垂直天線在半導(dǎo)電地面上輻射場的一般問題，結(jié)果表明衰減函數(shù)w依賴于所謂數(shù)值距離p和相位常數(shù)b這兩個輔助常數(shù)。而p和b由與波長、傳播距離和地面電特性有關(guān)。第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五對于垂直偏振對于水平偏振（4-149）（4-150）其中：第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五地波在導(dǎo)航與雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用地波傳播的損耗和相位延遲主要受地表層電導(dǎo)率及地形、地貌、植被等因素的影響，傳播特性穩(wěn)定度高，適用于高精度的無線電導(dǎo)航和授時及雷達(dá)等系統(tǒng)。實(shí)用中的關(guān)鍵問題之一在于排除電離層反射波的干擾，獲得盡可能大的穩(wěn)定地地波傳播距離。至于對流層不均勻性，除要考慮大氣折射（借助等效地球半徑）外，其他影響對所討論的頻段不是很重要。另一個關(guān)鍵問題是對地波場強(qiáng)和相位延遲的預(yù)測，特別是對陸地、山岳、叢林等復(fù)雜路徑的相位預(yù)測，它關(guān)系到系統(tǒng)高精度性能要求的實(shí)現(xiàn)。第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五低頻（LF）地波導(dǎo)航與授時以美國羅蘭(Loran)-C為代表的脈沖-相位雙曲線導(dǎo)航系統(tǒng)，是低頻地波傳播應(yīng)用的典型應(yīng)用。羅蘭脈沖載頻取為100KHz，是綜合考慮了收發(fā)設(shè)備與地波傳播特性等各種因素的最佳選擇。當(dāng)頻率增高，地波衰減劇增，傳播距離太近；頻率再低，難于發(fā)射并具有陡峭上升前沿的脈沖波形。雙曲線導(dǎo)航系統(tǒng)一般由1個主臺和2個副臺組成固定的臺鏈，同步地發(fā)射導(dǎo)航信號，由主臺至兩副臺的距離差為常數(shù)，可形成兩組位置線，對于已知臺鏈坐標(biāo)的系統(tǒng)，兩位置線的焦點(diǎn)對應(yīng)于覆蓋區(qū)內(nèi)確定的位置。第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五無線電導(dǎo)航系統(tǒng)測量的主要參數(shù)是主副臺兩條路徑電波傳播的時間差，系統(tǒng)制訂的位置線圖（或稱海圖）是按光速將時差換算為距離差，但實(shí)際上，地波的傳播速度異于光速并隨空間和時間有所變化。因此，使用海圖時需要進(jìn)行電波傳播速度預(yù)測和修正。羅蘭-C導(dǎo)航系統(tǒng)的傳播時差是通過測量載頻相位差來實(shí)現(xiàn)，同時利用脈沖定時點(diǎn)解決相位差測量整周期多值性問題。第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五電波沿路徑r的傳播總相位為微分相速可定義為式中，c為光速，為地波傳播二次相位（即相對于自由空間傳播附加的）因子。在離開發(fā)射點(diǎn)一定距離（陸地約70km，海上約20km）時，隨距離的變化接近于線性，即存在一個等效的平均相速。第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五在實(shí)測中，經(jīng)常是測量大距離區(qū)間上的相位差，涉及的是平均相速。由總相位則有：第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五在導(dǎo)航定位過程中，由測量的相位差和給定的平均相速預(yù)測值，換算為兩條位置線的距離差，則有：第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五海態(tài)高頻地波超視距雷達(dá)［已作專題介紹］填補(bǔ)微波視距雷達(dá)和HF天波超視距雷達(dá)覆蓋不到的區(qū)域Bragg散射海態(tài)參數(shù)提?。L(fēng)場、浪場、流場等）移動目標(biāo)探測（艦船、飛機(jī)、冰山等）第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五4.10波導(dǎo)模傳播20世紀(jì)40年代金屬結(jié)構(gòu)的空心波導(dǎo)，用于傳輸微波能量；20世紀(jì)80年代開發(fā)的介質(zhì)波導(dǎo)（如光纖），用于傳輸數(shù)字信號（如聲音、數(shù)據(jù)、圖像等）天然波導(dǎo)（如地球—電離層波導(dǎo)，對流層波導(dǎo)等），能傳播低頻和甚低頻、超短波和微波頻段的無線電波。第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五4.10.1平行導(dǎo)電平面之間的波導(dǎo)第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五

假設(shè)電波是水平極化的（橫電波或TE波），則電場只有y分量，于是，上行波為（4-153）

到達(dá)介質(zhì)1與介質(zhì)3的表面后，一部分能量透射進(jìn)入介質(zhì)3，另一部分能量被反射回來成為下行波為（4-154）波導(dǎo)中的波場：第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五（4-157）設(shè)介質(zhì)2和介質(zhì)3均為理想導(dǎo)體，則有（TE波）（TM波）對這兩種類型的波，模條件（4-156）式化簡為：或波導(dǎo)的截止條件：第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五（4-158）或圖4.53平行平板間波的傳播與截止現(xiàn)象第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五由此可得到波導(dǎo)的截止條件：相應(yīng)的截止波長為：（4-159）因此波導(dǎo)的傳播條件是（4-160）第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期五（4-161），于是由可知，等效傳播常數(shù)為其中，稱為波導(dǎo)的截止頻率。等效折射率：第二十八頁，