電波傳播原理資料

第一章電波傳播無線電通信，是將信息變?yōu)殡娦盘?，再調(diào)制到高頻振蕩上，由發(fā)射天線把已調(diào)的高頻電流，以電磁波的形式發(fā)射出去。電磁波傳播到接收地點時，由接收天線將它接收下來，再變成已調(diào)的高頻電流，通過接收機(jī)放大、解調(diào)，取出信息，從而達(dá)到通信的目的。其工作過程如圖1.1所示。發(fā)送端電磁波接收端一、頻率、波長和波速的關(guān)系電磁波的特性可用它的頻率、波長和傳播速度來表示。一般用符號/代表頻率，常用的單位是赫、千赫和兆赫；用符號A代表波長，常用單位是米、厘米和毫米；用符號V代表波速，常用單位是公里/秒、米/秒等。頻率、波長和波速，這三個物理量之間的關(guān)系，可用公式1.1表示。V二入X/ 1.1電磁波在空中傳播的速度近似于光在真空中傳播的速度，其值為：V=3X108米/秒 1.2所以v3所以v3x108尢L1.33x1081.4在短波通信中，頻率常用兆赫為單位，1兆赫=106赫，所以波長入又可以寫為：300兆赫）米300兆赫）米1.5無線電波頻率、波長對照見表1.1表1.1頻率波長對照表20004000803500901001101202500130140KcM--L03075150800075007000KcM———37.5一?37.5650060005500一二500045004000404550556065707516McM15.51514.5亍18.751914 -2213.51312.51211.5—1110.5109.58.5202123242526272829303132333435363737.5Me32-31.5—3020004000803500901001101202500130140KcM--L03075150800075007000KcM———37.5一?37.5650060005500一二500045004000404550556065707516McM15.51514.5亍18.751914 -2213.51312.51211.5—1110.5109.58.5202123242526272829303132333435363737.5Me32-31.5—3029282726252423222120'9181716M=9.375二9.5-10]11=-13三14=—5716三18118.75300000300000計算公式：頻率（KC）=波長（M），波長（M）=頻率（KC）二、無線電波波段的劃分無線電波的頻率范圍很寬，根據(jù)無線電波傳播的特點，二、無線電波波段的劃分按工作波長的不同，一般劃分為極長波、超長波、長波、中波、短波、超短波和微波等波段，其波長劃分范圍一般如表1.2所示。波長名稱波長范圍頻率范圍極長波105米以上3千赫以下超長波105~104米3~30 千赫長 波104~103米30~300 千赫中 波103~102米300~3000 千赫短 波100~10 米3~30 兆赫超短波10~1 米30~300 兆赫微 波1米以下300兆赫以上表1.2無線電波長范圍表三、無線電波傳播的途徑及其特點無線電波的傳播途徑與波長有關(guān)，按其特點可分為四類。（一）地面波傳播由于對流層（距地面12—13公里的大氣層）中大氣的溫度、壓力和濕度是隨高度變化而變化的，使大氣層介電常數(shù)也隨高度發(fā)生變化。當(dāng)頻率60兆赫—10000兆赫的電磁波通過這些介電常數(shù)不均勻的大氣層時就三、無線電波傳播的途徑及其特點會產(chǎn)生散射，使無線電波重新回返回地面，散射傳播通信電路就是利用這種電波傳播方式建立起來的。地面波傳播（又叫表面波傳播）是指電磁波沿地球表面的繞射傳播。由于地面對電磁波有吸收作用，所以地面波的強(qiáng)度隨距離的增加而逐漸降低，降低的程度與地面波的頻率及地面結(jié)構(gòu)有關(guān)，例如海洋對地面波的吸收要比陸地對地面波的吸收小得多。在同一種地面結(jié)

構(gòu)情況下，頻率高時被吸收的多；頻率低時吸收的少。因此短波和超短波依靠地面波的傳播距離很近。而在長波和中波波段，靠地面波傳播可以通達(dá)很遠(yuǎn)的距離，所以長波和中波波段可以靠地面波建立電路。（a）表面波傳播（a）表面波傳播直射波反射波b）直射波反射波b）空間波傳播（二）空間波傳播空間波傳播是指發(fā)射的電磁波，經(jīng)空間以直線的方式直接到達(dá)接收點，以及經(jīng)地表面反射后到達(dá)接收點的傳播方式。這種空間波的傳播，由于受地球曲率半徑的影響，傳播距離較近。一般僅數(shù)十公里，基本上與視線范圍相同，因而天線架的越高，通信距離越遠(yuǎn)。所以為了增加通信距離，特高頻天線（如電視天線）架在很高的桿塔上；微波天線也常用桿塔架設(shè)或架在山頂上。超短波與微波，就是利用這種傳播方式建立起來電路的。在空間波的傳播過程中，電磁波只受地面大氣狀況變化的影響，所以通信情況比較穩(wěn)定。三）散射傳播物理性質(zhì)（溫度氣壓等）不均勻的對流層大氣壓或電離不均勻的電離層大氣團(tuán)（c）散射傳播（四）電離層波傳播電離層傳播，又叫天波傳播。它指發(fā)射的電磁波，被距地面 70—80公里以上的“電離層”反射回來而到達(dá)接收地點的傳播方式。當(dāng)電磁波的頻率較低時，電離層對其吸收強(qiáng)，電磁波的衰減大。當(dāng)電磁波頻率很高時，就會穿透電離層而不能反射。只有在短波段內(nèi)，才能得到良好的電磁波傳播，而建立起短波電路。電離層發(fā)收發(fā)收四、電離層（一）電離層的形成及其結(jié)構(gòu)電離層是由游離的氣體分子、原子以及自由電子組成的。它的形成主要是由于太陽的紫外線輻射、微粒輻射及宇宙線等的作用，其中以紫外線輻射為最重要。電離層可大致分為D、E、F1和F2四層。各層離地面的高度以及它們的平均電子密度（每立方厘米的自由電子數(shù)）如表1.3所示。表1.3 電離層高度、電子密度表層名離地面的高度（公一里） 電子密度里）（電子數(shù)立方厘米）備 注D60?80105夜間消失E100?1205X10—105電子密度晝大夜小F12004X105夜間消失常出現(xiàn)在夏季耳250?400105—2X105電子密度晝大夜小，冬季大夏季小除上述四層外，還有不定期E層，它是在原有E層的高度上形成一個強(qiáng)烈的S電離區(qū)域，E層的重要特征是它具有對無線電波的可透性。E層的臨界頻率很高，SS一般大大超過E層的臨界頻率。在我國夏季，E層臨界頻率較高，出現(xiàn)幾率也較大，而且在太陽活動低年的SE層的臨界頻率比高年的高。在太陽活動低年，夏季白天F層臨界頻率較低，利S用F層通信頻帶較窄。由于E層高度（約100公里）比F層低，因此，它可起著S通信的傳輸作用，特別是在我國黑子低年夏季白天E層基本上是經(jīng)常存在的，因S此國內(nèi)通信在這段時間利用E層通信可以有效的彌補(bǔ)F層的不足。S（二）無線電波在電離層中的折射和反射無線電波在電離層中的折射系數(shù)如式1.6所示-Nf 1.6式中N的單位是每立方米的自由電子數(shù)，f的單位是赫。假定電離層是由無數(shù)厚度極簿的平行薄片層構(gòu)成的，在每一薄片層中電子的密度假定是均勻的。電磁波在通過每一薄片層時折射一次，當(dāng)薄片層的數(shù)目無限增多時，電磁波的軌跡變成一光滑的曲線。這就是說，射入電離層的無線電波，將不沿直線傳播而沿曲線傳播，如圖1.3所示。

根據(jù)全反射的條件，當(dāng)電磁波頻率f、入射角e°和電磁波反射點的電子密度N之間滿足式1.7時，電磁波才能由該點反射回來（如圖1.4所示）81Nf2— cos2e~01.7由1.7式可見，對于一定的入射角00,f越高，電磁波反向點電子密度 N也應(yīng)愈大，才能滿足反射的條件。同樣，對于一定的頻率 f，00越小，反射點的電子密度N應(yīng)愈大。假使電磁波的頻率大于1.7式中電離層的最大電子密度所能使電磁波反射的頻率時，電磁波就會穿透電離層，而不會反射回地面上來。當(dāng)垂直投射時，1.7式簡化為：1.8式中f01.8式中f0是垂直投射的頻率。將1.8式代入1.7式，可得：1.9COS91.91.9式表示斜投射和正投射在同一N處反射時，此二頻率之間的關(guān)系。式中f表示斜投射頻率，00表示斜射時的入射角，f0表示垂直投射頻率。在垂直投射情況下，電磁波能從電離層反射回來的最高頻率，稱為電離層的臨界頻率。（三）電離層變化1．在正常情況下的變化電離層主要有D、E、F2四層。它們有規(guī)律的正常變化有三種情況：即晝夜變化，一年四季變化和太陽活動性周期變化。在正常情況下，E層距地面100—120公里，厚度約為30—40公里。電子密度在中緯度地區(qū)的夏季白天為1.5X105/厘米3，冬季白天為0.5X105/厘米3。到夜晚，因為沒有太陽的照射，空氣的游離停止，此處氣體稠密，電子復(fù)合很快，E層幾乎消失。D層的變化大致與E層相同。F層在夏季的白天分為兩層，較低的一層叫F1層，較高的一層叫F2層。到了晚上，F(xiàn)1層的氣體密度大，電子復(fù)合的機(jī)會多，于是自行消失，而f2層到晚上仍然存在。各地區(qū)的電離密度與太陽的照射情況有關(guān)，太陽直射時電離最強(qiáng)，斜射時電離最弱。太陽活動性變化（以太陽一年的平均黑子數(shù)來表示）對電離層的影響很大。太陽黑子的變化，大約每11年一個循環(huán)。太陽黑子多的時候，各層電離密度增大，太陽黑子少的時候，各層電離密度減小。2．在不正常情況下電離層的變化（1） 由于流星的飛過，引起電離層的變化，使得E層的臨界頻率增高，這種變化是沒有一定規(guī)律的。（2） 電離層突然騷動電離層突然騷動是由于太陽突然噴出包含各種波長的輻射能量，使電離層的電離密度劇增所造成的。太陽的噴射停止后，電離層要經(jīng)過1—2小時才能恢復(fù)正常狀態(tài)。電離層的突然騷動，會造成通信的突然中斷。（3）電離層爆變爆變的初期，電離層呈混亂狀態(tài)，層次不清。爆變后期，上層電離層，尤其是F2層，漸漸擴(kuò)張，臨界