第7章电波传播概论.ppt

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1、第7章电波传播概论7.1 电波传播的基本概念电波传播的基本概念7.2 视距传播视距传播7.3 天波传播天波传播7.4 地面波传播地面波传播7.5 不均匀媒质的散射传播不均匀媒质的散射传播第第7章章 电波传播概论电波传播概论第7章电波传播概论 7.1电波传播的基本概念电波传播的基本概念一、自由空间的基本传输损耗一、自由空间的基本传输损耗 1、定义：、定义：自由空间中，收发天线相距自由空间中，收发天线相距r，载波频率为，载波频率为f，输入到发射，输入到发射天线的功率为天线的功率为Pi，从接收天线接收的功率为，从接收天线接收的功率为PR，则输入功率，则输入功率与接收功率的比值定义为自由空间的基本损耗

2、：与接收功率的比值定义为自由空间的基本损耗：10lg32.4520lg()20lg()()()ibfRiRPLPf MHzr kmG dBGdB iGRG和和 分别为发射天线和接收天线的增益系数。分别为发射天线和接收天线的增益系数。44220RiieRGrGpASp第7章电波传播概论 2、分析：、分析：如果忽略两个天线的因素，自由空间的基本传输损耗为：如果忽略两个天线的因素，自由空间的基本传输损耗为：可见，自由空间的基本传输损耗是由于球面波在传输过程可见，自由空间的基本传输损耗是由于球面波在传输过程中，由于距离的增大，能量扩散而引起的，是球面波的扩散损中，由于距离的增大，能量扩散而引起的，是球

3、面波的扩散损耗。耗。32.4520lg()20lg()()()bfiRLf MHzr kmG dBGdB032.4520lg()20lg()Lf MHzr km第7章电波传播概论二、传输媒质对电波传播的影响二、传输媒质对电波传播的影响 1、传输损耗（信道损耗）、传输损耗（信道损耗）电波传播时实际媒质并非自由空间。电波传播时实际媒质并非自由空间。因此，实际的传输损耗会在自由空间基本传输损耗的基因此，实际的传输损耗会在自由空间基本传输损耗的基础上附加实际媒质产生的损耗。础上附加实际媒质产生的损耗。这种能量损耗可能是由于大气对电波的吸收或散射引起这种能量损耗可能是由于大气对电波的吸收或散射引起的的,

4、也可能是由于电波绕过球形地面或障碍物的绕射引起的。也可能是由于电波绕过球形地面或障碍物的绕射引起的。A为实际媒质的损耗。为实际媒质的损耗。)()(lg20)(lg2045.32dBAkmrMHzfLb第7章电波传播概论 2、衰落现象、衰落现象 衰落的概念：衰落的概念：一般是指信号电平随时间或空间位置的随机起伏变化。一般是指信号电平随时间或空间位置的随机起伏变化。衰落的产生原因：吸收型衰落和干涉型衰落衰落的产生原因：吸收型衰落和干涉型衰落 吸收型衰落吸收型衰落 主要是大气中的氧、水汽以及由水汽凝聚而成的云、雾、主要是大气中的氧、水汽以及由水汽凝聚而成的云、雾、雨、雪等对电波的吸收而产生的衰落。吸

5、收型衰落与气候条件雨、雪等对电波的吸收而产生的衰落。吸收型衰落与气候条件密切相关。密切相关。吸收型衰落为慢衰落，引起信号电平中值的缓慢变化。吸收型衰落为慢衰落，引起信号电平中值的缓慢变化。第7章电波传播概论第7章电波传播概论 干涉型衰落干涉型衰落 主要是由随机多径干涉现象引起的。主要是由随机多径干涉现象引起的。在传播过程中，往往存在多条随机的传播路径，行程的不在传播过程中，往往存在多条随机的传播路径，行程的不同使信号到达接收天线时的相位随机变化。同使信号到达接收天线时的相位随机变化。多个不同强度、不同相位的信号（多径信号）在接收天线多个不同强度、不同相位的信号（多径信号）在接收天线处相互迭加（

6、干涉），引起接收的信号电平发生快速而深度的处相互迭加（干涉），引起接收的信号电平发生快速而深度的衰落，这种衰落称为快衰落。衰落，这种衰落称为快衰落。抗衰落措施抗衰落措施 信号的衰落现象严重地影响电波传播的稳定性和系统的可信号的衰落现象严重地影响电波传播的稳定性和系统的可靠性，必要时可采取有效措施（如分集接收）加以克服。靠性，必要时可采取有效措施（如分集接收）加以克服。第7章电波传播概论 3、传输失真、传输失真 定义定义 无线电波通过媒质时产生的信号畸变称为失真，包括振无线电波通过媒质时产生的信号畸变称为失真，包括振幅失真和相位失真。幅失真和相位失真。衰落和失真衰落和失真 如果只有信号衰落而没有

7、失真，理论上可以通过理想的如果只有信号衰落而没有失真，理论上可以通过理想的放大器完全恢复原始信号。如果产生了失真，就不能实现。放大器完全恢复原始信号。如果产生了失真，就不能实现。产生失真的原因：媒质的色散效应，随机多径传输效应。产生失真的原因：媒质的色散效应，随机多径传输效应。色散效应色散效应 载有信号的无线电波都占据一定的频带，不同频率的无载有信号的无线电波都占据一定的频带，不同频率的无线电波在媒质中的传播速度有差别，因此到达接收天线时不线电波在媒质中的传播速度有差别，因此到达接收天线时不能严格保持原来的相位关系，从而引起信号的失真。能严格保持原来的相位关系，从而引起信号的失真。第7章电波传

8、播概论 多径效应多径效应 多径效应使接收端获得的是多个不同幅度、相位信号的迭多径效应使接收端获得的是多个不同幅度、相位信号的迭加，因此会同时产生幅度和相位失真。加，因此会同时产生幅度和相位失真。设接收点的场是两条路径传来的相位差为设接收点的场是两条路径传来的相位差为=的两个电的两个电场的矢量和。最大的传输时延与最小的传输时延的差值定义为场的矢量和。最大的传输时延与最小的传输时延的差值定义为多径时延多径时延。对所传输信号中的每个频率成分。对所传输信号中的每个频率成分,相同的相同的值引起值引起不不同的相差。同的相差。例如对例如对f1，若，若1=1=,则因二矢量反相抵消则因二矢量反相抵消,此此分量的

9、合成场强呈现最小值；而对分量的合成场强呈现最小值；而对f2,若若2=2=2,则因二矢则因二矢量同相相加量同相相加,此分量的合成场强呈现最大值。此分量的合成场强呈现最大值。多径效应引起信号的多径效应引起信号的频率选择性衰落频率选择性衰落，如图，如图7-2。显然显然,若信号带宽过大若信号带宽过大,就会引起较明显的失真。所以一般就会引起较明显的失真。所以一般情况下情况下,信号带宽不能超过信号带宽不能超过1/（相关带宽相关带宽）。）。第7章电波传播概论图图7-2 多径传输效应多径传输效应第7章电波传播概论 4、电波传播方向的变化、电波传播方向的变化 电波在无限大的均匀、线性媒质内沿直线传播。电波在无限

10、大的均匀、线性媒质内沿直线传播。然而电波传播实际所经历的空间场所是复杂多样的：然而电波传播实际所经历的空间场所是复杂多样的：不同媒质的分界处将使电波折射、反射；不同媒质的分界处将使电波折射、反射；媒质中的不均匀体如对流层中的湍流团使电波产生散射；媒质中的不均匀体如对流层中的湍流团使电波产生散射；球形地面和障碍物将使电波产生绕射；球形地面和障碍物将使电波产生绕射；特别是某些传输媒质的时变性使射线轨迹随机变化，使得特别是某些传输媒质的时变性使射线轨迹随机变化，使得到达接收天线处的射线入射角随机起伏，使接收信号产生严重到达接收天线处的射线入射角随机起伏，使接收信号产生严重的衰落。的衰落。第7章电波传

11、播概论7.2 视距传播视距传播一、定义一、定义 视距传播：视距传播：依靠发射天线与接收天线之间的直射线进行的依靠发射天线与接收天线之间的直射线进行的传播方式传播方式。主要用于超短波和微波波段的电波传播。地面通信、卫星主要用于超短波和微波波段的电波传播。地面通信、卫星通信以及雷达等都可以采用这种传播方式。通信以及雷达等都可以采用这种传播方式。二、视线距离二、视线距离 1、地球曲率对视线距离的影响、地球曲率对视线距离的影响 设发射天线高度为设发射天线高度为h1、接收天线高度为、接收天线高度为h2，由于地球曲率，由于地球曲率的影响，两个天线之间的视线距离（相互看得见）为：的影响，两个天线之间的视线距

12、离（相互看得见）为：312122()3.57()10vrahhhh第7章电波传播概论图图7-3 视线距离视线距离第7章电波传播概论 2、大气折射率对视线距离的影响、大气折射率对视线距离的影响 大气层是非均匀媒质，介电常数和折射率是高度的函数，大气层是非均匀媒质，介电常数和折射率是高度的函数，随高度的增加而减小。随高度的增加而减小。)(10)(12.4)(232121mhhhharev 大气折射率的变化使电波大气折射率的变化使电波射线向下弯曲，有利于电波实射线向下弯曲，有利于电波实现更远距离的传播。现更远距离的传播。如果考虑大气折射率的影如果考虑大气折射率的影响，视距传输距离需要修正。响，视距传

13、输距离需要修正。第7章电波传播概论三、大气对电波的衰减三、大气对电波的衰减 大气对电波的衰减主要来自两个方面：大气对电波的衰减主要来自两个方面：1、热吸收和谐振吸收、热吸收和谐振吸收：云、雾、雨等小水滴对电波的热：云、雾、雨等小水滴对电波的热吸收与小水滴的浓度有关；水分子、氧分子对电波的谐振吸收吸收与小水滴的浓度有关；水分子、氧分子对电波的谐振吸收与工作波长有关。与工作波长有关。2、散射衰减、散射衰减：云、雾、雨等小水滴对电波的散射：云、雾、雨等小水滴对电波的散射,散射衰散射衰减与小水滴半径的六次方成正比，与波长减与小水滴半径的六次方成正比，与波长的四次方成反比。的四次方成反比。工作波长短于工

14、作波长短于5cm时，就应该考虑大气层对电波的衰减，时，就应该考虑大气层对电波的衰减，工作波长短于工作波长短于3cm时，大气层对电波的衰减将趋于严重。时，大气层对电波的衰减将趋于严重。第7章电波传播概论四、反射波的影响四、反射波的影响 1、概念、概念 视距传播中，除了直射波外，还存在从发射天线经由地面视距传播中，除了直射波外，还存在从发射天线经由地面反射到达接收天线的反射波，接收天线处的场是直射波与反射反射到达接收天线的反射波，接收天线处的场是直射波与反射波的叠加。波的叠加。当波长较大、投射角很小时，光滑地面的反射系数接近于当波长较大、投射角很小时，光滑地面的反射系数接近于1。2、结论、结论 当

15、工作波长和收、发天线间距不变时当工作波长和收、发天线间距不变时,接收点场强随天接收点场强随天线高度线高度h1和和h2的变化在零值与最大值之间波动。的变化在零值与最大值之间波动。第7章电波传播概论 工作波长工作波长和天线高度和天线高度h1和和h2都不变时都不变时,接收点场强随两接收点场强随两天线间距的增大而呈波动变化，间距减小，波动范围减小。天线间距的增大而呈波动变化，间距减小，波动范围减小。衰减因子衰减因子天线高度天线高度距离距离接收点场强随天线高度和距离的变化曲线接收点场强随天线高度和距离的变化曲线第7章电波传播概论 当两天线高度h1和h2和间距d不变时,接收点场强随工作波长呈波动变化。衰减

16、因子衰减因子接收点场强随工作波长的变化曲线接收点场强随工作波长的变化曲线第7章电波传播概论五、总结五、总结 总之，在微波视距通信设计中，为使接收点场强稳定，总之，在微波视距通信设计中，为使接收点场强稳定，希望反射波的成分愈小愈好。所以在通信信道路径的设计希望反射波的成分愈小愈好。所以在通信信道路径的设计和选择时，要尽可能地利用起伏不平的地形或地物，使反和选择时，要尽可能地利用起伏不平的地形或地物，使反射波场强削弱或改变反射波的传播方向，使其不能到达接射波场强削弱或改变反射波的传播方向，使其不能到达接收点，以保证接收点场强稳定。收点，以保证接收点场强稳定。第7章电波传播概论7.3 天波传播天波传播一、概念一、概念 天波传播：指发射天线发出的电波在高空被电离层反射天波传播：指发射天线发出的电波在高空被电离层反射后到达接收点的传播方式，主要用于中波和短波波段。后到达接收点的传播方式，主要用于中波和短波波段。二、大气层介绍二、大气层介绍第7章电波传播概论第7章电波传播概论三、电离层概况三、电离层概况 1、产生、产生 电离层主要是由于高层大气分子电离层主要是由于高层大气分子吸收太阳辐射能量后电离