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通信技术基础课程 第*页 ■ 第三章 信源压缩编码 第3-*页 ■ 第一讲 模拟信号的数字化 一、电波在大气中的传播特性 对流层 平流层 中间层 热层 散逸层 中性层 电离层 磁层 0 km 7~10 km 50 km 80~85 km 800 km 2000~3000 km 热分层 电分层 大气的分层 无线电波可在地球表面传播，也可在大气层和真空（自由空间）中传播。 在不同的传输媒质中，无线电波表现出不同的传输特性。 对电磁波传播有哪些影响？ 氧气分子与水蒸汽在特定频率电磁波的作用下发生共振，从而吸收信号能量。 避免在大气层内使用上述吸收峰附近的频率进行通信（可以用于空间通信）。 水蒸气吸收峰 22.3GHz 氧分子吸收峰 60GHz 一、电波在大气中的传播特性 1、氧气分子和水蒸汽对电磁波的吸收 一、电波在大气中的传播特性 2、雨、雾、雪等气象微粒对电磁波的吸收 和散射 一、电波在大气中的传播特性 3、对流层对电磁波的折射 大气的压力、温度和湿度随地区及离开地面的高度而变化，因而是不均匀的 大气折射率随高度的变化，将引起电波传播方向发生弯曲，称为大气对电波的折射 折射率减小 ?1 ?2 n2 n1 高度增加 简单的解释 3、对流层对电磁波的折射 密度降低 折射率减小 波阵面 波阵面(Wavefront)，也称“等相面”，同一源发出的波在介质中传播相同时间所到达各点组成的面，同一波阵面上各点的相位相同。 波在折射率大的介质中传播速度慢，而在折射率低的介质中传播速度快。 高度增加 一、电波在大气中的传播特性 4、电磁波在电离层中的传播 电离层特性：电离层位于地表50~800km范围内。由于太阳辐射，使大气分子电离，产生大量电子。 电离层电子密度呈现一种“两头低、中间高”的分布，即其最上层与最下层密度低，而中间部分密度高。 最高层辐射严重，但空气分子密度低 最低层空气分子密度高，但辐射射线较弱 电子密度 高度 一、电波在大气中的传播特性 4、电磁波在电离层中的传播 电离层特性： 在不同年份、不同季节、一天内的不同时间，由于太阳位置的不同，会导致电离层特性（带电子密度）出现明显差异 太阳辐射的变化会导致短时间内带电子密度的剧列变化，称为“电离层闪烁” 太阳直射位置 （白天） 一、电波在大气中的传播特性 4、电磁波在电离层中的传播 电离层特性：大量电子的存在使电离层折射率发生变化 ne：电子密度 f：信号频率 电子离度越高，折射率越偏离“1” 频率越低，折射率越偏离“1” 一、电波在大气中的传播特性 4、电磁波在电离层中的传播 后果一：折射率随电子密度的不同而不同，从而使信号传播路径发生弯曲，群时延发生改变 后果二：对不同频率信号的折射率不同，通过电离层后不同频率信号相移与频率不成线性比例，从而发生色散 失真严重程度随电子密度以及信号占用频率不同而不同 带宽越宽的信号受影响越严重 原始脉冲 无色散介质输出脉冲 经电离层后输出脉冲 一、电波在大气中的传播特性 二、传播损耗 1、自由空间传播损耗 在接收天线处，功率通量密度为 接收功率 由于 ，有 于是最终可得 d 发射天线 接收天线 发射天线与接收天线的最大辐射方向相互指向对方 发射天线在最大辐射方向上的增益为GT，接收天线最大辐射方向上的增益为GR PT PR “自由空间传播损耗” 1、自由空间传播损耗 物理意义是什么？ 天线无方向性的辐射导致绝大部分功率没有进入接收天线，从而形成损耗。 例：某微波通信系统站间距离 d = 50km，信号频率5GHz，求Lf 以分贝形式表示为 信号波长 这是一个非常巨大的数值！100W功率发出后，只能接收到1pW功率！ 二、传播损耗 2、障碍物遮蔽形成的损耗 波的传播——惠更斯原理 波的衍射 t时刻波阵面 t+?t时刻波阵面 波的传播 波阵面上每一点相当于一个点源，而这点源波阵面的迭加形成新的波阵面。 二、传播损耗 点源A波阵面上的各点的波阵面在接收B相互迭加，形成波阵面。 因此对任意点源发出的波的阻挡均会影响B点所接收到的电磁波。 A B 波阵面 点源 二、传播损耗 在信号传播路径上存在刃形障碍物遮挡时，会对接收点接收到的信号功率构成影响。 d1 d2 hC 当障碍物低于天线连线时余隙hC符号为“+” 当障碍物高于天线连线时余隙hC符号为“-” 称为第一菲涅耳半径 障碍物顶点低于连线0.5~1个第一菲涅耳半径以上时，信号功率几忽不受影响； 障碍物顶点高于上述高度后，信号功率损失开始随着障碍物高度增加而迅速增加; 二、传播损耗 3、