第9章电波传播模型.ppt

第9章 电波传播模型 第9章 电波传播模型 9.1自由空间的传播模型 9.2平面反射传播模型 9.3球面绕射传播模型 9.4大气对电波传播的影响 9.1自由空间的传播模型 自由空间的概念 电波在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播时，不出现折射、绕射、散射和吸收现象，而仅仅考虑由于电波的的扩散而引起的传播损耗，像这样的空间称为自由空间。 在自由空间中，电波的传播速度等于真空中的光速。 9.1自由空间的传播模型 9.1自由空间的传播模型 电波在自由空间的传播公式 d为收发天线间的距离。距离越远，接收天线收到的能量越小，这就是电波在自由空间传播过程的衰减。可以看出场强和发射天线的辐射功率和与发射天线的距离有关，和频率无关。 电波在自由空间传播场强的计算 9.1自由空间的传播模型 接收天线输入端功率和损耗的计算 9.2平面反射传播模型 地球表面起伏不平将会影响电波传播，其影响程度取决于地面起伏的幅度和波长的比值。对长波、中波来说，不同的山头对传播的影响可以忽略不计。但在微波波段，海面的波浪或田间的农作物都认为是严重不平滑的。光滑程度不同的平面所表征的电波传播特性的场强和传播损耗都有很大的不同，因此不能用相同的方法来分析。 9.2平面反射传播模型 瑞利准则： 设地面是均匀起伏的，起伏高度差为h，当不记反射点不在同一点所带来的相位差时，射线1和2的路程差差为： 9.2平面反射传播模型 对于起伏不平的地面来说，定义某段距离内其地形的最低点上浮10%的高度与最高点高度的90%之差作为实际地形的起伏高度。 瑞利准则的物理意义：当起伏幅度和波长之比很小时或射线与地面夹角很小时可以认为地面是平坦的 9.2平面反射传播模型 在光滑平面地面上传播的波主要是直射波、反射波、和表面波的叠加： A为表面波的衰减系数，始终大于1，与频率、地面电特性常数和波的极化方式有关，并随着距离的增大和频率的升高而减小。 9.2平面反射传播模型 当天线架设高度与波长相比较高时，电波主要以空间波的方式进行传播，这是可以忽略表面波，工程设计中当频率大于150MHz时，通常只考虑直射波和反射波 9.2平面反射传播模型 最小有效天线高度 当天线架设较低时，表面波其主要作用，将表面波起支配作用的天线高度称为最小有效天线高度。最小有效高度和波长、极化方式、地面电特性性参数有关。 当f30MHz时表面波其主要作用，当30MHzf300MHz时电波以空间波和表面波两种方式传播，当f300MHz时电波以空间波的方式传播，表面波可以忽略不计。 接收功率的计算 9.2平面反射传播模型 传播损耗的计算 光滑平面传播损耗的计算 实际地面传播损耗的计算 9.2平面反射传播模型 地表面波传播模式 地表面波的特性 1 地表面的半导电性质，使得电波场结构发生变化，并引起对电波的吸收损耗； 2 由于地球表面呈球形使电波传播以绕射方式进行。 只有当波长与障碍物尺寸相当时，才具有绕射作用。所有只有长波、中波和短波波长较长的波段端能够绕射到较远的地方 9.3球面绕射传播模型 把电波传播的区域按距离划分为照明区、半阴影区和阴影区。 视距/电地平线（单位） 9.3球面绕射传播模型 等效天线高度的计算 9.3球面绕射传播模型 几何反射点的的计算 9.3球面绕射传播模型 球形地面对电波的扩散作用，类似于凸面镜对光线的发散，故对以相同角度、相同距离的入射波束，其反射波的接收强度要弱一些。 S平面 S球面 9.3球面绕射传播模型 球面反射的反射系数要在平面反射的基础上乘以一个扩散因子 相距 50 km 直线传播 微波实际传播路线 9.4大气对电波传播的影响 大气的折射率随高度变化，电波在其中传输时，就会穿过不同的高度，相当于经过了一个折射率渐变的透镜，就会发生折射，从而使传播线路呈现一条弧线。 9.4大气对电波传播的影响 根据折射定律，可以求出传播弧线的曲率半径为 这说明： 在低空传播的电波，其传播路线的曲率不是由折射率的大小，而是折射梯度所确定的。当大气折射率随高度线性变化时，即dn/dh为常数，ρ也是常数。 当大气折射率随高度减小时， ρ是正数，使传播轨迹向下弯曲。 9.4大气对电波传播的影响 9.4大气对电波传播的影响 在标准大气情况下，折射率梯度 因此 标准大气的曲率半径近似为地球半径的4倍。 注意：考虑实际情况，大气的折射率和折射梯度不是恒定的，随气候变化而变化，因此实际的传播轨迹即使在同一线路下不同时间也会有所差异。 在大气中电波是沿着曲线传播的。这样在考虑折射的情况下，会对微波系统的设计带来不便。为此引入等效地球半径ae的概念。 9.4大气对电波传播的影响 9.4大气对电波传播的影响 为了保证等效后的情况和实际是等效的，必须使等效地面上的直线轨迹上任一点到等效地面上与实际传