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第9章 电波传播 9.1 电波传播的基本知识 无线电信道及其传播效应 电波传播特性同时取决于媒质结构特性和电波特征参量。 一定频率和极化的电波，将与特定媒质条件相匹配，而且有某种占优势的传播信道和传播模式。 媒质的时空特性是电波传播特性时空变化的根源。在各种信道中，媒质复折射指数（包括介电常数，磁导率与电导率）的空间分布和时间变化及边界状态，是传播特性的决定性因素。 传输损耗 衰落 传输失真 折射、反射、散射与绕射 传输损耗 衰落：信号电平随时间而随机起伏的现象 吸收型衰落：主要来源于传输媒质电参数随时间的变化，例如电离层的电子浓度。由于媒质的变化是随机的、缓慢的，因此由这种机理形成信号电平的变化也是缓慢的，故吸收型衰落是慢衰落。 干涉型衰落：由随机的多径传输引起的。接收点场强是不同传输路径的场的叠加，只要各路径的相对时延稍有变化，合成信号电平就会有明显的快速起伏，表现出快衰落的特征，故干涉型衰落又称为多径衰落。 传输失真：不同频率分量幅度、相位发生不同变化，导致信号失真。 媒质色散 多径效应 电波的折射、反射、散射与绕射现象 由于实际的电波传播所经历的空间非常复杂，电波传播的方向可能会发生改变。 球形地面和障碍物将使电波产生绕射； 地貌、地物等将使电波产生折射、反射或散射； 对流层中的湍流团、雨滴等水凝物使电波特别是微波产生散射； 由于对流层内温度、湿度随高度而异，导致对流层的折射指数也随高度而变化，使得电波射线产生连续的小角度的折射，结果使射线轨迹弯曲。 总之，上述现象都会使电波传播方向发生变化，这对于利用电波传播完成通信、雷达、遥控、遥测等系统的工作带来一定的麻烦或影响测量精度。因此，在系统设计或实际工作中必须予以考虑。 干扰：可能导致无线电系统性能下降的因素。 广义噪声 ：无线电系统所传输信号之外的一切规则的和不规则的、可懂和不可懂的干扰 。 雷达与通信系统设计过程中，应该尽可能地采取技术手段减弱可预见的噪声对高灵敏度接收的干扰。 思考题 请列举出几种无线电系统的电波传播方式？ 长波、短波、微波的传播方式分别是什么？ 什么是自由空间传输损耗? 什么是衰落？可分为几种？ 产生失真的原因是什么？ 卫星微波通信的干扰来源可能有哪些？ 9.2 地波传播 地波传播：无线电波沿着地球表面传播 电波地波传播特点： 无线电波的低频段、天线电尺寸较小、架设在地面上或靠近地面，当其最大辐射方向平行于地面时，天线辐射的电磁波主要以地波方式传播； 要受地面乃至地层内部介质的影响； 基本上没有多径效应； 基本上不受气象条件的影响，信号较稳定； 随着电波频率的提高，传输损耗迅速增加。 9.2.1 地球表面的电特性 地波传播基本特征 向地下或海水的渗透传播 土壤和海水，是有损耗媒质。如果波长很长，则电波仍然能从空气中向下渗透至一定深度的土壤或海水中，并被有效地接收到。例如利用VLF波，可以实现潜艇在海水中十多米深处的通讯和导航。 土壤或海水，尤其是海水中电场的垂直分量比空气中小，因此接收天线采用水平天线。 大海中不可避免有海浪起伏，海面不再是平静的平面。在VLF波段，因为海水导电率很高，波长仅为几米至十多米，故海浪的浪高和海浪波长将与VLF波在水下的波长可比拟。对于水下十多米处的接收点而言，电波从海面渗透到接收点所经过的水中路径长度不时地发生变化，因此在水下接收到的VLF信号的幅度与相位是随海浪起伏而变化的，这个特点在设计水下无线电通讯和导航系统时必须予以考虑。 思考题 为什么地波传播基本上没有多径效应？ 为什么随着电波频率的提高，地波传输损耗迅速增加？ 解释“波前倾斜”现象。 为什么海水中电磁波长会大大缩短？这样对电波传播会有什么影响？ 9.3 天波传播 天波传播：由高空电离层反射的一种传播方式。 长波、中波和短波都可以利用天波通信。 天波传播的主要优点：传输损耗小，可以用较小的功率进行远距离通信。 由于电离层是一种随机、色散及各向异性的媒质，电波在其中传播时会产生多径传输、衰落、极化面旋转等多种效应，有时还会因电离层爆等异常现象的出现而使短波通信中断。 60km起一直延伸到大约千余公里的高度，由自由电子、正、负离子和中性分子、原子等组成的等离子体介质。 电离、复合 分层结构与电离云块 电离层骚扰和电离层暴 电离层的反射模式 不经地面反射的远距离滑行模式 电离层波导模传播 最高可用频率 最低可用频率 短波天波传输特性 短波天波传输会有损耗 会发生衰落现象 有明显的多径时延 会出现静区及跃距现象 有可能出现全球回波现象 电离层暴对短波天波传播的影响 思考题 简述