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大气波导对无线传输信号影响分析

摘要：本文主要对大气波导的定义、产生、出现的概率进行了表述，并详细

的计算波动产生后，无线信号传输距离，最后得出计算结论

1概述

在一定的气象条件下，在大气边界层尤其是在近地层中传播的电磁波，受大

气折射的影响，其传播轨迹弯向地面，当曲率超过地球表面曲率时，电磁波会部

分地被陷获在一定厚度的大气薄层内，就像电磁波在金属波导管中传播一样，这

种现象称为电磁波的大气波导(duct)传播，形成波导传播的大气薄层称为大气

波导层。

当无线信号在边界层大气中形成波导传播时，大气波导对其产生的影响主要

表现在两个方面:一是增加传播的距离，通常能增加100-500km，二是增加电场

强度。由于波导层使得超短波来回不断反射，增加了其传播路径中的电场强度，

从而使其能量衰减得以大大减缓,因此可使超短波在波导层内进行超长距离传

播。通常超短波波导传播距离可3-10倍于其正常的传播距离。

根据相关资料，波导效应发生需要一些特定的条件，首先是开阔的平原，这

样才能保证波导产生的折射信号远距离传输。其次是温湿度变化，在气温变化

（常见在早晨或傍晚）或水汽急剧变化（例如在春夏季雨后强对流天气）时，容

易出现波导效应。

信号在大气波导下传播模式如图1所示。

图1大气波导示意图

2波导对信号传输影响计算

2.1无波导条件下的信号传输计算

以110km远电视转播台发射的DS-4频道电视信号为例，计算信号传输110km

后信号强度。

110km属于超视距距离，引用Egli模型并不准确，以下按ITU-RP.1546-5

建议书附件6给出的方法进行评估：

a)以开阔的戈壁滩，且没有大型水域，传播路径确定为“陆地”，天线高度

为10m；

b)DS-4信号时间百分比标定为50%；

c)对DS-4信号，f、f分别标定为100MHz、600MHz；

infsup

d)查表得E、E分别为10dB（uV/m）、8dB（uV/m），并按给定的规则

infsuf

进行频率内插，得到场强E0=10.31dB

76MHz

（uV/m）、E0=10.19dB（uV/m）；E、E表格数据见图2、图3。

84MHzinfsuf

图2100MHz，陆地路径，50%时间

图3600MHz，陆地路径，50%时间

e)按进行距离内插，得到E=9.35dB

76MHz

（uV/m）、E=9.23dB（uV/m）；

84MHz

f

f)代入L=139.3-E+20log得基本传输损耗L=167.51dB、

bb76MHz

L=168.56dB；

b84MHz

g)接受电功率P=P+G-L，代入数值得到P=-119.49dBm、P=-

ioabi76MHzi84MHz

120.54dBm。

根据上述计算，正常条件下，DS-4信号经过110km传输后，76MHz的幅度为

-119.49dBm