第十九讲地面波传播

1、 电波传播5.1 电波传播概述n1.微波技术n2.天线n3.电波传播n三者都是研究无线电技术的一个重要组成部分，它们共同的基础是电磁场理论，但三者研究的对象和目的有所不同。5.1 电波传播概述n微波技术主要研究引导电磁波在微波传输系统中如何进行有效的传输，它希望电磁波按一定要求沿传输系统无辐射地传输。n天线是将微波导行波变成向空间定向辐射的电磁波，或将空间的电磁波变为微波设备中的导行波。 转换器功能。n电波传播研究电波在空间的传播方式和特点。5.1 电波传播概述n无线电波频率范围：频率从几十Hz到3000GHz（波长从几十兆m到0.1mm）n无线电波传播： 发射天线或者自然辐射源所辐射的无线电

2、波，通过媒质到达观察点的过程n无线电波研究对象及其应用： 总体来说就是研究各种媒质中电磁波的传播规律5.1 电波传播概述n无线电波研究对象对无线电波传播媒质特性的研究研究媒质的电特性对电波传播的影响n无线电波研究的应用不断完善对现有几种传播方式的传播机制、传输特性的研究，提高接收点场强计算的准确度与精度加强对于新开拓频段的电波传播问题的研究不断扩大无线电波在其他科学领域的应用eg：医疗光子带隙结构光子带隙结构-自然界中的例子自然界中的例子蝴蝶蛋白石海鼠5.1 电波传播概述n电波传播主要方式：地面波传播天波传播视距传播对流层散射传播波导传播5.1 电波传播概述n地面波传播无线电波沿着地球表面传播

3、，特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。所以，只适用于长波和中波波段n天波传播电波经高空电离层反射回来而到达地面接收点。长，中，短波都可以利用天波进行远距离通信5.1 电波传播概述n视距传播收、发天线离地面高度远大于波长，电波直接从发射天线传到接收地点（有时有地面反射波）。这种传播方式仅限于视线距离之内。目前广泛应用的微波接力电路和卫星通信电路的传播方式均属这种传播方式n对流层散射传播利用对流层和电离层中介质的不均匀性或流星通过大气时的电离余迹对电磁波的散射作用实现超视距传播。主要用于超短波和微波远距离通信5.1 电波传播概述n波导传播电波在电离层下缘和地面所组成的同

4、心球壳形波导内的传播。长波，超长波或极长波利用这种传播方式能以较小的衰减进行远距离通信。n以上五中传播方式，在实际通信中往往取其一种作为主要的传播途径，但并不排除某些条件下几种传播途径并存的可能性。电波传播的研究重点n电波传播基本概念无线电波在自由空间内的传播自由空间严格来讲是真空，只是一种理想情况实际上，总要受到存在媒质以及障碍物的不同程度的影响，提出自由空间传播概念只提供一个比较标准，简化各种信道传输损耗的计算n传输媒质对电波传播的影响实际中电波是在各种空间场所内（地表，低空大气层，电离层等）传播的，各种媒质必然要对传输信号产生影响，例如使得信号衰减、畸变或者使电波的极化形式改变；引入干扰

5、、使接收端信噪比下降；改变电波的传播方向或传播速度等。此外，某些媒质例如电离层的电参数具有明显的随机性，使得通过它而传输的电信号也是一个随机信号，因此必须考虑实际媒质对于电波传播的影响。电波传播的研究重点5.2 电波传播基本概念n1 传输损耗n2 衰落现象n3 传输失真n4 电波的折射、反射和绕射现象n5 干扰与噪声的影响研究方法n几何光学法：射线理论直射、反射、绕射n物理光学法：电流近似积分n场论方法： Maxwell方程关键问题n损耗 定义：实际接收场强和自由空 间场强之比n衰落：吸收性衰落、干涉性衰落n失真：随机多径效应、色散效应020logEE 22LoutinRP=P G G4 rA

6、发0EAE地面波传播n天线接近地面，最大辐射方向沿地面时形成的以地球表面作为导波系统沿地面传播的电波。其特点是信号稳定，多径干扰小。 对于长波传播，除高山以外都可以看作平坦地面，最主要的参数变为土壤的介电系数、导电率、介磁常数、地质相对介电常数导电率（西/米）范围平均范围平均海水80800.66-6.64淡水80800.001-0.0240.001湿土10-30200.003-0.030.01干土2-640.00001-0.0020.001地面波传播的菲涅尔区如上图所示：电波在空气（x0）和地面（X011jkz01y1jkz1x1EBeeHBeexxkjk2zE02jkz2zHFeexnX01

7、11jkz1zjkz1x1jkz01y1EeeEAeeHeexxxAjkAk 2zH0nX0222jkz2zjkz2x2jkz2y2EeeECeeHCeexxxcCjkk 1zH0TM（垂直极化）n边界连续条件12jkjk0zz1z2zEeeEeexxxACAC12jkjk0zz001y2y1212Hee=HCeexxxccAkkkk 221002220ckk 2200c0c c0(60)rj 22kk TM（垂直极化）n参数121224022022240224022401k1(60)(60)k1(60)(60)1(60)rjrrjrrjrececec 0100200601arctan2160

8、601arctanarctan21606011arctanarctan2212rrrrr TM（垂直极化）n良导体参数K1有正的实部，所以E1的表达式中取exp(jk1x)，以满足在x正无穷大时场有限 并且由于K1与导电率相关，所以空气中场的分布受大地参数的影响K2有负的实部，所以E2的表达式中取exp(jk2x)，以满足在x负无穷大时场有限 大地的导电率较大时，场仅能穿透大地的很浅一部分，但此时衰减减小。Z方向传播因子中 有一正的实部，可见 由于 电磁波沿地表传播时具有衰减。exp() z0110022045 ,( ),45 ,()90 ,( )0rrimag kimag kimag TM（垂直极化）nX=0处的场量由于E的z分量和x分量幅度的差别，形成了合成场量随相位呈椭圆变化，在干土中，几乎成沿长轴的线极化波。称为波面倾斜。112012200112606060120 xzzrxzxrrxyyEEEjEEEjjEHH 2240arctan(60)r 地面波场强的计算1173(/)()rTxPDEAmV mr km短距离理想地平面波的场强估算：220.320.6A2202200(1)6060rrr 作业：电波在湿土表面传播天线辐射功率为10千瓦，方向系数为3，波长12km。求离开天线250