第七讲视距传播

1、EMW Propagation Engineering2012, Jun. 15第七讲第七讲 视距传播视距传播EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 内容安排EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波和微波波段的无线电波，由于频率很高，电波沿地面传播时衰减很大，遇到障碍时绕射能力很弱，不能利用地波传播方式；高空电离层又不能将其反射回地面，因而又不能利用天波传播方式。通常是利用视距传播方式。 视距传播是指在发射天线和接收天线能相互“看

2、见”的距离内，电波直接从发射点传到接收点（有时包括地面反射波）的一种传播方式。按收发天线所处的空间位置不同，视距传播基本可分为三类： 是指地面上的视距传播，例如中继通信、电视、广播以及地面上的移动通信等。 是指地面与空中目标如飞机、通信卫星等之间的视距传播、 是指空间飞行体之间的视距传播，如飞机间、宇自由空间电波传播的菲涅尔区EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空间电波传播的菲涅尔区宙飞行器间的电波传播等。 无论是地面上的或地对空的视距传播，其传播途径至少有一部分是在对流层中；此外，当电波在低空大气层中传播

3、时，还可能受到地表面自然的或人为的障碍物的影响，将会引起电波的反射、散射或绕射现象。因此，电波总是在实际的媒质中传播的。人们常把在真空中进行的“自由空间传播”这种理想情况，作为研究实际传播问题的起点。 在收发天线之间的电波传播所经历的空间，存在着对传输电磁能量起主要作用的空间区域，称为传播主区。若在这一区域中符合自由空间的传播条件，则可认为电波是在自由空间内传播。l菲涅尔区 在17世纪惠更斯首先提出，波在传播过程中，波面EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空间电波传播的菲涅尔区上每一点都是一个进行二次辐射球

4、面波（子波）的波源，而下一个波面就是前一个波面所辐射的子波波面的包络面。 后来菲涅尔发展了这个原理，认为波在传播过程中，空间任一点的辐射场，是包围波源的任意封闭面上所有点的二次波源发出的子波在该点相干叠加的结果。这就是惠更斯菲涅尔原理。EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空间电波传播的菲涅尔区 菲涅尔波带示意图EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空间电波传播的菲涅尔区 第一菲涅尔带Z1是一小凸圆面，从其中心与其边缘到达P

5、点的波程差为/2，由它辐射到P点的场强，可以看成是许多幅度相同、相位由零到依次变化的诸矢量之和，其总矢量长度等于一个半圆弧由起点至终点的长度B1。 用类似方法可求出第二菲涅尔带Z2辐射场的矢量长度B2。因相邻菲涅尔带在P点产生的辐射场相位是相反的，所以，当计及Z2的作用后，P点的场强削弱了。EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空间电波传播的菲涅尔区 由于各带上二次波源在P点产生的场强，与射线行程（r0+n/2）及角度（各环带面元法线与该点至P点的射线间的夹角）有关，S面上半径越大的环带，在P点产生的场强振幅

6、就愈小，因此B2B1。同理Z3的辐射场又削弱了Z2的场从而使P点的场强增强。其余各环带作用依次类推，尽管相邻两环带在P点的场强有180的相位差，且其振幅又相差的很小，但二者场强却不能完全抵消。随着环带数目的增多，P点场强呈波动变化，但波动幅度越来越小。EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空间电波传播的菲涅尔区 如此所有菲涅尔带在P点产生的总场强振幅，可以用n项收敛级数之和来表示，其中正、负号表示相位的变化，即0123456335112422222BBBBBBBBBBBBBB(1)EMW Propagatio

7、n EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空间电波传播的菲涅尔区 由于级数中每一项与它相邻两项算数平均值相差甚小，且 ，所以上式可近似为即是说第一菲涅尔带Z1在P点产生的辐射场近似为自由空间场强的两倍。若要使P点场强等于自由空间场强，不一定需要很多的菲涅尔带，可只取第一菲涅尔带面积的1/3即可。 在PQ两点间插入一块假想的无限大平面S，它垂直于PQ连线，这相当于以无限大的球面包围波源Q，因此可在S面上划分菲涅尔带，lim0nnB102BB(2)112rd(3)2222rd2nnrdnEMW Propagation EngineeringSc

8、hool of Electronic Engineering 自由空间电波传播的菲涅尔区 图中n，rn及d均分别远大于波长。因d和都是常数，所以n+rn=d+n/2=常数。若S面平移，这些点的轨迹正是以Q、P为焦点的旋转椭球面，这些旋转椭球面所包围的空间区域就称为菲涅尔区。平面上菲涅尔带EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空间电波传播的菲涅尔区 与序号n=1、2、对应称为第一、第二菲涅尔区，它们与S面相截，就在该平面上出现相应的第一、第二菲涅尔带。l传播主区 工程上将第一菲涅尔区和“最小”菲涅尔区（指S面上

9、所截面积为第一菲涅尔带面积1/3的那个相应的空间区域），作为对电波传播起主要作用的空间区域，称传播主区。令第一菲涅尔区半径为F1，则有解得(4)22221111122dFdFdd2212121212112FFdddddd(5)121d dFdEMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 自由空间电波传播的菲涅尔区 令最小菲涅尔区半径为F0，依据定义有得上述公式中各量均取相同单位。可见d一定时，愈小，传播主区的半径愈小，菲涅尔椭球区愈长，最后退化为一直线，这是通常认为光的传播是直线传播的根据所在。(6)220113FF(7

10、)12010.5770.577d dFFdEMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 内容安排EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering l视线距离 因地球是球体，凸起的地表面会阻挡视线。视线所能达到的最远距离称为视线距离，简称视距以dv表示。设地球半径为r0，收发天线高度分别为h1和h2，dv=d1+d2，并考虑地球半径r0=6370km，有地面对电波传播的影响(7)123.57kmdvhh若考虑大气不均匀性对电波传播轨迹的影响，如考虑标准大

11、气折射的情况下，（7）可修正为式中h的单位为m。按收发天线间距离可分为三个区域，即d0.7dv的亮区，0.7dvd(1.21.4)dv区域，称阴影区。实际的视距传播应满足亮区条件，以减小绕射损失。(8)124.12kmdvhhEMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面对电波传播的影响l地面反射的影响 在视距传播中，接收点场强除直射波外，还经常收到地面反射波。v地面菲涅尔区 设地面为无限大的理想导电平面地时，地面的影响可用镜像法分析。EMW Propagation EngineeringSchool of Elec

12、tronic Engineering 地面对电波传播的影响 地面上有效反射区地面上第一菲涅尔椭球区尺寸为 椭圆的中心点（一般情况不为反射点） 椭圆的长半轴 椭圆的短半轴 上式中，h1、h2, d以及d(h1+h2)。(9)1120121222dh hhdydhh(10)1 2121242ddhhdadhh(11)2112abdhhdEMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面对电波传播的影响若考虑球面地的情况，可按下图进行估算：地面反射区的纵向长度（长轴）近似为而横向（短轴）长度近似等于两天线间的第一菲涅尔区最大半

13、径F1max的20倍，即(12)20.2azzmaxminzddmax0 12dR hmin022ddR h(13)1max22010bFdEMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面对电波传播的影响v地面反射波 电波在传播过程中遇到两种不同媒质的光滑界面，而界面的尺寸又远大于波长时，就会发生镜面反射。天线辐射的实际上是球面波，但当波源和反射区相距很远时，到达反射区的电波可视为平面波，因而可采用平面波的反射定律。 当通信距离较近，例如d, d以及d(h1+h2)等条件时，可应用（9）（11）计算地面上有效反射区大小

14、。若该区域内地面时光滑的，则可按光滑平面地的情况来处理，并根据地质电参数（、）及电波的入射角计算反射波场强的大小和相位。 依据电磁理论，当平面波从空气投射到半导电媒质的地面时，产生电波反射和投射现象，即部分能量被反射EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面对电波传播的影响部分能量透射入地面。反射波按照入射线、反射线和反射面法线共面以及反射角等于入射角的方向传播。反射波场强为 为反射系数， 为反射点处的入射波场强。 对于水平极化波 对于垂直极化波(13)21ERE jRR e1E2H2sin60cossin60c

15、osrr-jR+j(14)2V260sin60cos60sin60cosrrrrj-jRj+j(15)EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面对电波传播的影响(a)海水（b）中等干燥地面上的反射系数EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面对电波传播的影响 反射系数模值总小于1。反射系数的相位是滞后的。水平极化波的相位总是大于180，而垂直极化波滞后的相位总是小于180。但随着电波入射仰角的变化，RV的幅度和相位变化明显，而RH的

16、幅度和相位则变化不大。对水平极化波而言，实际地面的反射比较接近理想导电地，特别是在波长较长或投射角较小的区域近似程度更高。对于垂直极化波其反射系数模存在一个最小值，对应此值的投射角称为布鲁斯特角（Brewster），记为B；在B两侧，反射系数相角180突变。 当地面电导率为有限值，电波入射仰角非常小时（或称掠射），近似有(16)1HVRREMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面对电波传播的影响 当通信距离较远时，必须考虑地球曲率的影响，由于球面反射有扩散效应，因而球面地的反射系数要小于相同地质平面地的反射系数。

17、扩散因子就是描述扩散程度的一个物理量。定义求面地的扩散因子Df为EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面对电波传播的影响 它是小于1的数值，其表示式为(17)2212120102112211fDd dd dKR dhKR dh211102dhhR222202dhhREMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面对电波传播的影响 于是，考虑球面地扩散作用后的反射点处的反射波场强 为 一般情况下，空间某点的场强为直射波 和地面反射波 的总

18、和，即 式中=2/为相移常数；r为直射波和地面反射波的波程差； 为反射点处的反射系数。l光滑地面的判别准则 实际地面都是起伏不平的，光滑地面只是理想情况。电波在上下两边界处反射时的波程差为(17)21fED RE 2E1E2E(18)1211jrfEEEED R e R(19)2sinrDBBChEMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 地面对电波传播的影响 引起的附加相位差为若r0，电波射线上翘 正折射dn/dh0，电波射线向下弯曲低空大气层对电波传播的影响sinndndh(32)1dn dh(33)EMW Pro

19、pagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 标准大气折射：dn/dh=-410-8 1/m，射线的曲率半径=2.5107 m；临界折射： dn/dh=-15.710-8 1/m，电波射线与地球同步弯曲；超折射： dn/dh-15.710-8 1/m，电波在一定高度的大气层内连续折射。低空大气层对电波传播的影响折射类型EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering v 等效地球半径 电波在大气内传播轨迹是弯曲的，但习惯上仍把电波射线当做沿直线传播，因此引入等效地球

20、半径因子来修正。等效地球半径Re：保持电波射线轨迹与地球表面之间的相对曲率不变，使地球半径改变到电波射线为直线时的地球半径。低空大气层对电波传播的影响等效地球半径EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 由上图的几何关系，得 式中，Re为等效地球半径。由此， 将(33)代入上式，则低仰角情况下的等效地球半径为 定义等效地球半径因子K为等效地球半径与实际地球半径R之比。低空大气层对电波传播的影响1111eRR(34)1eRRR(35)1eRRdnRdh(36)11eRKdnRRdh(37)EMW Propagation

21、 EngineeringSchool of Electronic Engineering 标准大气dn/dh=-410-8 1/m，R=6370 km，K=4/3。l大气衰减 大气是一种成分不均匀的半导电媒质。大气对电波的衰减有两方面： 云、雾、雨等小水滴对电波的热吸收以及水分子、氧分子对电波的谐振吸收； 云、雾、雨等小水滴对电波的散射，导致对原方向传播的电波衰减。低空大气层对电波传播的影响EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 水分子（电偶极距）的谐振吸收发生在1.35cm与1.6mm的波长上，(22 GHz、1

22、83 GHz)。 氧分子（磁偶极子）的谐振吸收发生在5mm与2.5mm的波长上，（60 GHz、118 GHz）。 在选择工作频率时，要注意避开这些谐振吸收频率，工作于吸收最小的频率附近（大气窗口，100 GHz以下有三个大气窗口：19 GHz，35 GHz， 90 GHz）。低空大气层对电波传播的影响氧和水的衰减系数EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering l降雨影响 电波投射到离散的随机媒质雨滴上时，会产生雨滴对电波的散射和吸收会使微波衰减雨滴对电波的散射会引起散射干扰电波穿过雨滴后极化面旋转，引起去极化现象低空

23、大气层对电波传播的影响不同强度的雨对电波的衰减系数EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 散射衰减与小水滴半径的6次方成正比，与波长的4次方成反比；fh，电波掠射至地面，可作如下近似超短波传播EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 天线高架，地波成份可忽略不计 天线尺寸远小于其架设高度，且馈线无天线效应，不计天线的空间影响 在接收点处E1和E2在空间方向上是一致的。 忽略发射天线在直射波和反射波方向上方向系数的差异。 如此，当地面可视为

24、平面地时，接收点处场强的表达式为 为自由空间场强值。对于视距通信链路，很小，通常小于1，因此 ，接收点场强为超短波传播1211jrEEEER e (38)1E1vhRR211112cos222cos2sinEERRrErEr (39)EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 由图中的几何关系可得出 根据几何关系还可得到用之射线 与反射点C之间的余隙H来描述r 其中x=d1/d，h1=H/2(1-x)， h2=H/2x。于是 式中 。超短波传播122h hrd(40)QP21 2221hhHrddxx(41)12121

25、22sin2sin21h hEEdHEdxx(42) 1245kwkmmV mttEPGdEMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波传播亮区电波传播示意图EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 于是可得亮区场强的衰减因子A为 A又称为亮区干涉长的衰落因子，它随距离d、天线高度h的改变呈波动变化。 接收点场强随d的增大呈波动状态的变化。E1和E2同相时，合成场强最大；两者反向时，合成场最小。因此，只要改变d，使得波程差r有半个波长的变

26、化，场强就有可能从最大值变成最小值。 当d减小时，r增大，它所包含的半波数目增多，导致干涉场的图形越来越密 当d减小时，射线仰角增大，反射系数模值减小，使合成场的最大值变小，最小值变大 当d进入阴影区后，E随距离的增加而单调减小。超短波传播12022sin0Eh hAEd(43)EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering E随天线架高改变也呈波动状变化。当天线高度连续变化时，实际改变的是反射点的位置，从而使波程差r相应变化，当超短波传播衰落椅子A随距离的变化1 2222= 2 -1hhrnd(44)高度图形EMW Pr

27、opagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 接收点场强有最大值 ，而当 时，接收点场强呈最小值 。若保持d、h1（或h2）不变，通过（44）、（45）两式可分别求出接收点场强为最大、最小值时相应的天线高度h2（h1） 当d较大时，须考虑球面地曲率的影响。为了能沿用平面地时得到的一些计算公式及曲线图标，在保持球面地上传播路径不变，而又能将球面地等效为平面地的超短波传播111+2ERE12222=2=1, 2,h hrnnd(45)11-0ER 2 11 22 -1=4ndhh(46) 2 11 22=4ndhhEMW Propaga

28、tion EngineeringSchool of Electronic Engineering 情况，必须对天线架高进行修正，如前所述 于是此时直射波和地面反射波的波程差为 将上式代入式（18），可得球面地上的接收点场强为式中Df为球面地的扩散因子。超短波传播211102dhhR222202dhhR122h hrd (47)1 2-41211h hjdfEEEEDR e (48)EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering l光滑球面上的电波绕射 所谓绕射是指电波绕过传播路径上障碍的现象。 研究表明电波沿光滑球面地的绕

29、射场衰减因子为 式中X=d/L称相对距离，Y1=h1/hH，Y2=h2/hH，称为天线相对高度，其中L和hH分别称为标准距离和标准高度超短波传播阴影区 1.21.4vdd 12=+dBA F XH YH Y(48)1 3220K RL1 320212HKRh(49)EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering K为等效地球半径因子，R0为地球半径。F（X）表示距离的影响，第二、三H（Y）表示天线高度的增益，称为高度因子或高度增益，它们都是大地电参数、波长以及波的极化形式的函数。式（48）可写为 式中各参量可用如下的列线图

30、计算，这些图都是CCIR推荐的，应用范围广泛。 （a）和（c）是计算F（d）的图标，若已知频率及距离的数值，分别在频率及距离的标尺上找到相应的电，其连线延长与F（d）标尺相交，交点即为F（d）值。 （b）和（c）是计算H（h）的列线图，分别在频率标尺及天线架设高度上找到相应的电，其连线与高度标尺增益相交，交点即为H（h）值。超短波传播 12=+dBA F dH hH h(50)EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 若不考虑大气折射影响即K=1，使用频率标尺左侧的数值刻度进行计算；若为标准大气折射K=4/3，则使用

31、频率标尺右侧数值计算，若K为其它值，仍用K=1的频率标尺进行计算，但要对频率数值修正，即分别用f/K2（a）和（c）及f/sqrt(K)（b）和（d）代之。 垂直极化波沿海面传播时，很靠近地面处的场强，实际上与天线高度无关，为此图（d）中画有一条垂直线段AB（限制线），若依据给定的频率及天线高度的数值连线与AB相交，这时须用大一些的高度值来代替天线的实际高度，以使得连线恰好通过限制线的顶部（A点），按此作图法求出H（h）值。 依据列线图法求出F（d）、H（h1）、H（h2）的分贝值，三项相加即为球面地绕射场的衰减因子A值。超短波传播EMW Propagation EngineeringScho

32、ol of Electronic Engineering 超短波传播（a）球面地绕射距离的影响适用条件：陆地，海面水平极化波陆地垂直极化波（图中用箭头连接的标尺必须一起使用）EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波传播（b）球面地绕射高度增益适用条件：陆地，海面水平极化波陆地垂直极化波EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波传播（c）球面地绕射距离影响适用条件：海面垂直极化波（用箭头连接的标尺须一起使用）EMW Propag

33、ation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波传播（d）球面地绕射高度增益适用条件：海面垂直极化波EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 通信链路的基本传输损耗Lb（dB）即为自由空间传输损耗Lbf（dB）与绕射场衰减因子A（dB）之和，即l山峰绕射 实际地形是复杂多样的，因此很难对各种实际地形引起的电波衰减作出准确的定量计算。此处，以刃形山脊为例，讨论山峰绕射的基本特点。 因刃形山脊厚度较小， 一般采用半无限大的金属导体屏（厚度远小于波长）来代替。超短波

34、传播dBdBbbfLLA(50)EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波传播EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波传播刃形山脊绕射接收点场强与障碍物遮挡有明显关系。接收点场强与电波频率有关，波长越短的无线电波，其绕射能力越弱。EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 超短波传播刃形山脊绕射和光滑球面地的AHc/F1曲线EMW Propagatio

35、n EngineeringSchool of Electronic Engineering 内容安排EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 微波中继通信系统的电波传播是利用视距传播方式。目前使用的频段一般在220 GHz范围。一个中继段的距离大约在2070 km左右。要求邻站天线彼此在视线距离以内，以视线直射波传播。为实现长距离的信号传输，可利用地面上若干个具有高架天线的中继站转发，从而构成了地面微波中继通信系统。l光滑传播余隙的选择与确定 气象条件的变化将引起传播余隙HC的变化，主要反映在地球等效半径因子K上微波

36、中继系统的电波传播112121202Csdd dHhhhHdKR(51)EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 假定气象条件只引起K值改变，则利用微分法可以求出HC和K之间的关系微波中继系统的电波传播12202cd dHKK R(52)不同折射情况反射点的变化（K=2/3负折射、K=4/3标准折射、K=）传播余隙的变化EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 大气折射率变化愈大，即K值愈大，则余隙变化量HC也就越大。 当K0，使等效地球半

37、径增大，地球凸起高度(Hb=d1d2/2KR0)降低，传播余隙增大。若传播余隙选择不当，使电路变为打开电路时，有可能使通过的菲涅尔带数恰为偶数，这时接收点场强大大低于自由空间场强；反之KF1。在线路勘探与设计时，应尽量使障碍物的位置靠近两站的一端，以避免K值变化引起微波中继系统的电波传播11112200122cdddddddHKKK RK R(53)EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 太大的HC的变化。同时站距不宜过长，通常平原地区，站距约为3040 km，山区可达5060 km。对于地形复杂的电路，资料欠缺，

38、难以判断传播情况是否良好时，有必要进行电路的传播试验，目的是验证传播余隙及其可能的变化，确定地面的反射损耗或障碍的绕射损耗等。但对山区的大开电路、水面或平原地区的电路，障碍靠近一端站址的情况，均可不必进行传播试验。这是因为山区的大开电路很接近自由空间传播，水面或大平原地区的电路能够根据反射波形成的干涉场的计算解决。实际电路中，接收点场强不可能恰好等于自由空间场强值，允许有3 dB的变动范围，作到这一点已属上乘电路设计了。微波中继系统的电波传播EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering l衰落 由于大气气象参数及其相应的

39、电参数的随机变化，以及电波的多径传输效应，使得微波信号的衰落是严重的。能引起深度衰落而严重影响传播可靠度的衰落为K型衰落和波导型衰落。vK型衰落 由于大气折射率随高度的随机变化以及多径传输，使得接收点场强发生衰落。大气折射率随高度的变化可通过K来描述，因此这种由于K值的变化引起的衰落称为K型衰落。 干涉型K型衰落：当电路为开电路时，接收点场强一般是直射波和地面反射波的干涉场。由于K值的随机变动，使得直射波和反射波而引起的相位差亦随之随机变化，从而使接收点合成场强随机起伏形成衰落。微波中继系统的电波传播EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic

40、 Engineering 绕射型衰落：当大气折射指数梯度随机变化时，使电路的传播余隙HC亦相应随机变动。特别当大气出现负折射的余隙减小太多，有可能使开电路变成半开或闭电路状况，电波射线受到障碍物阻挡，使信号电平大大降低。因此在电路设计时应该估计到可能出现的最低K值，并留有足够的余隙以避免此种衰落。 理论和实践证明，对于干涉型K型衰落，希望传播余隙小一些，而对于绕射型衰落则希望余隙大一些，二者是矛盾的。v波导型衰落 大气波导是指大气折射指数梯度dN/dh-157（N/km）的大气层，根据大气波导出现的高度不同，有地面波导和悬空波导之分。电波在大气波导中以连续折射的方式进行传播，与电波在金属波导管

41、中的传播情况微波中继系统的电波传播EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 类似的方式进行传播，与电波在金属波导管中的传播情况类似。由于大气波导两壁不是理想的导体，电波能量不会完全束缚在波导内，必然存在有通过波导面而泄露到波导外的能量，因而接收点不论在波导内或波导外，都可能收到以这种形式传输过来的能量。多径传输的波迭加形成干涉场，使接收信号有严重的衰落。与K型衰落相比，波导型衰落的衰落率高且衰落深度大。当大气层中出现大尺度的逆温层时极易发生大气波导，但要形成波导型传播，还应具备如下条件: 发射天线须位于大气波导内 电

42、波发射角须小于临界角c(0.51) 工作波长小于最大波长max 对于常出现的dN/dh-290 N/km的情况，max同波导厚度h0之间满足微波中继系统的电波传播EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 微波中继系统的电波传播地面波导中的多径传输悬空波导中的多径传输EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 单位为cm，h0单位为m。通常的气象条件h0一般不超过2030m，所以微波波段较易发生波导型传播，且波导中的传输模式也较多，易产生深度的

43、波导型衰落。因此在视距传播中应设法破坏大气波导的传播条件，可以使收发天线的高度差较大，以使射线的俯仰角大于0.51，以破坏大气波导型传播的条件。 为了改善衰落情况，提高电路的传播可靠度，通常采取的措施是：在电路设计时，应根据地形及气象资料，确定恰当的传播余隙，必要时可进行传播试验，力求避免产生绕射型衰落。对于开电路，应尽量减小主反射波的强度，甚至设置认为障碍，消除到达接收点的主反射波。使系统提供一定的电平储备（或称衰落余额）以保证信号发生深度衰落时提供电平补偿。微波中继系统的电波传播3 2max00.088h(54)EMW Propagation EngineeringSchool of El

44、ectronic Engineering 采用分集接收技术，以使接收信号的快衰落幅度趋于平缓，减小深度快衰落发生的概率。微波中继系统的电波传播EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 内容安排EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 卫星通信是上世纪60年代以来，在航天技术和微波技术迅速发展的基础上形成的一种新型通信方式，已成为国际、国内通信的重要手段。 目前使用的通信卫星主要是静止同步卫星，这种卫星被发射到赤道上空约35800 km的空间

45、，始终保持着和地球相对静止的状态。只须配置三个大容量的通信卫星，就可建立起全球的通信体系。其主要的工作频段有：225400 MHz、800900 MHz的UHF频段，1.51.6 GHz的L波段，46 GHz的C波段，78 GHz的X波段，1114 GHz的Ku波段，以及2040 GHz的Ka波段。在长达40000 km的单程传播路径上，主要的传播途径位于宇宙空间内，只要地球站发出的射线仰角不是太小，及地球站指向卫星的仰角不低于510，则电波穿过低空大气层及电离层的路径不会太长，其信道传输媒质的电参数是基本稳定的，属常参信道。卫星通信系统的电波传播EMW Propagation Enginee

46、ringSchool of Electronic Engineering 卫星通信系统的电波传播同步卫星通信系统EMW Propagation EngineeringSchool of Electronic Engineering 影响电波传播的主要因素有：大气气体对微波的衰减；雨云雾雪等引起的散射和吸收；水凝物（主要是雨滴和冰晶）引起的退极化效应；由大气层内湍流团或不均匀层折射指数的随机起伏造成的信号衰落；大气气体吸收和水凝物引起的噪声辐射；以及电离层闪烁和法拉第旋转效应等。 卫星通信系统的传输损耗主要是基本传输损耗（自由空间传输损耗、大气吸收损耗和降雨损耗）以及天线方向跟踪误差损耗和极化误差损耗等项。 自由空间传播损耗为 r是地球站至卫星的路径长度，只随仰角不同而不同。仰角是指地球站天线对准同步卫星时的射线与地平面之间的夹角，它的大小是由地球站和卫星之间的相卫星通信系统的电波传播32.4520lgMHz20lgkmdBbfLfr(55)EMW Propagation En