电信传输原理及应用第五章-电波传播概论.ppt

1、无线通讯系统，5.1无线电波的基本概念，1。传输介质对传播传播的影响(1)传输损失(信道损失)当传播从实际介质(信道)传播时，存在能量损失。如果大气吸收或散射无线电波，或无线电波绕过球面或障碍物，就可能发生这种能量损失。如果传播距离、工作频率、发射天线、输入功率和接收天线都相同，则设置接收点的实际场强E，功率PR，自由空间场强E0，功率为PR，则信道的衰减系数A为：传输损耗Lb不管天线的影响如何，都是GI=GR。a是实际媒体的损失。传播方式，传播媒体不同，频道的传输损耗也不同。(2)衰退现象称为所谓衰退，一般指信号平随时间随机波动。根据引起衰退的原因，可分为吸收型衰退和干涉型衰退。吸收型衰退主

2、要是传输介质中传记参数的变化，导致介质中信号衰减的相应变化。大气中的氧、水蒸气、后者凝聚的云、雾、郑智薰、雪等都有吸收电波的作用。由于气象的随机性，这种吸收的强弱也起起伏伏，形成信号的衰退。由于这些原因造成的信号电平的变化很慢，如图5 1(a)所示，称为慢衰退。慢衰落通常是指信号电平的中值(5分钟中值、时间中值、月中值等)牙齿较长时间间隔内的波动。图5 1中的衰退现象，干涉型衰退主要是随机多径干涉现象造成的。在一些传输方式中，由于在发送、爆发两点之间有几个传播路径、典型的天波传播、非均匀介质传播等，因此在这些传播方式中，传输介质具有随机性，因此到达接收点的每个路径的延迟会随机变化，合成信号振幅

3、和相位随机变化。这种起伏的周期很短，信号平缓的变化很快，因此被称为快速衰退，如图5 -1(b)所示。这种衰退在移动通信频道中更加明显。快速衰退叠加在缓慢衰退上。在短时间内观察时，前者突出，后者不易察觉。信号的衰退现象严重影响了传播传播的稳定性和系统的可靠性，需要采取有效措施(例如，接收分集等)来克服这一点。(3)传输失真传播除了通过介质产生传输损耗外，还生成失真振幅失真和相位失真。失真原因有两个茄子：牙齿，一个是介质的分散效果，另一个是随机多径传输效果。色散效应是由于介质中徐璐不同频率的传播速度不同而产生的信号失真。装载信号的电波都占据一定的波段，当电波通过介质到达接收点时，每个频率成分的传播

4、速度都不同，因此无法维持原始信号的相位关系，从而产生波形失真。漫反射效果引起的信号畸变程度取决于特定通道的传输情况。多径传输还可能引起信号畸变。因为电波传播时通过两个或多个长度不同的路径到达了接收点，所以接收天线检测到的信号是从多个不同路径传递的电场强度的总和。设定接收点的栏位是两条路径中传输的相位差为=的两个电场的向量之和。最大传播等待时间和最小传播等待时间之间的差值定义为多径等待时间。对于传输信号的每个频率分量，相同的值产生不同的差异。例如，对于f1，1=1=表示牙齿分量的合成场强度是由于2向量反转而产生的最小值。在F2的情况下，如果2=2=2，则如图5 2(b)所示，这两个向量被添加到一

5、起，以指示牙齿组件的合成场强度最大。其馀各成分依次类推。显然，信号带宽太大会导致更明显的失真现象。因此，通常信号带宽不能超过1/。因此，引入了相关带宽的概念，在相关带宽：图5-2多径传输效果、(4)传播方向的变化传播在无限的均匀线性介质内传播时，光线沿直线传播。但是无线电波实际经历的空间场所很复杂，各种：徐璐其他媒体的分界点将折射和反射无线电波。介质中的非均匀体可以像对流层中的湍流团一样散射无线电波。球形地面和障碍物使无线电波绕过。特别是在某些传输介质中，变性光线轨迹随机变化，到达接收天线的光线的入射角随机波动，导致接收信号严重衰退。因此，在研究实际传输介质对传播传播的影响时，传播传播方向的变

6、化也是重要内容之一。5.2视线传播，所谓视线传播是指天线发射和接收天线徐璐能看到的视线距离内的传播方式。地面通信、卫星通信、雷达等都可以采用这种传播方式等。主要用于超短波和微波频段的传播传播。1.设定视线距离发射天线高度h1，接收天线高度H2(图5-3)，受地球曲率的影响，两个天线A、B之间的距离rrv中的两个天线徐璐“可见”，存在rrv时，在图5-3视线距离图5 3中，AB与地球表面相切，A是地球半径，在图中具有以下关系33366也就是说，表达式中h1和H2的单位是米。视线传播时，无线电波在地球周围的大气中传播，大气在无线电波中产生折射和衰减。由于大气层非均匀介质，压力、温度和湿度取决于高度

7、，大气层介电常数是高度函数。在标准气压下，大气层介电常数R随着高度的增加而减少，接近1，因此大气层折射率n=随着高度的增加而减少。将大气层片分成多个薄层，每个薄层均匀，每个薄层的折射率N随着高度的增加而减小。这样，当电波在大气层内依次通过每个薄层界面时，光线发生偏转，电波线形成向下弯曲的弧形，如图5 4所示。考虑到大气的非均匀性对传播轨迹的影响，视距公式在光学上称rrv区域为照明区域，rrv区域称为阴影区域。图5 4大气层对电波的折射，传播频率远低于光学频率，因此不能根据上述几何光学观点完全划分区域。r0.8rv区域通常称为照明区域，r1.2rv区域称为阴影区域，0.8rvr1.2rv区域称为

8、半照明半阴影区域。2.衰变大气对大气传播的衰减主要来自两个茄子方面。另一方面，云雾郑智薰等小水滴是无线电波的热吸收和水分子、氧分子对无线电波的共振吸收。热吸收与小水滴的浓度相关，共振吸收与工作波长相关。另一方面，云雾郑智薰等小水滴散射传播的散射衰减与小水滴半径的6阶正方形成正比，与波长的4阶正方形成反比。如果工作波长度小于5厘米，则应考虑大气层对传播衰减。尤其是在工作波长度小于3厘米的情况下，大气层对电波衰减变得严重。对于云、雾、郑智薰、雪对微波传播的影响，降雨引起的衰减最严重，10千兆赫以上的频率，降雨引起的传播衰减在大多数情况下是相当大的。因此，降雨引起的衰减在地面和卫星通信线的设计中都要

9、考虑。5.3天波传播，天波传播通常来自自发射天线的传播从高空到电离层反射后到达接收点的传播方式，又名电离层传播传播传播，主要用于中波和短波波段。1.电离层剖面电离层是地球高空大气层之一，从地面60公里高延伸到1000公里高空。电离层电子密度不是均匀分布牙齿，因此根据电子密度的变化，按照高度的变化，分为D，E，F1，F2四层，各地区的电子浓度具有图5-9所示的最大值。电离层主要由太阳紫外线形成，因此电子密度和日照密切相关白天大，夜晚小，晚上D层消失。电离层电子密度随四季变化。除牙齿外，太阳骚动和黑子活动也对电离层电子密度产生了很大影响。图5- 9电离层电子密度的高度分布，2 .电离层中的传播模仿

10、了视线传播的传播引入，可以将电离层分为多个薄片。各薄片层的电子密度均匀，但不像徐璐。根据经典电动力学，自由电子密度为Ne的各向同性均匀介质的相对介电常数是其折射率牙齿，表达式中的F是传播频率。当无线电波进入空气电离层接口时，电离层折射率小于空气折射率，因此折射角大于入射角，光线向下偏转。当无线电波进入电离层时，电子密度增加，每个薄片层的折射率依次变小，无线电波继续折叠，直到达到特定高度。可见电离层对电波的反射本质上是电波在电离层中连续折射的结果。如图5-10所示，在每个薄片层之间的接口上连续应用折射定律时，n0 sin0=n1 sin1=ni Sini，表达式中，n0表示空气折射率，n0=1，

11、0表示无线电波进入电离层时的入射角。无线电波在第一层到达最高点，然后开始返回地面。将i=90赋予常识。图5 10电离层对电波的连续折射表示天波传播时电波频率f(Hz)和入射角0与电波折叠的电子密度Ni(电子数/m3)之间的关系。因此，以下概念： (1)最大可用频率为格式(5 -3 -5)，当电波正确地进入0公路时，电离层返回“反射”的最大可用频率是表达式中Nmax在电离层的最大电子密度。也就是说，当电波的入射角为0时，频率越高，电波反射后到达的距离就越远。无线电波的工作频率高于fmax时，电离层中没有比Nmax更大的电子密度，因此无线电波无法由电离层“反射”返回并通过电离层。如图5-11所示，

12、超短波和微波传播没有传播到天波的原因。(2)天波正球诱导式(5 -3 -4)表明，电离层将f(Hz)频率的传播返回到“反射”的最小入射角0分钟，图5 11表明，在恒定频率的光线，即传播频率恒定的情况下，光线与电离层相匹配，但是0牙齿继续减少后，图5在入射角00 min处，电波通过电离层“反射”返回所需的电子密度超过实际Nmax值，因此电波通过电离层，如图5 -12中的曲线“4”所示。入射角00min的传播不能由电离层“反射”返回，因此以天线发射为中心，在一定半径的区域内，天波无法到达，形成天波的正球。图5 12频率是指在一定时间内通信距离与入射角的关系，(3)由于天线向电离层发射的电波光线，每

13、条光线的入射角略有不同，因此从徐璐不同高度返回到“反射”，所以多条路径到达接收点(图5-13)。这称为多径传输。电离层的电子密度随气候随时变化，各射线的路径也随时变化，各射线之间的波也不断变化，引起接收点合成场的大小波动。多径传输引起的接收点字段的波动称为多径效应。正如牙齿章节前面提到的，多径效应导致了信号的衰退。(4)在最佳工作频率fopt电离层中自由电子的运动通过分散无线电波的能量来衰减无线电波，但由电离层对无线电波的吸收主要是D层和E层。图5 13多径效果，要减少电离层对电波的吸收，应使用能够天波传播的高工作频率。但是，如果工作频率太高，无线电波必须到达电子密度高的地方，才能被“反射”返

14、回，因此，无线电波在电离层中的传播距离大大增加，电离层对无线电波的衰减也大大增加。为此，需要注意的是，通常以最佳工作频率fopt为fopt=0.85fmax，电离层的D层吸收电波是严重的。晚上D层消失，天波信号增强，这就是晚上能接收更多短波电台的原因。总之，天波通信具有以下特点，频率的选择非常重要，频率太高，无线电波穿透电离层射向太空。频率太低，电离层吸收太大，无法保证所需的信噪比。因此，通信频率应选择在最佳频率附近。牙齿频率的确定不仅与年、月、日、时间有关，还与通信距离有关。相同的电离层情况，通信距离近，最大可用频率低，通信距离远，最大可用频率高。显然，为了通信的可靠性，徐璐在不同的时刻徐璐

15、使用不同的频率。但是，为了避免频率变化次数过多，通常在一天内使用两个(日和夜)或三个频率。天波传播的随机多径效果严重，多径延迟大，通道带宽小。因此，传输信号的带宽存在很大的限制。特别是在数字通信的情况下，为了确保通信质量，接收时必须采取适当的多径预防措施。天波传播不稳定，衰退严重，在电路设计中要考虑衰退的影响，在电路设计中要留下足够的平展余量。电离层可以反射的频率范围有限，通常是短波范围。由于频带范围窄，短波电台(短波)特别拥挤，电台之间的干扰很大。尤其是在晚上。随着电离层吸收的减少，电波传播条件得到改善，对间干扰进一步增大。天波传播是高空电离层的反射，因此地面的吸收和障碍物的影响牙齿很小。也

16、就是说，牙齿传播方式的传输损失牙齿小，因此可以用较小的功率进行远距离通信。天波通信，特别是短波通信，速度快，机动性好，设备简单，是短波天波传播的优点之一。5.4地面波传播，无线电波沿地球表面传播的传播方式，地面波传播，天线低于地面，最大辐射方向沿地面时主要是地面波传播。牙齿传播方式类型在长波、中波和短波的低频(103106 Hz)下均可用。地面安装了直立天线，当辐射的垂直极化波沿地面传播时，如果大地是理想导体，则接收天线仍然接收垂直极化波(图5-14)。实际上，大地是郑智薰理想导电介质，垂直极化波的电场沿着地面传播时，在地面上感应到一起运动的正电荷，形成电流，产生欧姆损耗，吸收电波。此外，如图5-15所示，沿地面形成小电场水平分量，使波前倾斜并变为椭圆极化波。显然，波前的倾斜反映了地球吸收无线电波的程度。图5 14理想导电地面的场结构，图5 15郑智薰理想导电地面的场结构，从上述知识中可以得出以