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时间:2019-05-11
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1、第11章视距传播视距传播:收发天线在视线距离内,电波直接从发射点传到接收点的传播方式。视距传播可分为三类:地—地:中继通信、广播电视、移动通信地—空:地面-飞机、地面-卫星空—空:飞机间、宇宙飞行器间地面及对流层大气对视距传播有一定的影响。11.1地面对视距传播的影响1.光滑平面地条件下视距传播场强的计算假设发射天线A的高度为H1,直接波的传播路径为r1,地面反射波的传播路径为r2、与地面之间的投射角为Δ。收、发两点间的距离为d。接收点B的高度为H2。r2-r1为两条路径之间的路程差,它可以表示为(11―1―2)根据二项式定理:得:(取前2项)接收点B场
2、强应为直接波与地面反射波的叠加。(11―1―1)Γ为地面的反射系数,它与电波的投射角Δ、电波的极化和波长以及地面的电参数有关。一般可表示为设沿r1路径在接收点B处产生的场强振幅为E1,沿r2路径在接收点B处产生的场强振幅为E2,则B处的总场强为(11―1―3a)对于水平极化波对于垂直极化波(11―1―3b)对于水平极化波来讲,实际地面的反射比较接近于理想导电地,特别是在波长较长或投射角较小的区域近似程度更高。因此在估计地面反射的影响时,可粗略地将实际地面等效为理想导电地。对于垂直极化波情况就比较复杂。垂直极化波反射系数的模存在着一个最小值,对应此值的投射
3、角称为布鲁斯特角(Brewster),记作ΔB;在ΔB两侧,反射系数的相角180°突变。尽管垂直极化波的反射系数随投射角的变化起伏较大,但在很低投射角时,仍然可以将其视为-1。海水的反射系数海水和陆地的反射系数(图中V代表垂直极化,H代表水平极化)。GHzGHz干土的反射系数水平极化波反射系数的模在低投射角约为1,相角几乎可以被看作180°常量。当Δ很小时,将代入下式合成场可以做如下简化:(11―1―4)因此,波的干涉与天线的架高、电波波长及传播距离有关。垂直极化波在海平面的干涉效应(εr=80,σ=4)(a)f=0.1GHz,H1=50m,H2=100
4、m(b)f=0.1GHz,H1=50m,d=7000m下图是以
5、E/E1
6、为纵坐标计算得到的垂直极化波在海平面上的干涉效应。则得到维建斯基反射公式:(11―1―5)解地面反射波与直接波之间的相位差为【例】某通信线路,工作波长λ=0.05m,通信距离d=50km,发射天线架高H1=100m。若选接收天线架高H2=100m,在地面可视为光滑平面地的条件下,接收点的E/E1=?今欲使接收点场强为最大值,调整后的接收天线高度是多少(应使调整范围最小)?所以接收点处的E/E1=0,此时接收点无信号。若欲使接收点场强为最大值,可以调整接收天线高度,使得接收点处地面反
7、射波与直接波同相叠加,接收天线高度最小的调整应使得φ=−16π。若令可以解出H2=93.75m,接收天线高度可以降低6.25m。地面上的有效反射区2.地面上的有效反射区反射波的主要空间通道是以A′和B为焦点的第一菲涅尔椭球体,而这个椭球体与地平面相交的区域为一个椭圆,该区域内对反射波具有重要意义。这个椭圆也被称为地面上的有效反射区。(11―1―6)该椭圆的长轴在y方向,短轴在x方向。(11―1―7a)长半轴:短半轴:(11―1―7b)根据第一菲涅尔椭球的尺寸,可以计算出该椭圆(有效反射区)的中心位置C的坐标为不平坦地面的反射3.光滑地面的判别准则实际地面
8、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(11―1―8)由此引起的附加相位差为为了能近似地将反射波仍然视为平面波,即仍有足够强的定向反射,要求,相应地要求瑞利准则(11―1―9)瑞利准则即为判别地面光滑与否的依据。当满足这个判别条件时,地面可被视为光滑;当不满足这个判别条件时,地面被视为粗糙,反射具有漫散射特性,反射能量呈扩散性。表11―1―1Δh的实际计算数据波长越短,投射角越大,越难视为光滑地面,地面起伏高度的影响也就越大。11.1.2光滑球面地情况地球是球面体,在大多数情况下应该考虑到地球的曲率。首先受到影响的就是
9、视线距离。如图11―1―7所示,在给定的发射天线和接收天线高度H1、H2的情况下,由于地球表面的弯曲,当收发两点B、A之间的直视线与地球表面相切时,存在着一个极限距离。当H1、H2远小于地球半径R时,d0也就为B、A之间的距离r0。1.视线距离--视线所能达到的最远距离在通信工程中常常把由H1、H2限定的极限地面距离称为视线距离。(11―1―10)(11―1―11)由于常满足R>>H1,R>>H2,因此视线距离可写为(11―1―12)根据图11―1―7所示的几何关系,若C点为AB与地球的切点,则有将地球半径R=6370km代入上式并且H1、H2均以米为单
10、位时,(11―1―13)在标准大气折射时,视线距离将增加到(11―1―14)在收
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