《电波传播》PPT课件

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1、第十七讲电波传播（三）《天波传播》自由空间传播的菲涅尔区地面对微波传播的影响对流层对微波传播的影响主要内容3微波波段频率传播电波沿地面传播时衰减很大，遇到障碍物时绕射能力很弱，投射到高空电离层时又不能被反射回地面。所以，该波段电波只能使用视距传播和对流层散射传播视距传播视距传播是指发射天线和接收天线间能相互“看见”的距离内，电波直接从发射点传播到接收点按照收发两端所处位置不同，可分为三类：地面上的视距传播，如无线电中继通信，电视广播以及地面上的移动通信地面与空中目标如飞机，通信卫星等的视距传播空间通信系统之

2、间的视距传播，如飞机之间，宇宙飞行器之间等44视距传播（a）地面微波中继通信；（b）雷达探空；（c）卫星通信5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，必然要受到对流层的影响，表现为吸收，折射，反射和散射此外当电波在低空大气层中传播时，还可能受到地表面自然的或人为的障碍物的影响，引起电波的反射、散射或绕射现象地面及对流层大气对视距传播有一定的影响。6自由空间传播的菲涅尔区电波总是在实际媒质中传播的，人们常把在真空中进行的“自由空间传播”这种理想的情况，作为实际研究问题的起点在17

3、世纪惠更斯首先提出，波在传播过程中，波面上的每一点都是一个进行二次辐射球面波（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。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各点的二次波源发出的子波在该点相互干涉叠加的结果惠更斯原理菲涅尔带示意图7根据上述观点研究在自由空间内，收、发两点之间的空间区域与接收点场强之间的关系。在Q点放置一各向均匀辐射的点源，P点为场点取封闭面S为点源所辐射的球面波的一个波面，其半径为，并且和均远大于波长λ，为场点P至波面的垂直距离。以场点P为中心

4、，依次用为半径做球面，与s面相交截出许多环带。显然，每个环形外边缘上任一点发出的次级波，与其内边缘一点发出的次级波，在到达P点时具有恒定的反相相位差，凡是具有上述基本特征的环带就称为菲涅耳带，就分别称为第一，第二……第n个菲涅耳带等。P点的辐射场就是各菲涅耳带辐射场的总和8各菲涅尔带在P点的辐射场（a）n＝1；（b）n＝2，3；（c）各带的合成振幅；（d）合成场强91.对P点场强起重要作用的只是整个球面上n＝1，2，3…的有限数目的环带。其它环带可以忽略不计2.第一菲涅耳带在P点产生的辐射场B1近似为自由空

5、间场强的两倍，即B1＝2B03.若使P点场强达到自由空间的值，只需要第一菲涅尔带面积的1/3即可近似为(1)10下面讨论空间菲涅耳区的几何区域。若在PQ两点之间插入一块假想的无限大平面S，它垂直于PQ连线，如图所示。由于这种情形相当于以无限大的球面包围波源Q，所以前面讨论的原理和方法仍然适用。在S面上划分菲涅尔带，有如下关系式：及分别为Q和P点到S面上第n个菲涅尔带的距离，d为QP间的直线距离，图中、及d均远大于波长（2）11菲涅尔区（a）平面上的菲涅尔带（b）空间菲涅尔区12由于距离d及波长都是固定值，由

6、式（2）可得=常数。若S面位置左右平移，、r虽为变数，但它们之和仍为常数。根据几何知识可知，这些点的轨迹正是以Q、P为焦点的旋转椭球面。这些椭球面所包围的空间区域就称为菲涅耳区。根据序号n=1,2,就分别称为第一、第二菲涅耳区，它们与S面相截，就在该平面上出现相应的第一、第二菲涅耳带在自由空间内，来自波源Q的辐射而到达接收点P点电磁能量，是通过以Q、P为焦点的一系列菲涅耳椭球区来传播的13传播主区为了获得自由空间的传播条件，只有保证在一定的菲涅尔区域内满足“自由空间的条件”就可以。工程上常把第一菲涅耳区和“

7、最小”菲涅耳区（系指S面上所截面积为第一菲涅耳面积的1/3那个相应区域），当作对电波传播起主要作用的空间区域，称为传播主区。令第一菲涅耳区半径为F1，根据式（2）有在视距通信系统中，d，d1，d2均远大于波长。将上式用二项式定理张开，并略去高阶小项，得表示式为（3）（4）14若，此时第一菲涅耳区的半径最大，达令最小菲涅耳区半径为，根据定义，有（5）（6）由上式可见，当距离d一定时，波长愈小，则传播主区的半径愈小，菲涅耳椭球区也就愈长，最后蜕化为一直线，这就是几何光学中“光线沿直线传播”的证明15地面对电波传

8、播的影响地质的电特性：介电常数，电导率，磁导率地球表面的物理结构：地形起伏、植物以及人为建筑光滑平面地场强计算地面反射有效区光滑地判别准则光滑球面地的反射实际球面地的绕射传播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。地面对电波传播的影响r2-r1为两条路径之间的路程差，