无线电波传播第四讲电波传播信道及其作用机制

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1、RadioWavePropagation无线电波传播第四讲电波传播信道及其作用机制（2）纲要非均匀媒质中电磁波传播的基本机制传播信道对系统特定功能的影响各频段传播信道的主要模式与主要传播效应非均匀媒质中电磁波传播的基本机制1二次源等效原理电磁波和不均匀媒质相互作用激发了二次辐射源，这是非均匀媒质中各种传播机制和效应的本质在外来电磁场的作用下，在非均匀边界将出现感应电流和磁流，从而形成二次辐射源得上式表示在无外加激励源的非均匀媒质空间中，电场的散度不为零，这意味着存在二次源的再辐射。对于媒质的参数、形

2、状及电尺度等不同的非均匀体，它们可能被称为障碍体、遮蔽体、反射体、散射体、吸收体及再辐射体或被动天线只有当不均匀性具有比较规则的几何结构，如平面、球面及球体等少数情况，才可能较容易地精确求得二次场如：满足平面反射条件时的镜像法一般的情况下，不均匀体的电参数同时具有空间上的任意分布和时间上的随机变化(如对流层和电离层的湍流不均匀性及海面的波浪等媒质状况)。在处理此种媒质的反、散射传播时，通常应用谱函数方法，即将媒质电磁特性空间不均匀性视为不同空间尺度和偏离强度的均匀团（块）的叠加，而时间变化视为不同时

3、间尺度和偏离强度的平稳起伏的叠加。在不同频率外加场的作用下，其二次源的激发及其对外加波场的散射效应，取决于不均匀体时、空谱特性对外加场的谐振响应。2折射传播不均匀性对电磁波传播的影响主要表现在波阵面的弯曲（波阵面上各点传播相速不同）并沿路径变化，或者说射线弯曲，也就是折射效应射线方程设慢变媒质的相折射指数，射线路径可由费尔马（Fermat）原理确定：两点间的射线沿其光程长度取稳定值的路径进行；其数学表述为由此条件可导出射线方程。这种极值路径不一定（但也可能）是最短，但绝不是最长路径。3反射传播当媒质

4、电参数的空间变化较为剧烈时，不均匀边界将对电磁波产生内反射，例如，地面及电离层底部边界的反射。反射波的幅度和相位与反射体的电特性和表面状况有关反射系数（R）与折射系数（T）一般为复数，反映了在反射和折射过程中波场幅度与相位的变化。R和T与波的极化形式有关.4波导传播在低对流层与地面之间、低电离层与地面之间、上电离层（E层、F层）中以及地壳内部，都存在能引导某特定频段无线电波传播的波导结构，其机制类似于微波金属波导。电波在上下两层之间通过连续反射或返回折射能够传播较远的距离，这在实用中具有较重要的意义

5、。与金属波导不同之处在于：一般两壁均匀有耗媒质，存在能量损耗与泄漏，两壁之间也不是真空；此种结构常有较复杂的时空变化，并可能具有各向异性（如电离层波导）。因此，其传播特性较为复杂，预测难度也较大。5绕（衍）射传播电磁波绕过障碍物（例如山峰或地球曲面）的传播称为绕射。当传播路径上障碍物的尺寸与电波波长相比，差别较小时，绕射现象最为显著，而当障碍物尺寸远大于及远小于电波波长时，将相应地以反射和散射现象为主。绕射同时还与路径长度有关。由传播主区概念可知，传播路径当障碍物高度h未完全遮蔽主区时，接收点仍能收

6、到发射点的电波。波长愈长主区愈大，则绕射效应越显著，光波波段的绕射能力就很差。甚低频（VLF）电波，具有显著的沿球面绕射传播的能力。6散射传播当不均匀物体因其反射面小于反射主区或因主区内过于粗糙而不满足镜面反射条件时，将对投射的电磁波产生散射。散射体主要涉及对流层水汽凝结体和湍流不均匀性、流星余迹、电离层电子密度不均匀性与自由电子以及地、海粗糙面，还有各种人为的目标，如飞机、导弹及海面舰艇等。入射到不均匀体的波场能量，一部分被散射而另一部分可能被吸收，通常用散射截面和吸收截面来表征其强度。单目标（或

7、粒子）的电磁波散射稀疏媒质中粒子群体的散射连续媒质中湍流不均匀性的散射粗糙表面散射7波场的随机扰动电磁波通过湍流起伏的随机媒质，例如经过对流层和电离层传播时，除了散射效应外，还引起直通波场振幅和相位的随机扰动(设媒质扰动为准稳随机场，不计波场的频率起伏)。大量具有随机幅、相的散射波到达观测点叠加于未经扰动的波，引起合成波幅度和相位的起伏。各种无线电系统的空间信道及其传播效应与传播有关的系统参数工作频率（段）和带宽；电波极化方式与相应的天线型式；信号体制与格式及信息处理方案；发射机输出功率；接收机灵敏

8、度与信噪比。涉及系统性能指标的电波传播问题电子系统的性能随电波传播环境的时-空特性可能具有较大的变化，这并不是系统设计的平均技术参数都能照顾到的，随着系统硬设备技术性能的提高，传播效应的限制将显得更为突出。为了系统且有效地使用系统，必须全面深入地掌握其传播信道的特性。目前，各国的国防军事部门都将作战环境列为武器系统的组成部分，因而电波传播环境当然是国防军事电子系统的重要部分。在系统实际使用中要对传播效应进行预测，从而提供优劣传播环境的信息，并采取必要的修正技术充分实现