微波与卫星通信课件第4章.ppt

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1、第4章微波传播4.1自由空间的电波传播4.2地面反射对电波传播的影响4.3对流层对电波传播的影响4.4几种大气和地面效应造成的衰落4.5频率选择性衰落4.6抗衰落技术4.7卫星通信电波传播的特点长波、中波采用此种方式短波采用此种方式微波采用此种方式利用大气对流层进行传播反射、折射、散射利用大气电离层进行传播反射、折射、散射沿地球表面进行传播1.电波与自由空间的概念微波是一种电磁波，微波射频为300MHz～300GHz，是全部电磁波频谱的一个有限频段。电波——也称电磁波，指一个高频交流电流周期，可视为以确定速度在导体内传播的波。4.1自由空间的电波传播自由

2、空间——又称为理想介质空间，即相当于真空状态的理想空间，现实中并不存在。空间中充满均匀、理想介质，其中：导电率介电常数导磁系数2.自由空间传播损耗在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等现象，也就是说，总能量没有被损耗。但是因为能量是向四面八方扩散的，所以存在着衰耗现象。将这种衰耗称为自由空间的传播损耗！设发信设备位于球体中心，使用无方向性天线，以功率Pt向周围空间辐射电磁波，在半径为d的球面上接收点B的单位面积上的平均功率为：由天线理论可知，一个各向均匀辐射的天线，其有效面积为:这样，一个无方向性天线在B点收到的功率为:传播损耗为:或:当距

3、离d单位为km，频率f单位为GHz时:当距离d单位为km，频率f单位为MHz时:3.自由空间传播条件下收信电平的计算微波通信中实际使用的天线均为有方向性天线，当收发天线增益分别为Gr（dB）,Gt（dB）；收发两端馈线系统损耗分别为Lfr（dB）,Lft（dB）；收发两端分路系统损耗分别为Lbr（dB）,Lbt（dB）时，则在自由空间传播条件下，接收机的输入电平为：Pr（dBm）＝Pt（dBm）+（Gt+Gr）－（Lft＋Lfr）－（Lbt＋Lbr）－Ls【例4-1】已知发信功率Pt=1W，工作频率f=3800MHz，两站相距45km，Gt＝Gr＝39dB，

4、Lft＝Lfr＝2dB，Lbt＝Lbr＝1dB。求：在自由空间传播条件下接收机的输入电平和输入功率。解由已知条件站距d＝45km，工作频率f=3800MHz，可得自由空间传播损耗为Ls（dB）=32.4+20lg45+20lg3800≈137dB将Pt=1W换算成电平值：Pt=10lg1000mW＝30dBm练习题：167页4-114.2地面反射对电波传播的影响不同路由的中继段，当地面的地形不同时，对电波传播的影响也不同。主要影响有反射、绕射和地面散射。地面把天线发出的一部分信号能量反射到接收天线，与直射波信号产生干涉，并与直射波在收信点进行矢量相加，使

5、得收信电平比自由空间传播条件下的收信电平增加或减小。4.2.1费涅耳区的概念1.惠更斯—费涅耳原理惠更斯→电磁波的波动学说费涅耳→提出“费涅耳区”的概念，并进一步解释了电波的反射、绕射现象。惠更斯原理的基本思想：光和电磁波都是一种振动，振动源周围的媒质是有弹性的，故一点的振动可通过媒质传递给邻近的质点，并依次向外扩展，而成为在媒质中传播的波。发信点收信点障碍物球面波：波阵面（等相面）为同心球面的波当天线尺寸远小于站间距离的时候，可把天线近似看成一个点源2.费涅耳区的概念一发信点收信点反射点P的轨迹：PT与PR之和为一常数，即椭球面设TR间距离为d:①当

6、PT+PR为d+λ/2时，将P点的轨迹称为第一费涅耳椭球面②当PT+PR为d+2λ/2时，将P点的轨迹称为第二费涅耳椭球面③当PT+PR为d+nλ/2时，将P点的轨迹称为第n费涅耳椭球面如图A、B所示费涅耳区：由T点发出且过P点的一系列球面波与一系列费涅耳椭球面交割，在交割面上得到一系列的圆和圆环，称之为费涅耳区。3.费涅耳区半径将费涅耳区上一点P到TR连线的垂直距离称为费涅耳区半径，用F表示。第一费涅耳区半径用F1表示。根据费涅耳区定义及上图所示，可得：经公式推导，可近似得到：同理可得第二费涅耳区半径：第n费涅耳区半径：若波长单位为米，距离单位为公里：

7、P点位置不同时，费涅耳半径大小也不同。当d1=d2时，第一费涅耳区半径有最大值，表示为F1m求任意一点第一费涅耳区半径4.收信点场强与各费涅耳区参量的关系经分析发现：相邻费涅耳区在收信点R产生的场强反相（相位相差180°）。以第一费涅耳区为参考，奇数费涅耳区使收信场强增强，偶数费涅耳区使收信场强减弱。收信点场强是各个费涅耳区在R点所产生场强的矢量和，进行矢量相加的结果是收信点R在自由空间从所有费涅耳区得到的场强仅近似等于第一费涅耳区半区空间在该点产生的场强。4.2.2地面反射对收信电平的影响1.平坦地形对电波的反射下面所研究的环境不再是自由空间，是在真实

8、大气中地面对电波的反射。在实际的微波通信过程中，收信