第11章 视距传播
电波传播理论复习资料（整理后）
第一章绪论1.掌握正常的和反常的两种类型传播模式的基本概念；正常的传播机制总是存在，如图1.1所示：反常的传播机制偶然存在，如图1.2所示：2.掌握超短波和微波的主要传播效应。
1、晴空条件下的视距传播——在晴朗天气的情况下，当传播路径两端点之间没有障碍阻挡或者障碍阻挡可以忽略时，超短波和微波按照视距传播。
【视距传播不仅仅是自由空间的传播（即空间扩散损耗）；还要计及大气气体对无线电波的吸收损耗（水汽和氧气对电波的吸收损耗）。
晴空大气中，还存在许多其他复杂的重要的视距传播现象（晴空大气中的层结以及湍流不均匀体对无线电波的反射、折射、多径传播、散射、散焦和聚焦效应等等）。
）】2、绕射传播——当传播路径两端点之间的传播余隙小于第一费涅尔半径时，即波传播的空间受到地面地物某种程度的阻挡时，就会产生绕射损耗。
【对于非视距和超视距传播的情况，绕射损耗可以是很严重的。
绕射损耗的大小与频率、余隙、障碍的位置和形状等因素有关。
为了计算因地面地物障碍阻挡引起的对无线电波的绕射损耗，首先必须制作准确的电路地形剖面图，定义和计算相关的几何参数。
在出现负折射的情况下，绕射损耗尤其严重；在超折射条件下绕射损耗则变小。
所以，当气象条件不稳定时，容易出现绕射衰落。
】3、地形、地物的散射和反射4、雨、水凝体和沙尘对电波的散射和衰减5、多径传播和聚焦效应：【多径传播——大气层结的反射和折射以及地面地物的反射和散射使得在接收点所接收到的信号是多条射线合成的总效果。
这些多径射线具有各自不同的相位和幅度，所以多径射线的合成是向量的合成。
并且由于各条射线幅度和相位的随机变化，最终产生所谓的多径衰落现象，这是对无线电通信的质量水平具有非常重要的影响。
聚焦效应——当射线在对流层中传播时，由于大气折射指数的不均匀性会产生聚焦和散焦效应。
聚焦会使信号大大增强，相反散焦会使信号减弱。
聚焦、散焦何时出现和强度如何均与气象条件有关，而气象变化也是随机的。
电波主要传播方式
电波主要传播方式2008-06-05 11:25:45 作者：不详电波传输不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。
任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。
传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。
根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种：地表传播对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。
当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。
那些走直线的电波就过不去了。
只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。
地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。
其特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。
因此，这种传播方式主要适用于长波和中波波段。
天波传播声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。
无线电波也能够反射。
在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就象一只悬空的金属盖，电波射到“电离层’就会被反射回来，走这一途径的电波就称为天波或反射波。
在电波中，主要是短波具有这种特性。
电离层是怎样形成的呢？原来，有些气层受到阳光照射，就会产生电离。
太阳表面温度大约有6000℃，它辐射出来的电磁波包含很宽的频带。
其中紫外线部分会对大气层上空气体产生电离作用，这是形成电离层的主要原因。
电离层一方面反射电波，另一方面也要吸收电波。
电离层对电波的反射和吸收与频率(波长)有关。
频率越高，吸收越少，频率越低，吸收越多。
所以，短波的天波可以用作远距离通讯。
此外，反射和吸收与白天还是黑夜也有关。
白天，电离层可把中波几乎全部吸收掉，收音机只能收听当地的电台，而夜里却能收到远距离的电台。
视距计算公式
视距计算公式
视距是指人眼或摄像机能够观测到的最远距离，是一个重要的物理概念。
在很多领域中，如建筑设计、交通规划、气象预测等，都需要对视距进行准确的计算。
视距计算公式是计算视距的数学公式，其计算结果可以用来确定视觉范围，并且对于安全和规划方面的决策至关重要。
视距计算公式通常涉及以下几个因素：
1. 人眼或摄像机的高度：人眼或摄像机的高度会直接影响到视距的范围。
2. 大气折射率：大气折射率与空气中的物理量有关，如温度、气压等，而这些因素会影响到光线的传播速度，从而影响视距的计算。
3. 目标高度：目标的高度会影响到视线的高度，从而影响到视距的计算。
基于以上这些因素，一般的视距计算公式可以表示为：
S = 3.57 √(h + 1.5H)
其中， S 表示视距（单位：千米），h 表示人眼或摄像机的高度（单位：米），H 表示目标的高度（单位：米）。
这个公式是基于一个假设：空气层的折射率是常数。
但实际情况下，空气层的折射率会随着高度和气温等因素的变化而变化，因此这个公式只是一个近似值。
此外，还有其他一些视距计算公式，如 Beranek 公式、Mills 公式等，它们的计算方法也略有不同，但都基于以上几个因素。
总之，视距计算公式可以帮助我们计算出视距的范围，并且对于建筑设计、交通规划等领域的决策起到了很大的作用。
但需要注意的是，由于实际情况的复杂性，这些公式只是近似值，计算结果可能会存在误差。
因此，在实际应用中，需要结合具体情况进行计算和判断。
超视距传播原理
超视距传播原理
超视距传播是一种指在通信系统中，信号传输的距离超过了人眼可视范围的现象。
它主要应用于无线电通信、雷达、卫星通信等领域，可以有效地扩展通信距离和提高通信质量。
超视距传播的原理主要涉及两个方面：空间波束传输和大气折射。
首先，空间波束传输是指通过发射器将无线电波束成一个窄束，使得波束在传输过程中的辐射能量集中在一个相对较小的角度范围内。
由于波束的方向性较强，可以减小信号在传输过程中的衰减和散射，从而实现远距离传播。
其次，大气折射是指由于大气密度的变化，导致电磁波传播过程中发生折射现象。
在地球的大气层中，空气密度会随着高度的变化而变化，导致电磁波传播路径的曲线。
当信号从地面向上传播时，由于大气折射的作用，信号可以被折射到地面之外的较远处，实现超视距传播。
此外，超视距传播还受到地形、大气状况、频率和信号功率等因素的影响。
地形因素会影响信号的传播路径和传播衰减，如山脉和建筑物可能会阻挡信号的传播。
大气状况因素指的是大气层中湿度、温度和压力等环境参数的变化，会导致信号速度和传播路径的变化。
频率和信号功率决定了信号在传播过程中的衰减和传输质量，因此需要根据实际情况选择合适的频率和适当增加信号功率。
总之，超视距传播的原理主要包括空间波束传输和大气折射。
通过合理设计和优化信号传输路径、选择合适的频率和信号功率，并考虑到各种环境因素的影响，可以有效地实现超视距传播，扩展通信距离和提高通信质量。
天线与电波传播
天线与电波传播天线部分：引言天线是一种用来发射或接收电磁波的器件，是任何无线电系统中的基本组成部分。
换句话说，发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波，接收天线则与此相反。
于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输，可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。
人类最大的自然资源之一就是电磁波谱，而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。
第一讲：传输线基础知识在通信系统中，传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。
为了更好的了解天线的性能与参数，首先简单介绍有关传输线的基础知识。
传输线根据频率的使用范围区分有两种类型：1、低频传输线；2、微波传输线。
这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识，主要包括反映传输线任一点特性的参量：反射系数Γ、阻抗Z 和驻波比ρ。
一、反射系数Γ这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为()()''''''''2()()()00j z j z j zl U z z U z U z e Uzee βββ-+--+-Γ=====Γ (1)由上式可以看出，反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，即 ()'l z Γ=Γ (2) 此外，反射系数呈周期性，即()()''/2g z m z λΓ+=Γ (3) 二、阻抗Z这里定义传输线上任一点处的阻抗为 ()()()'''U z Z z I z =(4)经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式()''00'0tan tan l l Z jZ z Z z Z Z jZ zββ+=+ (5) 三、驻波比ρ(VSWR)这里定义传输线上任一点处的驻波比为 ()()'max 'minU z U zρ=(6)经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式 11l lρ+Γ=-Γ (7)此外，这里还给出反射系数与阻抗的关系表达式()()()()()()''''''011z Z z Z z Z z Z z Z z Z +Γ=-Γ-Γ=+ (8)这里还简单介绍一下传输线理论所要用到的一些基本参数，例如特性阻抗0Z 以与相位常数β，具体表达式如下： 02,L Z LC C πβωλ===(9) 此外，不同的系统有不同的特性阻抗0Z ，为了统一和便于研究，常常提出归一化的概念，即阻抗()'0Z z Z 称为归一化阻抗()()''Z z Z z Z =(10)第二讲：基本振子的辐射一、电基本振子的辐射电基本振子(Electric short Dipole)又称电流元，无穷小振子或赫兹电偶极子， 它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l 远小于波长λ，其半径a 远小于l ，同时振子沿线的电流I 处处等幅同相。
天线与电波传播第7-11章习题详解
f
= 10kHz 时， λ
= 3×104 m ， F1max
=
1 2
3×104 ×10×103 = 8660m
7.3、当收发天线正中间有一高度为 100m 的高楼时，若收发天线相距 1km，高度相同，电
波频率为 900MHz，请问要保证自由空间传播条件，收发天线至少要多高？若电波频率为
2GHz，收发天线至少要多高？来自/m30
（3） f = 136MHz ，故 λ = 2.21m ; Gre = 1010 = 1000
信号功率：
Pre
=
⎛ ⎜⎝
λ 4π r
⎞2 ⎟⎠
PinGt Gre
=
⎛ ⎜⎝
4π
2.21 × 500×103
⎞2 ⎟⎠
×1× 2×1000
=
2.5 × 10−10 W
/
m2
第八章
8.1、某微波通信线路，发射机输出功率 Pt = 10W ，收、发天线架高分别为 hr = 40m ，
=2
E1
sin( 2π ×100× h2 ) 50 ×1000λ
将 λ = c = 3×108 = 0.05m 代入上式得：
f 6 ×109
E
= 2 E1
sin( 2π ×100 × h2 ) 50 ×1000 × 0.05
= 2 E1
sin(0.08πh2 )
h2 = 100m 时， E = 2 E1 sin(8π ) = 0 ，为最小值。
工作波长 λ = 2m 。假设电波是在自由空间中传播，在天线的最大辐射方向， r = 50km 处
有一 P 点，试计算： （l）P 点处的功率密度及电场场强的大小。 （2）若在 P 点处置一相同类型的接收天线，计算接收机在匹配条件下可能获得最大接收功 率。 （3）计算 P 点的自由空间传播损耗。
移动通信试题库有答案
移动通信试题库第一章1.移动通信系统中，150MHz 的收发频率间隔为________， 450MHz 的收发频率间隔为________，900MHz 的收发频率间隔为________ 。
（5.7MHz, 10MHz, 45MHz ）2.移动通信按用户的通话状态和频率使用的方法可分为________ , ________ ，________三种工作方式。
（单工制，半双工制和双工制）3.(多选) 常用的多址技术有哪几种：_________( ABCD )A. 频分多址(FDMA)B.时分多址(TDMA)C.码分多址(CDMA)D.空分多址(SDMA)4. 移动通信主要使用VHF 和UHF 频段的主要原因有哪三点？答：1）VHF/UHF 频段较适合移动通信。
2）天线较短，便于携带和移动。
3）抗干扰能力强。
5.信道编码和信源编码的主要差别是什么？答：信道编码的基本目的是通过在无线链路的数据传输中引入冗余来改进信道的质量。
信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减，通过增加冗余，如校验码等，来提高抗干扰能力以及纠错能力。
相对地，信源编码的目标就是使信源减少冗余，更加有效、经济地传输，最常见的应用形式就是压缩。
第二章1.在实际应用中，用________，________，________三种技术来增大蜂窝系统容量。
(小区分裂，频段扩展，多信道复用)2. 什么是近端对远端的干扰？如何克服？答：当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的信号时，距基站近的移动台B （距离）到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台A(距离，<<)的到达功率，2d 1d 2d 1d 若二者功率相近，则距基站近的移动台B 就会造成对接收距离距基站远的移动台A 的有用信号的干扰或抑制，甚至将移动台A 的有用信号淹没。
这种现象称为近端对远端的干扰。
克服近端对远端的干扰的措施有两个：一是使两个移动台所用频道拉开必要的时间间隔；二是移动台端加自动(发射)功率控制(APC)，使所有工作的移动台到达基站功率基本一致。
电磁波与天线知识点
第一章1.天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置2.天线的作用：3.天线基本辐射单元：电基本振子、磁基本振子、惠更斯元4.电基本振子又称电流元，其辐射场是球面波（等相位面的形状），辐射的是线极化波，传输的波的模式是横电磁波（TEM 波，沿传播方向电场、磁场分量为0）5.媒质波阻抗η自由空间（120ηπ=Ω）电基本振子E H θηϕ=磁基本振子E H ϕθη=-6.磁基本振子又称磁流元、磁偶极子7.电基本振子归一化方向函数(,)sin F θϕθ=理想电源归一化方向函数(,)1F θϕ=8.方向图：E 面H 面9.电基本振子E 面方向函数()sin E F θθ=，H 面()1H F ϕ=磁基本振子E 面方向函数()1E F θ=，H 面()sin H F ϕϕ=10.方向系数：在同一距离及相同辐射功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比11.电基本振子D=1.5半波振子D=1.6412.增益系数：在同一距离及相同输入功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比13.天线效率：物理意义（表述了天线能量转换的有效程度）14.A G Dη=15.天线极化可分为：线极化、圆极化、椭圆极化16.有效长度17.输入阻抗18.频带宽度19.有效接收面积是衡量接收天线接收无线电波能力的重要指标。
20.对称振子中间馈电，极化方式为线极化，辐射场为球面波。
计算输入阻抗采用“等值传输线法”，最终等效成具有一平均特性阻抗的有耗传输线。
对称振子天线振子越粗，平均特性阻抗越小。
21.末端效应：由于对称振子末端具有较大的端面电容，末端电流实际不为零。
22.采用天线阵是为了加强天线的定向辐射能力。
23.方向图乘积定理P2624.水平线天线镜像一定时负镜像；垂直对称线天线正镜像垂直驻波单导线半波正垂直驻波单导线全波负25.无限大理想导电反射面对天线电性能的影响主要有两个方面：对方向性的影响；对阻抗特性的影响26.沿导电平面方向，正镜像始终是最大辐射，负镜像始终是零辐射。
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H0.3
GHz
H3.0
||
) / (°
40 50 60 70 80 90
100 80 60 40 20 0
0
10
20
30
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
/ (° )
(a )
海水的反射系数
/ (° )
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
e j
对于水平极化波
sin ( r j 60 ) cos
2
sin ( r j 60 ) cos
2
(11―1―3a)
对于垂直极化波
V
( r j 60 )sin ( r j 60 ) cos
A H2 C y0 1 B
H1
d
x
A′
地面上的有效反射区
该椭圆（有效反射区）的中心位置C的坐标为
x01 0 d d 2 H1 ( H1 H 2 ) y01 2 d ( H H )2 1 2
长轴在y方向，短轴在x方向。长轴的长度为
(11―1―6)
1 2 2
r AOB 2h sin
取 r ，作为地面平坦与否的分界点，则 4
hR
8 sin
——瑞利准则判别式
设实际地面起伏高度为h，则
h hR ：平坦地面 h hR ：不平坦地面
例： 0.5 ，那么对于f=900MHz的电波来说，地面的起伏 高度小于多少米才能认为地面是平坦的？
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）？ 解 地面反射波与直接波之间的相位差为
2 2 H1H 2 k r d 2 2 100 100 17 0.05 50000
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
2 H1 H 2 当Δ很小时，将 r d
代入下式
jk ( r2 r 1)
E E1 E2 E1 (1 e
合成场可以做如下简化：
E E1 E2 E1 1 e
)
jk r2 r1
kr E1 2 sin 2
(11―1―4)
90%值的差值作为实际地面的起伏高度值。
90%
h
10%
d
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视线距离。
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 A 'B ' d 0 称为视线距离。
A H1 A′ R R R r1 0 d0 B′ r0 C r2 0 B H2
20
30
40
50
60
70
80
90
/ (° )
/ (° )
(a )
(b )
干土的反射系数
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。
2H1 H 2 当 时, d 9 60Pr D 2H1 H 2 2H1 H 2 sin , E1 d d d
则得到
维建斯基反射公式：
2.18 E (mV / m) H1 (m) H 2 (m) Pr (kW ) D 2 (m)d (km)
(11―1―5)
在自由空间，电场强度（损耗）与距离的关系 为20(dB)/10d。即距离d增大到10d时，接收到的场 强降低20dB（等同于损耗增加20dB）。而对于平面
d b [ d ( H1 H 2 ) ] 2 1 b a [ d ( H1 H 2 ) 2 ] 2 d
(11―1―7)
该区地质的电参数确定反射系数，以判定地面反射波的大小及相位 。
3、瑞利准则：判断地面是否可以近似为平面
射线1 射线2
h
A△ O
B
O’
射线1和射线2的路程差：
(b )
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。
1 0.8 H3.0 0.6
200 180 160 140 120 H3.0
| |
) / (°
100 80 60 40 20 0 V3.0
0.4 0.2 0 0 10
V3.0
20
30
40
50
60
70
80
90
0
10
A H1 A′ R R R r1 0 d0 B′ r0 C r2 0 B H2
O
d H 1 2R 2 d2 H 2 2R
2 1
(11―1―15)
(11―1―16)
因此，天线的等效高度为
d12 (11―1―17) H1 h1 H1 H1 2R 2 d2 (11―1―18) h2 H 2 H 2 H2 2R 在视距传播的有关计算公式中，若将天线的实 际高度置换成等效高度，就是对球面地条件下的修 正之一。
E1 E2
水平极化
r2
d
, ,
A′
r2-r1为两条路径之间的路程差，它可以表示为
r r2 r1 ( H 2 H1 )2 d 2 ( H 2 H1 )2 d 2 2 H1 H 2 d
(11―1―2)
根据二项式定理：
1 1 2 1 3 3 1 3 5 4 1 x 1 x x x x (1 x 1) 2 24 246 2 4 6 8
O
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
r10 ( R H1 )2 R 2 2RH1 H12
2 r20 ( R H 2 )2 R2 2 RH 2 H 2
(11―1―10) (11―1―11)
由于常满足R>>H1，R>>H2，因此视线距离可写为
地面上的空间波，电场强度（损耗）与距离的关系
为40(dB)/10d。即距离d增大到10d时，接收到的场 强降低40dB（等同于损耗增加40dB）。
1 1 2 d d
【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，
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
0.5
1
1.5 d / 104 m
2
2.5
3
200
400 H2 / m
600
800
1000
(a )
(b )
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=100m （b）f=0.1GHz，H1=50m，d=7000m
3、球面反射的扩散特性
A
d
B
A d
B
Sp
Sq
d
A’
'
A’
d '
球面反射系数与平面反射系数的关系为： B
q D f p
D f 为扩散因子
A d
Sq
A’
d '
(11―1―14)
在收、发天线架高一定的条件下，实际通信距 离d与r0相比，有如下三种情况：
(1) d＜0.7r0，接收点处于亮区； (2) d＞1.2r0，接收点处于阴影区； (3) 0.7r0＜d＜1.2r0，接收点处于半阴影区。 在实际的视距传播工程应满足亮区条件，否则 地面绕射损失将会加大电波传播的总损耗。
水平极化
r2
d
, ,
A′
H 2 H1 r1 d ( H 2 H1 ) d 1 d
2 2 2 2
2
H 2 H1 r2 d ( H 2 H1 ) d 1 d
2
E2 E1 r1 A H1 H2 B 垂直极化
2.天线的等效高度
过反射点C作地球的切面，把球面的几何关系 换成平面地，此时由A、B 向切平面作垂线所得的 H′1 、H′2就称为天线的等效高度或折合高度。
A B C d1 d2
H2
H1
H1 H 1
r1 0
r2 0
H2
H2
R
R
R
天线的等效高度
O
假定反射点C的位置已经确定，沿地面距离 d=d1+d2≈r10+r20，r10、r20就是天线架高为ΔH1、 ΔH2时的极限距离。