无线电波传播 第六讲 3 近地区域中性介质内的电波传播
电波传播环境介绍
目前, 人们倾向性的看法是把地球磁场对带电粒子运动起主要 控制作用的那部分电离区域称为磁层。
它是指由于“太阳风”(通常指宁静太阳辐射的带电粒子流) 与地球磁场相互作用, 使得地球磁场变形的那部分区域。
平流层内温度随着高度增加 而上升, 到了50 km左右的高 度, 温度出现最大值约为263 K, 这里就叫做平流层顶。 平流层顶以上就是中层, 中 层内温度随高度增加而迅 速下降, 是一个低温带, 到 了90 km左右的高度, 温度 出现最小值约为183 K左 右, 这就是中层顶。
中层顶以上就是热层, 热层内温度随着高度增加而上升,到了400 km左右的高度, 温度可达上千度。
一、地球及外围空间
地球是太阳系中的一个行星，形状为一略扁的球体，长 半轴约为6378km，短半轴约为6357km，长短半径相 差约为21km，一般取平均半径为6370km。 在电波传播研究中，一般把地球简作为圆球来处理。 根据地震波的传播证明，地球从里到外可分为地核、地 幔和地壳三层
3
地核：半径约为3460km，温度估计高达5000°C左右。地 核的体积只有地球体积的1/6，而质量却几乎占了1/3，这 证明它是由较重的元素（例如铁等）组成的。
地幔:地核的外面厚度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为2850km左右的灼热熔岩。
地壳：地球的表层, 厚度各处不同, 海洋下面较薄, 最薄处 仅5 km左右, 大陆所在的地下比较厚, 最厚处可达60 km, 地壳的平均厚度约为33 km。 地壳的基部是玄武岩, 某些 地区在玄武岩的上面还有花岗岩, 再上面是电导率较大的冲 积 由层于等地。球的内部作用，例如地壳运动、火山爆发等, 以及外 部的风化作用,使得地球的表面形成了高山、深谷、江河、 平原等地形地貌, 再加上人为所创造的城镇等环境, 这些不 同的地形地物和不同的地质结构都在一定程度上影响着无 线电波的传播。
《无线电波的发射、接收和传播》 讲义
《无线电波的发射、接收和传播》讲义一、无线电波的概述在我们生活的这个充满信息的世界里，无线电波扮演着至关重要的角色。
从手机通讯到广播电视，从卫星导航到无线局域网，无线电波无处不在。
那究竟什么是无线电波呢？无线电波是一种电磁波，其频率范围非常广泛，通常被划分为不同的频段。
它们能够在空间中传播，不需要任何有形的介质，这使得它们能够实现远距离的通信和信息传递。
二、无线电波的发射要实现无线电通信，首先要将信息加载到无线电波上并发射出去。
这就涉及到无线电波的发射过程。
无线电波的发射需要一个振荡器，它能够产生高频的交流电流。
这个交流电流通过天线时，会在天线周围产生变化的电磁场，从而向外辐射无线电波。
为了有效地发射无线电波，天线的长度和形状至关重要。
天线的长度通常与所发射无线电波的波长有关。
一般来说，天线的长度为无线电波波长的四分之一时，发射效果较好。
此外，发射的无线电波还需要进行调制。
调制就是把要传递的信息（比如声音、图像等）加载到无线电波上。
常见的调制方式有调幅和调频。
调幅是改变无线电波的振幅来表示信息，而调频则是改变无线电波的频率来表示信息。
在实际的发射系统中，还需要功率放大器来增强信号的强度，以确保信号能够传播到足够远的距离。
三、无线电波的传播无线电波在空间中的传播方式主要有地波传播、天波传播和空间波传播。
地波传播是指无线电波沿着地球表面传播。
这种传播方式适用于中波和长波，它们能够沿着地面绕过障碍物，传播距离较远，但信号容易受到地面吸收和干扰。
天波传播是无线电波被发射到高空的电离层后，被反射回地面的传播方式。
短波主要通过这种方式传播。
电离层的特性会随着时间和季节等因素发生变化，这可能导致信号的不稳定和衰落。
空间波传播则是指无线电波像光线一样直线传播。
这种传播方式适用于超短波和微波，常用于卫星通信、雷达等领域。
但由于是直线传播，其传播距离受到地球曲率的限制，需要通过中继站来延伸传播距离。
此外，无线电波在传播过程中还会受到衰减和干扰。
无线电波的传播特性
无线电波的传播特性无线电波的传播特性传播特性（一）移动通信的一个重要基础是无线电波的传播，无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.为了更好地说明移动通信的问题，我们先介绍一下电波的各种传播方式：1．表面波传播表面波传播是指电波沿着地球表面传播情况.这时电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响着电波的传播.当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时，由于地表面是半导体，因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收.另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射.从物理课程中我们已经知道，只有当波长与障碍物高度可以比较的时候，才能有绕射功能.由此可知，在实际情况中只有长波，中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方.在短波的部分波段和超短波，微波波段，由于障碍高度比波长大，因而电波在地面上不绕射，而是按直线传播.2．天波传播短波能传至地球上较远的地方，这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释.直到1925年，利用在地面上垂直向上发射一个脉冲，并收到其反射回波，才直接证明了高层大气中存在电离层.籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方.我们把经过电离层反射到地面的电波叫天波.电离层是指分布在地球周围的大气层中，60km以上的电离区域.在这个区域中，存在有大量的自由电子与正离子，还可能有大量的负离子，以及未被电离的中性离子.发现电离层后，尤其近三四十年来，随着火箭与卫星技术的发展，利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究.当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分，其研究的空间范围和频段也日益宽广.在电离层中，当被调制的无线电波信号在电离层内传播时，组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度.所以波形会发生失真.这就是电离层的色散性.同时，由于自由电子受电波电场作用而发生运动，所以当电波经过电离层，其能量会被吸收一部分.而且，从电离层吸收电波的规律看，若使用电波的工作频率太低，则电离层对电波的吸收作用很强.所以天波传播中有一个最低可用频率，低于这个频率，就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作.传播特性（二）1．空间波传播当发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线.所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响.空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率的影响.收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度.一般地说，视线距离可以达到50km左右.空间波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对流层的影响.移动通信中，电波主要以空间波的形式传播.类似的还有微波传播.2．散射传播大气对流层中，除了有规则的片状或层状气流外，还存在有不规则的，这类似于水流中漩涡的不均匀体.相应的，在电离层中则有电子密度的不均匀性.当天线辐射出去的电波，投射到这些不均匀体的时候，类似于光的散射和反射现象，电波发生散射或反射，一部分能量传播到接收点的这种传播称为散射传播.这种通信方式通信距离可达300－800km,适用于无法建立微波中继站的地区，例如用于海岛之间和跨越湖泊，沙漠，雪山等地区.但是，由于散射信号相当微弱，所以散射传播接收点的接收信号也相当微弱，即传播损耗很大，这样，散射通信必须采用大功率发射机，高灵敏度接收机和高增益天线.3．外层空间传播电磁波由地面发出（或返回），经低空大气层和电离层而到达外层空间的传播，如卫星传播，宇宙探测等均属于这种远距离传播.由于电磁波传播的距离很远，且主要是在大气以外的宇宙空间内进行，而宇宙空间近似于真空状态，因而电波在其中传播时，它的传输特性比较稳定.我们可以把电波穿过电离层外面的空间传播，基本上当作自由空间中的传播来研究.至于电波在大气层中传播所受到的影响，可以在考虑这一简单的情况基础上加以修正. 传播特性（三）前面我们对电磁波的各种传播方式做了介绍，在这里，我们简单地介绍一下各个波段的传播特点，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.各个波段的传播特点如下：1．长波传播的特点由于长波的波长很长，地面的凹凸与其他参数的变化对长波传播的影响可以忽略.在通信距离小于300km时，到达接收点的电波，基本上是表面波.长波穿入电离层的深度很浅，受电离层变化的影响很小，电离层对长波的吸收也不大.因而长波的传播比较稳定.虽然长波通信在接收点的场强相当稳定，但是它有两个重要的缺点：①由于表面波衰减慢，发射台发出的表面波对其他接受台干扰很强烈.②天电干扰对长波的接收影响严重，特别是雷雨较多的夏季.2．中波传播的特点中波能以表面波或天波的形式传播，这一点和长波一样.但长波穿入电离层极浅，在电离层的下界面即能反射.中波较长波频率高，故需要在比较深入的电离层处才能发生反射.波长在3000－2000米的无线电通信，用无线或表面波传播，接收场强都很稳定，可用以完成可靠的通信，如船舶通信与导航等.波长在2000－200m的中短波主要用于广播，故此波段又称广播波段.3．短波传播的特点与长，中波一样，短波可以靠表面波和天波传播.由于短波频率较高，地面吸收较强，用表面波传播时，衰减很快，在一般情况下，短波的表面波传播的距离只有几十公里，不适合作远距离通信和广播之用.与表面波相反，频率增高，天波在电离层中的损耗却减小.因此可利用电离层对天波的一次或多次反射，进行远距离无线电通信.4．超短波和微波传播的特点超短波，微波的频率很高，表面波衰减很大；电波穿入电离层很深，甚至不能反射回来，所以超短波，微波一般不用表面波，天波的传播方式，而只能用空间波，散射波和穿透外层空间的传播方式.超短波，微波，由于他们的频带很宽，因此应用很广.超短波广泛应用于电视，调频广播，雷达等方面.利用微波通信时，可同时传送几千路电话或几套电视节目而互不干扰.超短波和微波在传播特点上有一些差别，但基本上是相同的，主要是在低空大气层做视距传播.因此，为了增大通信距离，一般把天线架高.。
无线电波传播
无线电波传播无线电波传播2011-08-11 07：24无线电波段划分及传播方式频率从几十Hz(甚至更低到3000GHz左右波长从几十Mm到0.1mm左右频谱范围内的电磁波，称为无线电波。
电波旅行不依靠电线，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。
发信天线或自然辐射源所辐射的无线电波，通过自然条件下的媒质到达收信天线的过程，就称为无线电波的传播。
无线电波的频谱，根据它们的特点可以划分为表所示钓几个波段。
根据频谱和需要，可以进行通信、广播、电视、导航和探测等，但不同波段电波的传播特性有很大差别。
光速÷频率=波长无线电波波段划分波段名称波长范围频段名称频率范围超长波长波中波短波1,000,000~10,000 10,000~1,000 1,000~100 100~~10 10~1 1~0.1 0.1~0.01 0.01~0.001甚低频低频中频高频甚高频特高频超高频极高频3~30KHz 30~300KHz 300~3,000KHz 3~30MHz 30~300MHz300~3,000MHz 3~30GHz 30~300GHz超短波米波分米波厘米波毫米波电波主要传播方式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。
电波传播
电离层的电子浓度变化具有：
1）昼夜变化规律。
2）季节变化规律。
3）太阳黑子周期（11年）变化规律。
电离层的D层对电波的吸收是很严重的。
因此，当夜晚D层消失时，天波信号将 增强，正是晚上能接受到更多的短波电 台的原因。 电离层中，电波的传播特性与波的频率 有关，下图给出了入射角一定而频率不 同时电波的轨迹。
关于云、
雾、雨、雪等对微波传播 的影响来说，降雨引起的衰减最为 严重。 对10 GHz以上频率的电波，由降雨 引起的衰减在大多数情况下是可观 的。因此在地面和卫星通信线路的 设计中，都要考虑由降雨引起的衰 减。
2.4.3 空间波传播 1. 电离层传播 （1）电离层传播 电离层是地球高空大气层的一部分，从 离地面60km的高度，一直延伸到1000 km 的高空。 由于电离层的电子不是均匀分布的，其 电子浓度N随高度与位置的不同而变化， 因此，电离层是非均匀媒质，电波在其 中传播必然有反射、折射与散射等现象 发生。
2.4.1
各种介质中的波 1. 自由空间中的波 在自由空间无源区域，沿 的波，满足波动方程：
2 2 z 2 0 0 t 2 E x 0
色散关系： k 2 2 u 0 0
ˆ方向传播 z
时间平均的矢量功率密度：
E02 ˆ S z 2 0
2.
地面波的极化 地面波的极化选择，在地面通信系 统的设计中是一个很重要的参数。 由于水平分量在地面上会引起较大 的传导电流，从而增加功率损失。 地面对水平极化波吸收大，因此， 表面波多采用垂直极化波。 为此，表面波需要采用垂直于地面 的直立天线。
谢谢观赏
电离层通信具有， 电波将穿透电离层射向太空。频率太低， 电离层吸收太大，以至于不能保证必要 的信噪比。 （2）电离层传播的随机多径效应严重， 多径时延较大，信道带宽较窄，因此， 它对传输信号的带宽有很大限制。
无线电传播理论
视距传播对于导航信号而言是一种优秀的传播方式,获 得了非常广泛的应用。目前,民用航空所使用的绝大部分 导航系统,如VOR、DME、ILS、MLS、LRRA以及GNSS 等,均采用了这种传播方式。
4.三种传播方式特点的比较及导航信号的传播方式
导航信号的传播方式有三种。 ➢ 地波传播、 ➢ 视距传播、 ➢ 波导模传播（OMEGA系统）
图 地波传播（Ground-Wave Propagation）
地波传播的优点和缺点可以看出,地波传播是适合传播导航 信号的,但对于要求苛刻的航空用户而言,相比于视距传播, 地波传播并不是一种优秀的传播方式。采用地波传播的导 航系统主要有奥米加导航系统、罗兰-A和罗兰-C以及 ADF-NDB,但对于民用航空使用的奥米加导航系统和ADFNDB来讲,ICAO已在20世纪90年代停止使用奥米加导航系 统,ADF-NDB尽管还在使用,但只能作为辅助导航系统。
2.天波传播（Ionospheric Propagation）
天波传播是指电波由发射天线向高空辐射,在高空被电离 层连续折射或散射而返回地面接收点的传播方式,有时也 称为电离层电波传播,如图2-x所示。长、中、短波都可 以利用电离层反射传播,但以短波为主。
电离层是地球高空大气层的一部分,高度从60km一直 延伸到1000km左右。在此范围内,主要由于太阳的紫 外辐射和高能微粒辐射,也受其他星体紫外辐射的影响, 使大气分子部分游离,形成了自由电子、正负离子和中 性分子、原子等组成的等离子体。
3.视距传播（Direct-Wave Propagation）
视距传播是指在发射天线和接收天线之间能相互“看 见”的距离内,电波直接从发射点传播到接收点的一种传 播方式,也常称为直达波传播,如图2-x所示。这种传播方 式主要发生在甚高频(VHF)以及VHF以上各频段信号的 传播。
无线电波的传播方式
无线电波的传播方式一、无线电波的传播方式无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后，是经过不同的传播路径到达接收点的。
人们根据这些各具特点的传播方式，把无线电波归纳为四种主要类型。
1）地波，这是沿地球表面传播的无线电波。
2）天波，也即电离层波。
地球大气层的高层存在着“电离层”。
无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。
因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。
我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。
3）空间波，由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。
有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。
直射波和反射波合称为空间波。
4）散射波，当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。
在业余无线电通信中，运用最多的是“天波”传播方式，这是短波远距离通信向必要条件。
空间波和散射波的运用多见于超高频通信，而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。
二、电离层与天波传播1．电离层概况在业余无线电中，短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。
短波段信号的传播主要依靠的是天波，所以我们必需对电离层有所了解。
地球表面被厚厚的大气层包围着。
大气层的底层部分是“对流层”，其高度在极区约为九公里，在赤道约为十六公里。
在这里，气温除局部外总是随高度上升而下降。
人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层，但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。
在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。
它对电波传播基本上没有影响。
离地面约50到400公里高空的空气很少流动。
在太阳紫外线强烈照射下，气体分子中的电子挣脱了原子的束缚，形成了自由电子和离子，即电离层。
由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射，电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层，每个分层的密度都是中间大两边小。
电波传播基础PPT课件
S
PtGt
4 d 2
A2
W m2
Pr
4 d
2
A2GtGr Pt
W
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(9) (10)
传输媒质对电波传播的影响
对于某一传输电路，发射天线输入功率与接收天线
输入功率（满足匹配条件）之比，定义为该电路的传输
损耗L，即
L
Pt Pr
4 d
第18页/共33页
传输媒质对电波传播的影响
❖多径传输 当电波以两个或两个以上不同长度的路径传播到达
接收地点时，则接收天线捡拾的信号是由几个不同路径 传来的电场之和。因路径长度有差别，它们到接收地点 的时间延迟（简称时延）不同。若以τ表示最大传输时 延与最小传输时延之差，若τ值太大就会引起较明显的 信号失真。图2(a)示出了接收点场强是由两条路径传来 的、振幅不等的、相位差φ=ωτ的两个电场叠加。
当接收天线与来波极化匹配并与负载阻抗匹配时，
其接收功率为
Pr
SAe
Pt Gt
4 d 2
2 4
Gr
4 d
2
PtGtGr
(W)
(3)
式中S为坡印廷矢量（W/m2）, Ae为接收天线的有 效面积（m2），Pt为发射天线的输入功率（W），Gt和 Gr分别是发射天线和接收天线的增益，λ为自由空间电 波的波长（m）。
设一天线置于自由空间，在其最大辐射方向上、距 离为d的接收点处产生的场强为
E0
60PtGt d
V m
(1)
pt为发射天线输入功率（W），Gt为发射天线增益， d为距离（m），E0为自由空间场强振幅值。为便于实用， 或写成：
第8页/共33页
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L
L cos / 2
will cause an intensified backscattering.
岸基情形: Bragg Resonant
Backscatter
隨機海面的Fourier 組成
• 在較短的時間間隔內，海 浪可視為准平穩過程，並近 似地認為可以用平穩過程的 理論結果。 • 地波雷達觀測海浪時，既 要使一次观测的時間長度T 充分大，以保證統計的代表 性，又要T不能太長，以滿 足過程的平穩性。
Some HFSWR Systems
SeaSonde WERA SWR-503 OSMAR
另外還有英國的OSCR系統， Overseer系統，俄羅斯的TELETS 系統，日本……
HFSWR Servers for …
• 颱風、風暴潮、海嘯等防災減災；為保護海洋環境提 供資訊服務； • 漁業服務（海洋表面流場能為魚苗的投放及捕撈提供 指導）； • 為海洋工程（如排污口、港口、跨海大橋、鑽井平臺 等）的設計、施工和維護提供資訊服務；
高頻地波雷達(HF Surface Wave Radar ， 簡 稱 HFSWR) 作為一種新興的海洋監測
技 術 ， 具 有 超視距、
大範圍、全天候以 及 低成本 等優點，被認
為是一種能實現對各國專 屬經濟區(EEZ)監測進行 有效監測的高科技手段。
關於超視距雷達OTHR
• 超視距雷達（Over-The-Horizon Radar， 縮寫OTHR）利用高頻（3～30MHz）電 磁波（短波）的反射或繞射特性探測遠距 離目標（艦船、飛機、巡航導彈、海洋表 面等），其作用距離可突破地球曲率的限 制而超越視距。 • OTHR主要分為兩類，利用電離層對電磁 波的反射探測目標的是天波OTHR，利用 電磁波在地球表面的繞射探測目標的是地 波（表面波）OTHR。
E z 0 we
（4-141）
式中，w是一个慢变函数，表示地面的衰减作 用。
在分界面下的介质中，波的电场满足
E2 k E2 0
2 2 2
E2 2 2 2 ( k x k y ) E2 k 2 E 2 0 2 z
2
设解具有
2
E2 E2 ( x, y) E2 ( z) 的形式，则
无线电导航系统测量的主要参数是主副台 两条路径电波传播的时间差，系统制订的位置 线图（或称海图）是按光速将时差换算为距离 差，但实际上，地波的传播速度异于光速并随 空间和时间有所变化。因此，使用海图时需要 进行电波传播速度预测和修正。罗兰-C导航系 统的传播时差是通过测量载频相位差来实现， 同时利用脉冲定时点解决相位差测量整周期多 值性问题。
E2 z z E1z z
z 0
cos 2 jk2 1 E2 z r ' cos 2 jk0 1 r '
z 0
r '
E1z
列昂托维奇近似边界条件(|'r| >>1)
k0 E1z j E1z z r '
H1z jk0 r 'H1z z
回波頻譜
power
receding wave’s spectra
approaching wave’s spectra
freq.
2
g g 0.102 f 0 4
Doppler shift fB Vp (radio freq.)1/2
When Currents Exists…
电波沿路径 r 的传播总相位为
(r ) dx / v( x)
0
r
r
c
(r )
微分相速可定义为
d ( r ) v(r ) / dr
式中，c为光速，(r)地波传播二次相位（即相对于 自由空间传播附加的）因子。在离开发射点一定距 离（陆地约70km，海上约20km）时， (r)随距离 的变化接近于线性，即存在一个等效的平均相速。
d E2 ( z ) 2 2 2 ( k 2 k x k y ) E2 ( z ) 0 2 dz
设k k k 有：
2 x 2 y 2 1
E2 2 2 (k2 k1 ) E2 0 2 z
2
于是有：
cos 2 E2 ( x, y, z ) E2 ( x, y,0) exp jk2 z 1 r '
-fB 功 率 P/dB 多普勒频移 f / Hz 风向 fB 径向流 主效海浪频率 波高谱
2005年8月对比验证试验结果示例
台湾海峡双雷达站合成风场
台湾海峡双雷达站双站浪场
福建龙海HFSWR-OSMAR071站
地波在导航与雷达系统的应用
地波传播的损耗和相位延迟主要受地表层电导率及 地形、地貌、植被等因素的影响，传播特性稳定 度高，适用于高精度的无线电导航和授时及雷达 等系统。 实用中的关键问题之一在于排除电离层反射波的干 扰，获得尽可能大的稳定地地波传播距离。至于 对流层不均匀性，除要考虑大气折射（借助等效 地球半径）外，其他影响对所讨论的频段不是很 重要。
( z 0)
( z 0)
有关结论
• 电场的垂直分量在地面达 到最大，并随高度的增加 而减小，磁场垂直分量随 高度增加而增加； • 地面上电场的垂直分量远 大于水平分量； • 地内电场的水平分量远大 于垂直分量； • 垂直极化波传播时除了E1z 外，还有E1x. 地面上接收宜采用垂 直天线； 地下通信中宜采用水 平天线； 波前倾斜
• Ground waves refer to the propagation of radio waves close to or at the surface of the Earth. These surface waves are also known loosely as Norton surface waves, Zenneck waves, Sommerfeld waves, or gliding waves.
c r 60 是临界波长，它可用于判断地 （3）
4.9.2 地面上表面波的场
地波的分类： （1）沿地球表面传播的表面波； （2）直射波和由地球表面反射的波组成的空 间波。
表面波的场：
（1）假设条件
a) 地面是 z = 0 的平面；
b) 地面是非良导体。 （2）表面波场的近似解
j (kx xk y y )
式中复介电张量
ε复 ε
iσ
0
相当于把传导电流等效为位移电流时的介电常数
复相对介电常数：
' r j r j 60 0 0
' r
（1）当 r 60 时，地面近于理想介质； （2）当 r 60 时，地面近于理想导体； 面近于介质或导体。
• 海上搜救工作（如預測遇險人員或船隻漂流的方向和 位置，為及時救援提供幫助）；
• 為海上航運提供導航、跟蹤等資訊服務（可用於交通 管制，也可用於打擊走私、販毒、海盜、非法捕魚、 傾倒污染物等）； • 軍事用途，維護國家海洋權益，服務海上軍事防務
单列正弦海浪對电磁波的后向Bragg散射
2
Sea surface
雷達回波譜:Doppler Spectra of Sea
2005-10-02 14:40LT Longhai Distance: 35km
一阶峰(海流、风向信息)
功率/dB
二阶谱
(风速、 浪高信息)
多普勒频移/Hz
Sea State Parameters Correspondent to Spectra Characteristics
Radio Wave Propagation
无线电波传播 第六讲
近地区域中性介质内的电波传播 3
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地波传播，地波雷达，导航系统
波导模传播
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吴雄斌—无线电波传播
4.9 地波传播
4.9.1 地波电参数
地波定义：沿地球表面传播的电磁波叫地 波或表面波。
地波形式：由于地球表面的弯曲，地波主 要是由绕射现象形成的围绕地球传播的无线 电波。
另一个关键问题是对地波场强和相位延迟的预测， 特别是对陆地、山岳、丛林等复杂路径的相位预 测，它关系到系统高精度性能要求的实现。
低频（LF）地波导航与授时
以美国罗兰(Loran)-C为代表的脉冲-相位双曲线 导航系统，是低频地波传播应用的典型应用。 罗兰脉冲载频取为100KHz，是综合考虑了收发 设备与地波传播特性等各种因素的最佳选择。当频率 增高，地波衰减剧增，传播距离太近；频率再低，难 于发射并具有陡峭上升前沿的脉冲波形。 双曲线导航系统一般由1个主台和2个副台组成 固定的台链，同步地发射导航信号，由主台至两副台 的距离差为常数，可形成两组位置线，对于已知台链 坐标的系统，两位置线的焦点对应于覆盖区内确定的 位置。
复数介电常数
• 当介质中存在有传导电流（有耗介质）时，通常用电 导率（张量） 来描述。 σ • 全电流包含传导电流Jc和位移电流Jd
在谐变情况下可以写成
J J c J d σ E ( 0 ε E) t
J ( σ i 0 ε ) E i 0 ε复 E
• 產生後向散射的海浪相速 度是固定的(fixed phase velocity)，且要么接近雷達 (approaching)，要么遠離 雷達(receding) • 運動的物體會對入射的電 磁波產生Doppler Effect， 海浪也不例外
fB 2Vp
入射波頻譜
power
radio freq. freq.
在实测中，经常是测量大距离区间上的相位差，涉 及的是平均相速 v 。由总相位
(r ) r / v