第11章 视距传播
第11章 视距传播
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
无线电传播的基本方式
无线电传播的基本方式电波传播是研究由辐射源所辐射的无线电波通过自然条件下的媒质到达接收天线的传播特性和规律。
电波传播的基本方式有以下几种：一、表面波传播地面上的天线沿地面辐射的电波，沿地面向远处传播。
表面波传播又称为地表面波传播、地波传播，主要用于超长波，长波，中波和短波波段。
表面波其辐射电波只要是沿着地表传播，随着传播距离的增大，电波强度逐渐减弱。
由于水平极化的表面波衰减较大，因此表面波的主要极化形式是垂直极化。
地表的电参数与形状是影响地波传播的主要因素。
地波在向前传播的过程中有部分能量传入地下，随着传播距离的增大，电波将逐渐减弱，这里除了因扩散引起的自然衰减外，还有大地的吸收衰减，大地的吸收衰减跟大地的电参数和电波的波长有关。
地波传播过程中存在波前倾斜的现象，在接收垂直单极天线发射的地波时，为了有效地接收各场分量，应采用相适应的天线极化形式。
在地面上适宜用垂直极化天线，地下适宜采用埋地天线，水下适宜采用漂浮的水平极化天线。
大地的电导率越大，电磁波波长越长，地波传播的衰减就越小。
同时，因为大地是一种稳定的媒质，不受气候，地磁，太阳辐射等因素影响，所以地波传播是非常稳定的。
电磁波的频率越低，传播损耗越小，短波频段利用地波进行近距离通信的频率约为1.6MHz~5MHz。
地波的衰减随频率的升高而增大，所以即使用1000W的发射机，地波传播距离也仅为100KM左右，所以这种传播形式不宜用作无线电广播或者远距离通信。
此外，传播距离还和传播路径上的媒质的电参数密切相关，沿海面传播的距离远远超过沿陆地传播的距离。
二、视距传播发射天线和接收天线限于在互相“看得见”的视距内的直射线传播称为视距传播。
地面通信，卫星通信以及雷达都是这种传播形式。
视距传播又称为直线波传播，主要用于超短波和微波波段的电波传播。
视距传播主要指在超短波和微波波段，收发天线远离地面处于相互能“看得见”的距离内，电波直接从发射天线传播到接收处的一种传播形式。
第6讲 视距传播(2)
EMW Propagation Engineering 18/42
内容安排
School of Electronic Engineering
低空大气层对电波传播的影响 超短波传播
EMW Propagation Engineering 19/42
超短波传播
超短波频率范围为30~300 MHz。电波传播主要是视 距传播方式，相对微波而言，超短波受低空大气层不均匀 性的影响、以及自然现象中云、雾、雨等引起的噪声以及 对电波的吸收也较小。因此可主要考虑地面对超短波的影 响，主要表现在 ①地面凸起使电波直射波的传播距离受限于视线距离 以内，讨论传播特性时，须分视距内、外两种情况 ②地面反射波是从凸起的地表反射，因此须考虑球形 地面对电波的扩散作用 ③超短波的低频端，电波具有一定的绕射能力，可利 用山峰绕射形成山地传播，须考虑绕射损耗 光滑地面上的亮区场 视距传播中的亮区（d≤0.7dv）接收点场强主要是直 射波E1和地面反射波E2的合成场。因d>>h，电波掠射至 EMW Propagation Engineering 20/42 地面，可作如下近似
School of Electronic Engineering
EMW Propagation Engineering
第六讲 视距传播（2）
2016, April. 13
内容安排
School of Electronic Engineering
低空大气层对电波传播的影响 超短波传播
EMW Propagation Engineering 2/42
Df 1 2d12 d 2 1 KR0dh1 1
2 2d1d 2 1 KR0dh2
d12 h1 h1 2 R0
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。
《视距传播》课件
欢迎参加本次《视距传播》PPT课件，让我们一起探索视距传播的奥秘和应用， 了解它在各个领域中的重要性和发展前景。
什么是视距传播
视距传播是指通过大气层中的光线传播，在可信号在 大气层中的传输过程。
视距传播的表现形式
视距传播可以表现为可见光 的传播、声音的传输等。
总结
视距传播在各个领域中具有重要性，了解视距传播的原理和应用有助于我们更好地理解信息传播和通信技术。
视距传播的重要性
视距传播是信息传播和通信中不可或缺的一环。
视距传播的发展前景
随着科学技术的不断发展，视距传播将继续发 挥重要作用。
视距传播的局限性
视距传播受到大气层的波动和湍流、地形等因素的影响，同时还受到人为干扰的限制。
1 大气层的波动和湍流
大气层中的波动和湍流会 引起光线的扭曲和散射， 影响传播质量。
2 地形等因素的影响
地形的障碍会影响光线的 传播路径和信号的传输距 离。
3 人为干扰的限制
人为干扰，例如建筑物、 电磁干扰等，可能对视距 传播造成干扰和限制。
视距传播的原理
视距传播的原理包括空气的 折射作用和大气层的结构与 特点。
视距传播的影响因素
视距传播受到多种因素的影响，其中包括大气层中气温和湿度的分布，地形、海拔、地面温度等因素。
大气层中气温和湿度的分布
大气层中的气温和湿度变化会影响光线的传播和信 号的传输。
地形、海拔、地面温度等因素
地形、海拔和地面温度等因素会影响光线的折射和 信号的传播。
视距传播的应用
视距传播在电视、广播等传媒的传播、无线电通讯的传输和雷达技术中有广泛的应用。
1
电视、广播等传媒的传播
视距传播是电视、广播等传媒将信息传递给观众和听众的重要方式。
微波技术与天线-考试重点复习归纳
第一章1.均匀传输线（规则导波系统）：截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统。
2.均匀传输线方程， 也称电报方程。
3.无色散波：对均匀无耗传输线, 由于β与ω成线性关系, 所以导行波的相速v p 与频率无关, 称为无色散波。
色散特性：当传输线有损耗时, β不再与ω成线性关系, 使相速v p 与频率ω有关,这就称为色散特性。
11010010110cos()sin()tan()()tan()cos()sin()in U z jI Z z Z jZ z Z z Z U Z jZ z I z j z Z ββββββ++==++2p v f πλβ===/2处的阻抗相同, 称为λ/2重复性z1 终端负载221021101()j z j zj zj zZ Z A e z e e Z Z A eββββ----Γ===Γ+ 1101110j Z Z e Z Z φ-Γ==Γ+ 终端反射系数 均匀无耗传输线上, 任意点反射系数Γ(z)大小均相等,沿线只有相位按周期变化, 其周期为λ/2, 即反射系数也具有λ/2重复性4.00()()()in in Z z Z z Z z Z -Γ=+ 0()1()()()1()in U z Z Z Z Z I z Z +Γ==-Γ111ρρ-Γ=+ 1111/1/1Γ-Γ+=-+=+-+-U U U U ρ电压驻波比 其倒数称为行波系数, 用K 表示5.行波状态就是无反射的传输状态, 此时反射系数Γl =0, 负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即Z l =Z 0, 称此时的负载为匹配负载。
综上所述, 对无耗传输线的行波状态有以下结论: ① 沿线电压和电流振幅不变, 驻波比ρ=1;② 电压和电流在任意点上都同相; ③ 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗6终端负载短路：负载阻抗Z l =0, Γl =-1, ρ→∞, 传输线上任意点z 处的反射系数为Γ(z)=-e-j2βz此时传输线上任意一点z 处的输入阻抗为0()tan in Z Z jZ z β=① 沿线各点电压和电流振幅按余弦变化, 电压和电流相位差 90°, 功率为无功功率, 即无能量传输; ② 在z=n λ/2(n=0, 1, 2, …)处电压为零, 电流的振幅值最大且等于2|A 1|/Z 0, 称这些位置为电压波节点；在z=(2n+1)λ/4 (n=0, 1, 2, …)处电压的振幅值最大且等于2|A 1|, 而电流为零, 称这些位置为电压波腹点。
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。
精品文档-天线与电波传播(第二版)(宋铮)-第10章
第10章 电波传播的基础知识
于是考虑到馈线及分路系统一端损耗后，该电道的总传输 损耗L
L=L0+LF-Gr-GL+2×3.6 =138.46-20 lg0.7-
(6) 高频： 用于远距离通信广播，超视距天波及地波雷 达，超视距地-
(7) 米波： 用于语音广播，移动(包括卫星移动)通信， 接力(~50 km跳距)通信，航空导航信标，以及容易实现具有较
第10章 电波传播的基础知识
(8) 分米波： 用于电视广播，飞机导航、 着陆，警戒雷 达，卫星导航，卫星跟踪、数传及指令网，蜂窝无线电通信
E4
E5 2
E5 2
E6
E7 2
(10-3-4) 仔细观察上式，如果总带数足够大，利用式(10-3-2)的
结论，可以认为
E E1 2
(10-3-5)
第10章 电波传播的基础知识 令第一菲涅尔区的半径为F1，则当各参数如图10-3-2所示
(10-3-6)
F12 d12
F12
d
2 2
d
2
通常d1F1, d2F1
第10章 电波传播的基础知识 图10-1-3 视距传播
第10章 电波传播的基础知识 图 10-1-4 散射传播
第10章 电波传播的基础知识 10.2
如图10-2-1所示，有一天线置于自由空间A处，其辐射功 率为Pr，方向系数为D，在最大辐射方向上距离为r的点M处产生
(10-2-1)
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|| / ( )°
H3.0 H1.0 1
H0.3 H0.1
GHz
200
H0.3 GHz
180
0.8
0.6
V0.1
160
140
V3.0
120
V1.0
H3.0
V0.3
0.4
V1.0
100
V0.3
80
60
V0.1
0.2
V3.0
40
20
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
下图是以|E/E1|为纵坐标计算得到的垂直极化波 在海平面上的干涉效应。
| E / E1 | | E / E1 |
2
1.8
1.8
1.6
1.6
1.4
1.4
1.2
1.2
1
1
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
d / 104 m
0.4
0.2
0
200
400
600
800 1000
H2 / m
设沿r1路径在接收点B处产生的场强振幅为E1， 沿r2路径在接收点B处产生的场强振幅为E2，
则B处的总场强为
E E1 E2 E1(1 e ) jk (r2 r1) (11―1―1)
Γ为地面的反射系数，它与电波的投射角Δ、电 波的极化和波长以及地面的电参数有关。
一般可表示为
e j
对于水平极化波
假设发射天线A的高度为H1， 接收点B的高度为H2。
直接波的传播路径为r1， 地面反射波的传播路径为r2、A
E2 E1 垂 直 极 化
r1
B
E1 E2
水 平 极化
与地面之间的投射角为Δ。 H1
r2
H2
收、发两点间的距离为d。
, ,
d
A′
r1 A
H1
r2
d
E2 E1
B
垂 直 极化
E1 E2
水 平 极化
H2
, ,
A′
r1
d 2 (H2 H1)2 d
1
H
2
H1
2
d
r2
d 2 (H2 H1)2 d
1
1
r2
d
E2 E1
B
垂 直 极化
E1 E2
水 平 极化
H2
, ,
A′
r2-r1为两条路径之间的路程差，它可以表示为
r r2 r1 2H1H2
d
(H2 H1)2 d 2 (H2 H1)2 d 2
0 0
H3.0
V3.0
10 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。
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
(11―1―2)
根据二项式定理：
1 x 1 1 x 1 x2 13 x3 135 x4 (1 x 1) 2 24 246 2468
（取前2项）
r1
d
1
1 2
H2
d
H1
2
r2
d 1
1 2
H2
d
H1
2
得：
r
r2
r1
2H1H 2 d
接收点B场强应为直接波与地面反射波的叠加。
/
m)
2.18
(m)d 2(km)
H1(m)H 2 (m)
Pr (kW )D
(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
(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
当 2H1H2 时 , d 9
sin 2H1H2 2H1H2 ,
d
d
E1
60Pr D d
则得到 维建斯基反射公式：
E(mV
的场强降低40dB（等同于损耗增加40dB）。
1 d
1 d2
【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， 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
sin
sin
(r j60 ) cos2 (r j60 ) cos2
(11―1―3a)
对于垂直极化波
V
( r ( r
j60 )sin j60 )sin
(r j60 ) cos2 (r j60 ) cos2
(11―1―3b)
海水和陆地的反射系数
（图中V代表垂直极化，H代表水平极化）。
/ (°) (a)
海水的反射系数
/ (°) (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
0.4
V3.0
0.2
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
/ (°)
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
kr 2 2H1H2 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。
当Δ很小时，将 r 2H1H2 代入下式
d
E E1 E2 E1(1 e ) jk (r2 r1)
合成场可以做如下简化：
E E1 E2 E1 1 e jk r2 r1
E1
2
sin
kr 2
E1
2
s
in
2H1H 2 d
(11―1―4)
因此，波的干涉与天线的架高、电波波长及 传播距离有关。