电波传播
(第六章)电波传播概论
式中，h1和h2的单位为米。 视距传播时, 电波是在地球周围的大气中传播的, 大气对电波
产生折射与衰减。 由于大气层是非均匀媒质, 其压力、温度与湿 度都随高度而变化, 大气层的介电常数是高度的函数。
天线 与电波传播
在标准大气压下, 大气层的介电常数εr随高度增加而减小，
并逐渐趋近于1, 因此大气层的折射率n= 随高度的增加而减 小。若将大气层分成许多薄片层, 每一薄层是均匀的, 各薄层的 折射率n随高度的增加而减小。这样当电波在大气层中依次通过 每个薄层界面时, 射线都将产生偏折, 因而电波射线形成一条向 下弯曲的弧线， 如图 6-4 所示。
② 当工作波长λ和两天线高度h1和h2都不变时, 接收点场强随
两天线间距的增大而呈波动变化, 间距减小，波动范围减小，如 图6-7所示。
天线 与电波传播
图 6 – 6 接收点场强随天线高度的变化曲 图 6 –7 接收点场强随间距d的变化曲 线
天线 与电波传播
③ 当两天线高度h1和h2和间距d不变时, 接收点场强随工作波
图 6 – 8 接收点场强随工作波长λ的变化曲线
天线 与电波传播
6.3 天波传播
天波传播通常是指自发射天线发出的电波在高空被电离层 反射后到达接收点的传播方式, 有时也称电离层电波传播, 主要 用于中波和短波波段。
1. 电离层概况
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。由于电离层电子密度不是均匀分 布的, 因此, 按电子密度随高度的变化相应地分为D, E, F1, F2四 层, 每一个区域的电子浓度都有一个最大值, 如图 6- 9所示。 电 离层主要是太阳的紫外辐射形成的, 因此其电子密度与日照密 切相关——白天大, 晚间小, 而且晚间D层消失; 电离层电子密 度又随四季不同而发生变化。 除此之外, 太阳的骚动与黑子活 动也对电离层电子密度产生很大影响。
通信导论第五章电波传播
短波波段都可以利用天波传播方 250
式，目前，它仍是无线电远程通
信的主要传播方式之一。电离层 0 大致可分为 D、E、F1、F2四层。
F1 E O
0.5
F2
1.0
1.5
N(电子/cm3)106
各电离层高度及平均电子密度
层名
D E F1 F2
离地面高度 He（km）
60～90
90～150
150～200
当天线低架于地面时（天线架设高度小于波长时，称为低
架天线），且最大辐射方向是沿地表面，这时电波传播的 主要途径就是地面波传播，也叫地表波或地波传播。
电波沿地表面传播时，电磁波的能量不断被地面所吸收，
因此地面上的场强要比自由空间传播时小得多，能量的衰
减数值与地面的电参数有关，同时也和电波的频率及极化
方向有关。
2.季节变化：由于不同季节太阳照射不同， 故下一图般表夏示季出电电子离密层度的大日于夜冬和季 季，节但变化F2层。例外，
3. 受太阳活动影响的变化
电离层的日夜和季节变化
N 电子密度
N 电子密度
F2
日出
F2
日落
日出
日落
F1
E
E
D
D
0
4 8 12 16 20 24
0
4
8 12 16 20 24 t(时间)
t(时间)
a 夏季
b 冬季
电离层受太阳活动影响的变化
太阳活动性一般以太阳一年的平均黑子数来代表，黑子数目增加时，
太阳所辐射的能量增强，因而各层电子密度大。黑子的数目每年都在
变化，但是根据长期观察证明，它的变化也是有一定规律的，从图可
以看出太阳黑子的变化周期大约是11年，因此电离层的电子密度也与 这11年变化周期有关。
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。
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。
电波传播标准
电波传播标准
电波传播标准是指在电磁波传播的过程中，对于电磁波的频率、功率、传播路径和接收条件等方面的规定和要求。
电波传播标准主要由各个国家或地区的电信管理机构制定和管理，其目的是确保无线电通信设备的正常运行，并避免对其他设备和人员造成干扰和危害。
电波传播标准涉及到多个方面，包括以下几个主要内容：
1. 频率范围：规定了不同频段的使用范围和频率间隔，以保证不同系统之间的频谱资源充分利用和相互之间的干扰控制。
2. 功率限制：规定了设备在不同频段下允许的最大发射功率，以保证对其他设备和周围环境的干扰控制。
3. 传播路径要求：规定了不同地域和环境下的传播路径特性，例如建筑物、山地、海洋等环境对电磁波传播的影响。
4. 接收条件：规定了设备接收电磁波的条件，例如灵敏度、截断频率等，以确保设备能够正确接收到所需的信号。
除了以上主要内容，电波传播标准还可能包括设备技术要求、设备测试和认证要求等方面的规定。
对于无线电通信设备的设计、制造和使用，遵守电波传播标准是非常重要的，以确保设备的性能和安全。
第13章__电波传播
电道的传输损耗：
发射天线输入功率与接收天线输出功率（满足 匹配条件）之比，即
Pin 4 r 2 1 L ( ) 2 PL A Gr G L L L0 LF Gr GL dB
在路径传输损耗 Lb 为客观存在的前提下，降 低传输损耗L的重要措施就是提高收、发天线的增 益系数。
因此，频率越低，绕射能力越强。
衰减损耗、衰落 媒质效应 反射、折射、散射 极化偏转 干扰和噪声 时域、频域畸变 这些媒质效应对信息传输的质量和可靠性常常产 生严重影响，因此各种媒质中各频段电磁波的传播效 应是电波传播研究的主要对象。
电波
电波传播的基本特性
电波传播的基本特性即移动信道的基本特性 ——衰落特性
D=1的无方向性接收天线的有效接收面积为
Ae 4
2
所以该接收天线的接收功率为
2 PL Sav Ae ( ) Pr 4 r
于是自由空间传播损耗为
Pr 4 r L0 10lg 20lg dB PL
或 L0 32.45 20lg f ( MHz ) 20lg r( km)
划分菲涅尔半波带的球面是任意选取的，因此 当球面半径R变化时，尽管各菲涅尔区的尺寸也在 变化，但是它们的几何定义不变。而它们的几何定 义恰恰就是以A、P两点为焦点的椭圆定义。
如果考虑到以传播路径为轴线的旋转对称性， 不同位置的同一菲涅尔半波带的外围轮廓线应是一
个以收、发两点为焦点的旋转椭球。
A
2F1
A与工作频率、传播距离、媒质电参数、地貌 地物、传播方式等因素有关。
基本传输损耗：Lb L0 LF 自由空间传播损耗
dB
衰减损耗
如果发射天线的输入功率为Pin，增益系数为 Gr，接收天线的增益系数为GL，则相应的功率密 度和最佳接收功率分别为
电波的传输原理
电波的传输原理电波是一种无线电波，是由电磁感应产生的。
电波的形成和传输是基于电场和磁场的规律。
电场是由带电物体产生的一种力场，它可用电场强度来描述。
当带电物体发生振动或受到变化电场时，电场强度也会随之变化。
这种变化在空间中扩散形成电磁波，也就是电波。
电波的产生是由带电物体的振动或变化电场引起的，有规律的电流变化会形成有规律的电场变化。
磁场是由带电物体运动时所产生的力场，它可用磁感应强度来描述。
当电场有变化时，磁场也会有变化。
根据法拉第电磁感应定律，变化的磁场会产生电场，进而产生电流。
这种由电场和磁场相互作用产生的变化称为“电磁感应”。
电磁感应现象是电波产生的基础，它使电波传播过程中的信息得以传递。
当变化电场和磁场相互作用时，就能产生电波。
电波的传播速度等于电磁场强度的传播速度，也就是光速。
电波的传播可以通过波动理论来解释。
根据波动理论，电波是以波动的形式传播的，它具有波长、频率和振幅等特征。
振幅决定了电波的强弱，频率决定了电波的音调或颜色。
比如，低频电波用于长波广播，高频电波用于卫星通信。
电波在传播过程中会受到干扰和衰减。
干扰是由其他电波或物质对电波传播的影响，如果多个电波频率不同，可以通过调谐来解决干扰问题。
衰减是电波在传输过程中逐渐减弱的现象，它会导致电波信号的质量下降。
电波的衰减与距离、信号频率、传播环境等因素有关。
电波的传输有多种方式，其中最常见的是通过天线传输。
天线是一种特殊的装置，它能够将电波转换成电信号，或将电信号转换成电波。
在发送端，电信号经过调制后被转换成电波，然后通过天线发射出去。
在接收端，天线接收到电波后将其转换成电信号，经过解调后得到原始信息。
总之，电波的传输原理是基于电场和磁场相互作用的电磁感应现象。
电波以波动的形式传播，其中的信息通过电场和磁场变化来传递。
电波的传输方式多样，其中最常见的是通过天线进行传输。
电波的产生和传输是现代通信技术中不可或缺的基础。
电波传播原理
电波传播原理
电波传播原理是指电磁波在空间中传播的方式和规律。
电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等，它们在传播时具有相同的物理性质。
电磁波的传播需要介质的支持，可以是气体、液体、固体或真空。
在传播过程中，电磁波会通过周期性的变化产生电场和磁场，形成电磁场的波动。
电磁波的传播速度是一个重要的参数，通常用光速来表示。
在真空中，电磁波的传播速度为299,792,458米/秒。
在不同的介质中，电磁波的传播速度会发生变化，根据介质的不同，传播速度会减小或增大。
电磁波的传播具有直线传播和衍射传播两种方式。
直线传播指的是电磁波在空间中传播的直线路径，不会发生弯曲或偏折。
衍射传播是指电磁波在遇到边缘或障碍物时发生弯曲和扩散，改变传播方向。
电磁波的传播还受到频率和波长的影响。
不同频率和波长的电磁波具有不同的传播特性。
低频电磁波会更容易穿透建筑物和其他障碍物，但传播范围较短；高频电磁波传播范围更广，但对障碍物的穿透能力较差。
总而言之，电波传播原理是通过介质支持电磁波在空间中传播的方式和规律。
它涉及到电磁场的波动、传播速度、传播方式
以及频率和波长等因素的影响。
电波传播原理是无线通信和广播等电磁波应用的基础。
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4) 存在盲区效应（寂静区）：天地波线高度和发射功率。
3 船舶常用中短播天线简介
一、天线的基本概念 1.含义：辐射和接受电磁波的装置，是一种能量转换器。 2.特点 1) 互易性，收发互换。 2) 方向性。 3) 效率： PO PO ηA = ———— = ———— ＜ 100% Pi PO+Pn
3) 电离层对电波的衰减: f↓→吸收↑, f↑ →吸收↓. f≥fmax →穿透电离层；f≤fmin →被电离层吸收 fmin＜f天波＜ fmax →天波（电离层波—中短波） fmin——最低可用频率 fmax——最高可用频率 f天波——最佳工作频率
2 各波段电波传播的特点
一、中波（MF）、长波（LF） 1.长波：以地波传播，工作稳定。 2.中波：白天—以地波传播，不能以天波传播，D层对
Pn—天线损耗电阻消耗的功率
4） 等效电阻
PO Rr = ——IO2 IO 一定， Rr↑→ PO ↑(天线上各点电流是不均匀
→ Rr不同)
二、船舶常用中短波天线的种类 1.T型和倒L型天线—装卸货不方便（用于MF/HF波段） 1). 天线加顶→提高天线的有效长度→ Rr↑ 2). 单根T或L型天线效率低→采用多根水平导线→提 高辐射效率。 2. 直立桅杆天线—用于MF/HF波段 3. 鞭状天线—用于MF/HF/VHF波段 天线内部绕有螺旋铜线→增加天线的有效长度。 4. 垂直半波偶极天线—用于VHF波段
电波传播与天线
电波传播与天线
概要 1 电波的辐射和传播途径 2 各波段电波传播的特点 3 船舶常用中短播天线
1 电波辐射和传播途径
一.电波的形成与波段划分
1.电波的形成—交变电磁场的传播. 2.波段划分: λ= ν T= ν /ƒ ν= ƒ λ ν=3x108m/s
波段名称 极长波 超长波 长波 中波 短波 超短波 微 分米波
厘米波
波
毫米波
波长范围 >100km 100~10km 10 ~1km 1000 ~100m 100 ~10m 10 ~1m 10 ~1dm 10 ~1cm 10 ~1mm
波段名称 极低频(ELF) 甚低频(VLF) 低频(LF) 中频(MF) 高频(HF) 甚高频(VHF) 特高频(UHF) 超高频(SHF) 极高频(EHF)
1) 极长波\超长波\长波: λ =1km~100km,传播几千~几万 km. 2) 中波(MF): λ=100m ~ 1000m,传播几百km. 3) 短波(HF): λ=10m ~ 100m,传播<100km. 4) 超短波\微波: λ < 10m,不能以地波形式传播. 2.空间波传播:电波在空间沿直线视距离或沿地面反射传 播.收发天线尺寸越大,传播距离越远.
MF波吸收。 夜间—地波与天波并存，E层对天波反射，但存 在衰落， 这是由于天地波在接收点叠加造成的。
二、短波（HF） 1.传播：地波和天波，主要靠天波传播，在F层反射。 2.特点 1). 地波传播衰减大，传播小于100km。 2). 天波传播距离远，但受电离层变化影响较大，传播不 够稳定。 3). 存在衰落：F层不稳定，不同路径天波在接收点叠加→ 衰落。
思考题 1．电离层是怎样划分的？ 2．中、短波传播各有那些特点？ 3．电波传播有那些途径？
1) 短波及波长更长的波段:不能以空间波形式传播. 2) 超短波和微波:以空间波传播. 3.电离层波(天波):电波经电离层反射达到接收端. 1) 电离层:60 ~300km大气层中气体分子→太阳紫外线辐 射→产生电离→正负离子和自由电子→形成电离层. 高度↑ →电离度↑. 2) 电离层划分: D\E\F1\F2层,在夜间D和F1层消失.
频率范围 <3kHz 3 ~30kHz 30 ~300kHz 300 ~3000kHz 3 ~30MHz 30 ~300MHz 300 ~3000MHz 3 ~30GHz 30 ~300GHz
3. 船用通信波段 MF; HF; VHF; 微波. 二. 电波传播途径 1.地波传播:电波沿地球表面传播,波长越长绕射距离越远.地 面电性能参数随时间变化小,地形地物稳定,地波传播可 靠稳定.