第11章 视距传播分析
第6讲 视距传播(2)
EMW Propagation Engineering 18/42
内容安排
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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
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第六讲 视距传播（2）
2016, April. 13
内容安排
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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。
通信原理-华南理工大学
06-07级及0809级部分班级的课本
04和05级及11级电联班的课本
Digital Communications: Fundamentals and Applications, 2nd Edition By Bernard Sklar. Published Jan 11, 2001 by Prentice Hall 内容太多，价格较高
课本P1
通信的基本概念(续)
通信：克服距离上的障碍，交换和传递消息； 消息：文字、符号、数据、图片、语音和活动图像； 信息：信息是消息的内涵，消息是信息的载体； 信号：与消息一一对应的电量，它是消息的物质载体； 数字信号：时间和幅度取值均为离散的信号； 通信系统：传递信息所需的一切技术设备的总和； 数字通信系统：传输数字信号的通信系统。
地球等效半径
大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用“地球等效 半径” 来表征，即认为电波依然按直线方向行进，只是地 球的实际半径R0(6.37×106 m)变成了等效半径Re, Re与R0之 间的关系为
Re 1 k= = R0 1 + R dn 0 dh
可以看出，等 效地球半径系 数与大气折射 率随高度变化 的梯度 dn有关
其他
平时成绩 点名+作业，总分10分；附加分 实验20分 期末考试70分
授课教师简介
学习经历
1996-2000 武汉大学 通信工程专业 2000-2006 武汉大学 通信与信息系统专业
译著4本，参编1本 讲授本科生课程包括
2004级《信号与系统》 2006-2010级及辅修班《数字通信原理》 2011-2012级《通信原理》 2008-2012级《移动通信》 2010级《数字电子技术》 2006-2007级硕士研究生《接入网技术》 2007年 南校区通选课《通信概论》 2006级 计算机学院《通信原理》 2004级 交通学院《通信技术基础》 2010级 机械学院《数字电子技术》
数字微波通信概述
第一章数字微波通信概述本章主要内容：➢微波和微波通信的概念➢微波通信的常用频段➢数字微波通信的特点➢微波通信的分类➢微波通信的应用➢微波站的分类➢数字微波的中继方式➢数字微波通信系统的组成➢数字微波通信系统的技术指标重点：➢什么是微波和微波通信？➢微波通信的分类➢微波站的作用➢中继方式➢数字微波通信系统的组成1.1 数字微波通信的概念本节需要掌握的内容：➢微波通信的概念➢微波通信的频段➢微波的视距传播特性➢微波通信的分类一、微波与微波通信什么是微波？频率在300MHz到300GHz（波长为1m到1mm）范围内的电磁波。
什么是微波通信？利用微波作为载波来携带信息并通过电波空间进行传输的一种无线通信方式。
模拟微波通信和数字微波通信。
与其他通信系统一样，都由模拟微波通信发展为数字微波通信。
微波通信的起源和发展。
微波技术是第二次世界大战期间围绕着雷达的需要发展起来的，由于具有通信容量大而投资费用省、建设速度快、安装方便和相对成本低、抗灾能力强等优点而得到迅速的发展。
20世纪40年代到50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的模拟微波通信，成为长距离大容量地面干线无线传输的主要手段，其传输容量高达2700路，而后逐步进入中容量乃至大容量数字微波传输。
80年代中期以来，随着同步数字序列（SDH）在传输系统中的推广使用，数字微波通信进入了重要的发展时期。
目前，单波道传输速率可达300Mbit/s以上，为了进一步提高数字微波系统的频谱利用率，使用了交叉极化传输、无损伤切换、分集接收、高速多状态的自适应编码调制解调等技术，这些新技术的使用将进一步推动数字微波通信系统的发展。
因此，数字微波通信和光纤通信、卫星通信一起被称为现代通信传输的三大支柱。
我国第一条微波中继通信线路是60年代初开始建立的。
目前已试制成功2，4，6，8，11GHz等多个频段的各种容量的微波通信设备，并正在向数字化、智能化、综合化方向迅速发展。
二、微波通信的常用频段微波既是一个很高的频率，同时也是一个很宽的频段，在微波通信中所使用的频率范围一般在1GHz～40GHz，具体来讲，主要有以下几个频段：L波段 1.0——2.0GHz C波段 4.0——8.0GHzS波段 2.0——4.0GHz x波段8.0——12.4GHzKu波段12.4——18GHz K波段18——26.5GHz三、微波的传播特性微波除了具有电磁波的一般特性外，还具有一些自身的特性，主要有：1.视距传播特性微波的特点和光有些相似。
视觉传播基础知识
视觉传播基础知识在当今信息爆炸的时代，视觉传播已经成为了一种极其重要的沟通和表达手段。
无论是在广告、设计、影视、新媒体还是日常生活中，我们都在不断地接收和处理各种视觉信息。
那么，什么是视觉传播？它又是如何发挥作用的呢？让我们一起来探索一下视觉传播的基础知识。
视觉传播，简单来说，就是通过视觉元素来传递信息、表达情感、引发思考和影响行为的过程。
这些视觉元素包括图像、色彩、形状、线条、文字等等。
它们以各种组合和形式出现，共同构成了我们所看到的视觉内容。
图像是视觉传播中最直观和有力的元素之一。
一张生动的图片往往能够在瞬间吸引我们的注意力，并传达出丰富的信息。
比如，在新闻报道中，一张震撼的灾难现场照片能够让我们更深刻地感受到事件的严重性；在广告中，一个产品的精美图片能够激发我们的购买欲望。
图像的力量在于它能够跨越语言和文化的障碍，让信息迅速被理解和接受。
色彩在视觉传播中也扮演着至关重要的角色。
不同的颜色具有不同的象征意义和情感联想。
红色常常代表热情、活力和警示；蓝色给人以沉稳、信任和专业的感觉；绿色则象征着自然、生机和环保。
在设计中，巧妙地运用色彩可以营造出特定的氛围和情感，从而影响观众的心理和行为。
形状和线条同样具有独特的表现力。
圆形通常给人以和谐、完整的印象；方形则显得稳定、规矩；而线条可以引导观众的视线，增强画面的动感和节奏感。
例如，在网页设计中，合理运用形状和线条可以使页面布局更加清晰、美观，提高用户的浏览体验。
文字作为一种重要的视觉元素，不仅承载着具体的信息，其字体、大小、颜色和排版方式也会对视觉效果产生影响。
醒目的标题字能够吸引读者的目光，优美的字体设计可以增添作品的艺术感。
视觉传播的目的是为了有效地传达信息。
为了达到这一目的，需要遵循一些基本原则。
首先是简洁性，避免在一个画面中堆砌过多的元素，以免造成信息的混乱和观众的视觉疲劳。
其次是对比度，通过对比鲜明的颜色、大小或形状等，突出重点信息，吸引观众的注意力。
超视距传播原理
超视距传播原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：超视距传播原理是一种在大气中传播信息的方式，通常被用于无线通信和雷达系统中。
在这种传播方式中，信号通过大气层的折射和衍射来实现远距离传输，因此可以实现超过直射距离的通讯和探测。
本文将深入探讨超视距传播的原理、特点和应用。
一、超视距传播的原理超视距传播依赖于大气中的折射和衍射现象。
在大气中，信号的传输会受到大气密度、温度、湿度等环境因素的影响，导致信号路径的曲折和扭曲。
当信号通过大气层时，会根据不同的大气条件而发生弯曲，从而实现超视距传输。
大气中的折射是超视距传播的重要原理之一。
折射是指光线在两种介质之间传播时由于介质密度的差异而产生的偏离现象。
当信号穿过大气层时，由于大气密度的不均匀性，信号的传播路径会发生折射，使得信号可以传播到距离很远的地方。
大气中的衍射现象也对超视距传播起着关键性作用。
衍射是指光波或声波遇到障碍物时，沿着障碍物边缘弯曲传播的现象。
在大气中，信号会受到地形、建筑物等障碍的影响，导致信号路径发生衍射，从而实现超视距传播。
1. 高弯曲性：超视距传播可以实现信号路径的高度曲折和扭曲，使得信号可以传播到遥远的地方。
这种高弯曲性使得超视距传播在无线通信和雷达系统中具有重要的应用价值。
2. 大气环境的影响：大气条件对超视距传播有着重要的影响。
大气密度、温度、湿度等因素会影响信号的传播路径和速度，从而影响超视距传播的效果。
3. 抗干扰性强：超视距传播具有较强的抗干扰性能。
由于信号路径发生曲折和扭曲，使得信号可以避开障碍物和干扰源，保证通讯和探测的可靠性。
4. 能耗低廉：相比于直射传播，超视距传播通常需要较低的功率，从而节省能源成本。
这使得超视距传播在远距离通信和雷达系统中具有显著的经济优势。
1. 无线通信：超视距传播被广泛应用于无线通信系统中。
通过利用大气折射和衍射现象，可以实现远距离的信号传输，包括激光通信、微波通信等。
2. 雷达探测：超视距传播也被用于雷达系统中。
概率型视距信道模型
概率型视距信道模型（Probabilistic Model of Line-of-Sight Channel）是一种用于描述无线通信信道特性的模型。
在这种模型中，视距传播（Line-of-Sight propagation）是指在视线范围内没有阻碍物的传播路径。
当无线信号沿着这条路径传播时，信号的强度和衰减程度可以被预测和建模。
概率型视距信道模型通常基于以下假设：
1.信道是恒定的，即在一段时间内信道特性不会发生变化。
2.信号的传播路径是视距的，没有非视距的散射和反射。
3.接收机和发射机之间的距离是已知的，因此可以根据距离和信号衰减程度
来估计信道特性。
在这种模型中，信道特性通常用概率分布函数来表示。
例如，信号强度或衰减程度可能是正态分布的，而多径效应可能是指数分布的。
这些概率分布函数可以根据实测数据进行拟合和验证，也可以根据理论模型进行预测和分析。
概率型视距信道模型对于无线通信系统的设计和优化非常重要。
通过了解信道特性，可以更好地选择传输参数、调制方案和误码率性能等，从而提高无线通信系统的性能和可靠性。
第7讲 视距传播(3)
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卫星通信系统的电波传播
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同步卫星通信系统
EMW Propagation Engineering 17/27
卫星通信系统的电波传播
School of Electronic Engineering
微波中继系统的电波传播
假定气象条件只引起K值改变，则利用微分法可以 求出ΔHC和ΔK之间的关系
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d1d 2 H c K 2 2 K R0
(52)
不同折射情况反射点的变化 （K=2/3负折射、K=4/3标准折射、K=∞）
传播余隙的变化
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EMW Propagation Engineering 11/27
微波中继系统的电波传播
School of Electronic Engineering
地面波导中的多径传输
悬空波导中的多径传输
EMW Propagation Engineering 12/27
卫星通信系统的电波传播
School of Electronic Engineering
EMW Propagation Engineering 9/27
微波中继系统的电波传播
School of Electronic Engineering
两种K型衰落特性比较
EMW Propagation Engineering 10/27
EMW Propagation Engineering 13/27
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A
H1
H2
C
y01 d
A′ x
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
y01
0 d
2
d 2H1(H1 H2 ) d (H1 H2)2
长轴在y方向，短轴在x方向。长轴的长度为
b
d 2
[d
(H1
H2
1
)2 ]2
a
b d
[d
(H1
H2
1
)2 ]2
(11―1―6) (11―1―7)
2 2 100 H2 16
0.05 50000
可以解出H2=93.75m，接收天线高度可以降低6.25m。
2. 地面上的有效反射区
反射波的主要空间通道是以A′和B为焦点的第 一菲涅尔椭球体，而这个椭球体与地平面相交的区 域为一个椭圆，该区域内对反射波具有重要意义。
这个椭圆也被称为地面上的有效反射区。 B
/ (°) (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
(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
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。
如图所示，为大气的不均匀性所以引起的电波折射现象：
B b
A
c +
h a C
n+ n n
O’
c +
h a
在三角形abo’中， b
O' 180 90 90
n+ 当h 0时，可得曲率半径
n n
lim ab h0
由Δabc得 ,
很小
O’ ab h h cos( ) cos
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。
正之一。
3、球面反射的扩散特性
A d
B
Sp
d '
A’
B
A d
Sq
A’d '
球面反射系数与平面反射系数的关系为：
q Df p
Df 为扩散因子
B
A d
Sq
A’d '
2. 扩散因子
①
定义： Df
Sp Sq
和Sq 分S别p 表示在相同的入射波束张角时，接收天线处 的球面和平面反射波束的截面。 Sq S p D f 1
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？
解： f 900MHz C 0.33m
f
又 0.5 0.0089
hR
8 s in
8
4.77m
表11―1―1 Δh的实际计算数据
30 60
波长越短，投射角越大，越难视为光滑地面， 地面起伏高度的影响也就越大。
距离 A'B ' d 0 称为视线距离。
A
H1 A′
r0 r10
d0
C
r20
R
R
R
B H2 B′
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 R2 2RH1 H12
r20
(R H2)2 R2
2 RH 2
H
2 2
(11―1―10) (11―1―11)
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
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
由于常满足R>>H1，R>>H2，因此视线距离可写为
r0 r10 r20 2R( H1 H2 )
(11―1―12)
• 将地球半径R=6370km代入上式并且H1、 H2均以米为单位时， r0 3.57( H1(m) H2(m))km (11―1―13)
在标准大气折射时，视线距离将增加到
/
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
(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。
|| / ( )°
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
r0 4.12( H1(m) H2(m))km (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。
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
H1 H1 H1
r10 d1
R
C
r20
d2
B
H 2 H2 H2
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。
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
。 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