第5讲 视距传播(1)
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
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Df 1 2d12 d 2 1 KR0dh1 1
2 2d1d 2 1 KR0dh2
d12 h1 h1 2 R0
第5讲 视距传播(1)
自由空间电波传播的菲涅尔区
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如此所有菲涅尔带在P点产生的总场强振幅，可以用 n项收敛级数之和来表示，其中正、负号表示相位的变 化，即
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B3 B3 B5 B1 B1 B2 B4 2 2 2 2 2
a1 2
d h1 h2
2
(10)
③椭圆的短半轴
a1 2 b d h1 h2 d
(11)
上式中，h1、h2>>λ, d>>λ以及d>>(h1+h2)。
EMW Propagation Engineering 17/29
地面对电波传播的影响
若考虑球面地的情况，可按下图进行估算：地面反射区 的纵向长度（长轴）近似为
菲涅尔波带示意图
EMW Propagation Engineering 6/29
自由空间电波传播的菲涅尔区
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第一菲涅尔带Z1是一小凸圆面，从其中心与其边缘 到达P点的波程差为λ/2，由它辐射到P点的场强，可以 看成是许多幅度相同、相位由零到π依次变化的诸矢量 之和，其总矢量长度等于一个半圆弧由起点至终点的长 度B1。
dv 3.57
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若考虑大气不均匀性对电波传播 轨迹的影响，如考虑标准大气折射 的情况下，（7）可修正为
dv 4.12
h1 h2
km
(7)
式中h的单位为m。按收发天线间距离可 分为三个区域，即d<0.7dv的亮区，0.7 dv<d<(1.2~1.4)dv的半阴影区，以及d>(1.2~1.4)dv 区域，称阴影区。实际的视距传播应满足亮区条件，以 EMW Propagation Engineering 15/29 减小绕射损失。
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。
10.3节
视距公式修正
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。
n r ，随着高度的增大， r 逐渐减小趋近于1，即 n1 n2 n3
当考虑大气的不均匀性对电波传播轨迹的影响时，视距公式应修正为：
rv 2ae ( h1 h2 ) 4.12( h1 h2 )
(km)
大气对电波的衰减
衰减
水分子、氧分子对电波的谐振吸收
与小水滴的浓度 有关
云、雾、雨等小水滴对电波的热吸收
与工作波长 有关
云、雾、雨等小水滴对电波的散射
散射衰减与小水滴半径的 6次方成正比，与波长的4 次方成反比
当工作波长短于5㎝时，就应该计及大气层对电波的衰减，尤 其当工作波长短于3㎝时，大气层对电波的衰减将趋于严重。
场分析
E 1 为直射 设收、发射天线高度分别为h2 及h1 ，间距为d， 波，E 2 为反射波。
接收点的场强E为： E E 1 E 2 其中
e jkr E 1 E0 f ( ) r jkr e E RE f ( ) 2 0 r
式中， R R e j为反射点处反
射系数， f ( )为天线方向函数。
通常两天线间距离d>> h2 (h1 )，则有
e jkr F E a E0 f ( ) r
场分析
路径因子(path factor)
F 1 R e j k ( rr )
10.3 视距传播信道
视距传播(horizontal propagation)，是指工作在 超短波和微波波段时，电磁波基本上沿视线传 播，通信距离依靠中继方式延伸的无线信道。
第11章 视距传播分析
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 ,
第3章-广播电视系统
7.γ校正 减小显像管和摄像管光电转换特性的非线形。
3.3.2 切换及特技处理 1. 电子编辑 电子编辑的方式通常有两种,即插入和组合。 2. 特技处理 特技发生器的功能有: ·切换 ·混合 ·划变 ·软 键 , 主 要 是 把 黑 白 摄 像 机 拍 摄 的 图 案 插 入
到节目图像中去 ·键控,分为内键和外键两种
残留边带调幅就是发送一个完整的上边带和一小部 分下边带，抑制大部分下边带。图像信号采用残留边带调 幅可使已调图像信号的频带较窄，滤波器易实现；
图3―16 残留边带调幅的幅频特性
图3―17 接收机中放幅频特性
视频信号为一单极性信号，经调制后可以是正极性射频信 号，也可以是负极性射频信号。我国采用的是负极性调制的方 法。
3. 电视发射机的主要指标 根据我国的电视标准,电视发射机有以下主要指 标: ·标 称 射 频 频 道 宽 度 : 8 M H z ·伴 音 载 频 与 图 像 载 频 的 频 距 : ± 6 . 5 M H z ·频 道 下 限 与 图 像 载 频 的 频 距 : - 1 . 2 5 M H z ·图 像 信 号 主 边 带 标 称 带 宽 : 6 M H z ·图像信号VSB标称带宽:0.75MHz。
1.彩色电视摄像机的基本组成 目前,实用化的彩色摄像机主要是三管彩色摄像 机和单管彩色摄像机两种。各种摄像机的构造类似, 一般由以下几部分组成: (1)摄像机头。包括镜头、分光系统、摄像管、 预放器、扫描电路、寻像器、摄像管电源及附属设 备等。
(2)视频信号处理部分。主要包括视频放大、增 益调整、白电平调整、黑电平调整、电缆校正、黑 斑校正、轮廓校正、彩色校正、γ校正、杂散光补偿、 矩阵电路及消隐电路等。
B=2(Δfm+Fmax)=2(50+15)=130kHz
ITU
篇一：itu-r p.1546-3建议书itu-r p.1546-3 建议书 1itu-r p.1546-3建议书30 mhz至3 000 mhz频率范围内地面业务点对面预测的方法（2001-2003-2005-2007年）范围本建议书对30 mhz至3 000 mhz频率范围内地面业务点对面无线电传播的预测方法做了说明。
该方法打算用于有效发射天线高度小于3 000 m、路径长度在1-1 000 km之间的陆地路径、海面路径和/或陆地—海面混合路径上的对流层无线电电路。
该方法的基础是对经验导出场强曲线进行内插/外推，而该曲线是距离、天线高度、频率和时间百分比的函数。
计算程序还包括对该内插/外推法所得的结果进行校正，以便纳入地形净空和地物遮挡对终端的影响。
国际电联无线电通信全会，a) 考虑到在vhf和uhf波段内规划地面无线电通信业务时，需要对工程师提供规划指南；b) 对于运行于同频道或相邻频道上的发射台而言，确定所需间隔的最小地理距离以避免因远距离上对流层传播造成的不可接受的干扰，是十分重要的事项；c)附件2、附件3和附件4中给出的曲线都基于实验数据的统计分析，注意到a) itu-r p.528建议书为125 mhz至30 ghz频率范围和高达1 800 km距离范围的航空移动业务提供点对面路径损耗的预测指南；b) itu-r p.452建议书为约0.7 ghz以上频率提供地球表面上发射台之间微波干扰详细估值的指南；c) itu-r p.617建议书为30 mhz以上频率范围和100至1 000 km距离范围的超视距无线电中继系统提供点对点路径损耗的预测指南；d)e) itu-r p.1411建议书为短距离范围（最高1 km）室外业务提供预测指南； itu-r p.530建议书为地面视距系统的点对点路径损耗提供预测指南，建议 1 附件1至附件8内给出的程序，应用于30 mhz至3 000 mhz频率范围内和1 km至1 000 km距离范围内对于广播、陆地移动、水上移动和某些固定业务（例如那些采用点对多点的系统）中点对面的场强预测。
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第四讲─天波传播（2）●传输特性：慢衰落、快衰落，多径时延工作频率的选择与确定：三原则●传输损耗的估算：L、L bf、L g、L a、L p等●b特殊现象：静区及越距现象、回波现象●短波传播的基本特点：5个●中波：频段，传播方式●广播波段：频段，划分（3个区）EMW Propagation EngineeringEMW Propagation Engineering第五讲视距传播（1）2016, April. 6内容安排自由空间电波传播的菲涅尔区地面对电波传播的影响EMW Propagation Engineering2/29自由空间电波传播的菲涅尔区超短波和微波波段的无线电波，由于频率很高，电波沿地面传播时衰减很大，遇到障碍时绕射能力很弱，不能利用地波传播方式；高空电离层又不能将其反射回地面，因而又不能利用天波传播方式。
通常是利用视距传播方式。
视距传播是指在发射天线和接收天线能相互“看见”的距离内，电波直接从发射点传到接收点（有时包括地面反射波）的一种传播方式。
按收发天线所处的空间位置不同，视距传播基本可分为三类：①是指地面上的视距传播，例如中继通信、电视、广播以及地面上的移动通信等。
②是指地面与空中目标如飞机、通信卫星等之间的视距传播、③是指空间飞行体之间的视距传播，如飞机间、宇EMW Propagation Engineering3/29宙飞行器间的电波传播等。
无论是地面上的或地对空的视距传播，其传播途径至少有一部分是在对流层中；此外，当电波在低空大气层中传播时，还可能受到地表面自然的或人为的障碍物的影响，将会引起电波的反射、散射或绕射现象。
因此，电波总是在实际的媒质中传播的。
人们常把在真空中进行的“自由空间传播”这种理想情况，作为研究实际传播问题的起点。
在收发天线之间的电波传播所经历的空间，存在着对传输电磁能量起主要作用的空间区域，称为传播主区。
若在这一区域中符合自由空间的传播条件，则可认为电波是在自由空间内传播。
菲涅尔区在17世纪惠更斯首先提出，波在传播过程中，波面EMW Propagation Engineering4/29上每一点都是一个进行二次辐射球面波（子波）的波源，而下一个波面就是前一个波面所辐射的子波波面的包络面。
后来菲涅尔发展了这个原理，认为波在传播过程中，空间任一点的辐射场，是包围波源的任意封闭面上所有点的二次波源发出的子波在该点相干叠加的结果。
这就是惠更斯─菲涅尔原理。
EMW Propagation Engineering5/29自由空间电波传播的菲涅尔区菲涅尔波带示意图EMW Propagation Engineering6/29自由空间电波传播的菲涅尔区第一菲涅尔带Z1是一小凸圆面，从其中心与其边缘到达P点的波程差为λ/2，由它辐射到P点的场强，可以看成是许多幅度相同、相位由零到π依次变化的诸矢量之和，其总矢量长度等于一个半圆弧由起点至终点的长度B1。
用类似方法可求出第二菲涅尔带Z2辐射场的矢量长度B2。
因相邻菲涅尔带在P点产生的辐射场相位是相反的，所以，当计及Z2的作用后，P点的场强削弱了。
EMW Propagation Engineering7/29自由空间电波传播的菲涅尔区由于各带上二次波源在P点产生的场强，与射线行程（r0+nλ/2）及角度α（各环带面元法线与该点至P点的射线间的夹角）有关，S面上半径越大的环带，在P点产生的场强振幅就愈小，因此B2<B1。
同理Z3的辐射场又削弱了Z2的场从而使P点的场强增强。
其余各环带作用依次类推，尽管相邻两环带在P点的场强有180°的相位差，且其振幅又相差的很小，但二者场强却不能完全抵消。
随着环带数目的增多，P点场强呈波动变化，但波动幅度越来越小。
8/29EMW Propagation Engineering自由空间电波传播的菲涅尔区如此所有菲涅尔带在P点产生的总场强振幅，可以用n项收敛级数之和来表示，其中正、负号表示相位的变化，即B B B B B B B0 1 2 3 4 5 6(1)B B B B B1 1 B 3 3 B 52 42 2 2 2 2EMW Propagation Engineering9/29自由空间电波传播的菲涅尔区由于级数中每一项与它相邻两项算数平均值相差甚lim B 0小，且，所以上式可近似为nnBB (2)10 2即是说第一菲涅尔带Z1在P点产生的辐射场近似为自由空间场强的两倍。
若要使P点场强等于自由空间场强，不一定需要很多的菲涅尔带，可只取第一菲涅尔带面积的1/3即可。
在PQ两点间插入一块假想的无限大平面S，它垂直于PQ连线，这相当于以无限大的球面包围波源Q，因此可在S面上划分菲涅尔带，r d1 1 2r d2 2 22(3)n r n d n2EMW Propagation Engineering10/29自由空间电波传播的菲涅尔区平面上菲涅尔带图中ρn，r n及d均分别远大于波长。
因d和λ都是常数，所以ρn+r n=d+nλ/2=常数。
若S面平移，这些点的轨迹正是以Q、P为焦点的旋转椭球面，这些旋转椭球面所包围的空间区域就称为菲涅尔区。
11/29EMW PropagationEngineering自由空间电波传播的菲涅尔区与序号n=1、2、…对应称为第一、第二…菲涅尔区，它们与S面相截，就在该平面上出现相应的第一、第二…菲涅尔带。
传播主区工程上将第一菲涅尔区和“最小”菲涅尔区（指S面上所截面积为第一菲涅尔带面积1/3的那个相应的空间区域），作为对电波传播起主要作用的空间区域，称传播主区。
令第一菲涅尔区半径为F1，则有d F d F dd1 12 1 1 2 2解得(4)2 2F Fd d d d1 1 1 11 2 1 2d d 21 2d dF 1 2 (5)1dEMW Propagation Engineering12/29自由空间电波传播的菲涅尔区得令最小菲涅尔区半径为F0，依据定义有1F F2 20 13d dF00.577F10.5771 2d(6)(7)上述公式中各量均取相同单位。
可见d一定时，λ愈小，传播主区的半径愈小，菲涅尔椭球区愈长，最后退化为一直线，这是通常认为光的传播是直线传播的根据所在。
EMW Propagation Engineering13/29内容安排自由空间电波传播的菲涅尔区地面对电波传播的影响EMW Propagation Engineering14/29地面对电波传播的影响视线距离因地球是球体，凸起的地表面会阻挡视线。
视线所能达到的最远距离称为视线距离，简称视距以d v表示。
设地球半径为r0，收发天线高度分别为h1和h2，d v=d1+d2，并考虑地球半径r0=6370km，有dv 3.57 hh km(7)1 2若考虑大气不均匀性对电波传播轨迹的影响，如考虑标准大气折射的情况下，（7）可修正为dv 4.12 hh km(8)1 2式中h的单位为m。
按收发天线间距离可分为三个区域，即d<0.7dv的亮区，0.7dv<d<(1.2~1.4)dv的半阴影区，以及d>(1.2~1.4)dv区域，称阴影区。
实际的视距传播应满足亮区条件，以减小绕射损失。
EMW PropagationEngineering15/29●地面反射的影响在视距传播中，接收点场强除直射波外，还经常收到地面反射波。
❖地面菲涅尔区设地面为无限大的理想导电平面地时，地面的影响可用镜像法分析。
EMW PropagationEngineering16/29地面上有效反射区─地面上第一菲涅尔椭球区尺寸为①椭圆的中心点（一般情况不为反射点）d 2h h hdy(9)1 1 201 22d h h1 2②椭圆的长半轴d d 4h hda1 2(10)1 22d h h1 2③椭圆的短半轴(11)a2b d h h11 2d上式中，h1、h2>>λ, d>>λ以及d>>(h1+h2)。
EMW PropagationEngineering17/29地面对电波传播的影响若考虑球面地的情况，可按下图进行估算：地面反射区的纵向长度（长轴）近似为2a z0.2z(12)z d dmax mind R hmax 2 0 1d d R hmin 2 0 2而横向（短轴）长度近似等于两天线间的第一菲涅尔区最大半径F1max的20倍，即(13)2b 20F 10d1maxEMW PropagationEngineering18/29地面对电波传播的影响❖地面反射波电波在传播过程中遇到两种不同媒质的光滑界面，而界面的尺寸又远大于波长时，就会发生镜面反射。
天线辐射的实际上是球面波，但当波源和反射区相距很远时，到达反射区的电波可视为平面波，因而可采用平面波的反射定律。
当通信距离较近，例如d<0.1d v时，可以把地面视为平面地。
当满足h1、h2>>λ, d>>λ以及d>>(h1+h2)等条件时，可应用（9）~（11）计算地面上有效反射区大小。
若该区域内地面时光滑的，则可按光滑平面地的情况来处理，并根据地质电参数（ε、μ、σ）及电波的入射角计算反射波场强的大小和相位。
依据电磁理论，当平面波从空气投射到半导电媒质的地面时，产生电波反射和透射现象，即部分能量被反射EMW PropagationEngineering19/29地面对电波传播的影响部分能量透射入地面。
反射波按照入射线、反射线和反射面法线共面以及反射角等于入射角的方向传播。
反射波场强为E (13)R 为反射系数，E 为反射点处的入射波场强。
①对于垂直极化波(14)R sin Δ- j60 cos Δ2r2sin Δ+ j60 cos Δr②对于水平极化波(15)Rj60 sin Δ- j60 cos Δ2rj60 sin Δ+ j60 cos Δ2r rEMW PropagationEngineering20/29地面对电波传播的影响(a)海水（b）中等干燥地面上的反射系数21/29EMW Propagation Engineering地面对电波传播的影响⑴反射系数模值总小于1。
反射系数的相位是滞后的。
垂直极化波的相位总是大于180°，而水平极化波滞后的相位总是小于180°。
但随着电波入射仰角的变化，R H的幅度和相位变化明显，而R V的幅度和相位则变化不大。
对垂直极化波而言，实际地面的反射比较接近理想导电地，特别是在波长较长或投射角较小的区域近似程度更高。
对于水平极化波其反射系数模存在一个最小值，对应此值的投射角称为布鲁斯特角（Brewster），记为ΔB；在ΔB两侧，反射系数相角180°突变。