第8章 电波传播基本理论
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第8章--电波传播的基础知识
解： L0=121.98+20lgr(km) －20lgλ(cm) =121.98+20lg50－20lg7.5
=121.98+33.98－17.5
=138.46dB
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为
L＝L0＋LF－Gr－GL＋2×3.6 ＝138.46－20lg0.7－2×45+2×3.6 ＝58.8dB
（8―2―7）
当电波频率提高1倍或传播距离增加1倍时，自由
空间传播损耗分别增加6dB。
20lg 2 20 0.301 6dB
衰减因子： A E E0
（8―2―8）
E：实际情况下的接收点的场强
E0：自由空间传播的场强
相应的衰减损耗为
LF
20 lg
1 A
20 lg
E0 E
（8―2―9）
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。
重点：自由空间电波传播 难点：电波传播的菲涅尔区
第8章 电波传播的基础知识
8.1 概述 1.什么是电磁波？
电磁波是电磁场的一种运动形态。变化的电场 和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这 就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了 电磁波。
电场
磁场
2.频谱： 按序排列的频率分布，也称波谱。
本课主要内容
电波传播的基础知识 地面波传播 天波传播
视距传播 地面移动通信中接收场强的预测
课程研究内容
无线电波传播的基本特性及其变化规律。
课程要求
1.掌握电波传播的基本概念； 2.掌握电波传播的基本特点和规律； 3.了解地面移动通信接收场强的预测方法。
第8章 电波传播的基础知识
=121.98+33.98－17.5
=138.46dB
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为
L＝L0＋LF－Gr－GL＋2×3.6 ＝138.46－20lg0.7－2×45+2×3.6 ＝58.8dB
（8―2―7）
当电波频率提高1倍或传播距离增加1倍时，自由
空间传播损耗分别增加6dB。
20lg 2 20 0.301 6dB
衰减因子： A E E0
（8―2―8）
E：实际情况下的接收点的场强
E0：自由空间传播的场强
相应的衰减损耗为
LF
20 lg
1 A
20 lg
E0 E
（8―2―9）
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。
重点：自由空间电波传播 难点：电波传播的菲涅尔区
第8章 电波传播的基础知识
8.1 概述 1.什么是电磁波？
电磁波是电磁场的一种运动形态。变化的电场 和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这 就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了 电磁波。
电场
磁场
2.频谱： 按序排列的频率分布，也称波谱。
本课主要内容
电波传播的基础知识 地面波传播 天波传播
视距传播 地面移动通信中接收场强的预测
课程研究内容
无线电波传播的基本特性及其变化规律。
课程要求
1.掌握电波传播的基本概念； 2.掌握电波传播的基本特点和规律； 3.了解地面移动通信接收场强的预测方法。
第8章 电波传播的基础知识
电波传播概论
30P E0 r
30PiGi E0 r
第7章电波传播概论
如果接收天线的增益系数为GR, 有效接收面积为Ae, 则在距 离发射天线r处的接收天线所接收的功率为
piGi 2GR pR S0 Ae 2 4r 4
将输入功率与接收功率之比定义为自由空间的基本传输
损耗:
Pi 4r 1 Lbf pR GiGR
第7章电波传播概论
θ=θ′
e jkr E a E0 f ( ) F r
式中，
F 1 R e j[k ( rr ) ]
(h1 h2 )2 (h2 h1 )2 2h1h2 r r 2d 2d d
而
将其代入式（7 2 7）得
F 1 R e j ( k2h1h2 / d )
第7章电波传播概论
A rv
C
B h2
h1
a O
图7-3 视线距离
第7章电波传播概论
两天线互相“看不见”, 距离rv为收、 发天线高度分别为 h2和h1时的视线极限距离, 简称视距。图 7 3 中, AB与地球表
面相切, a为地球半径, 由图可得到以下关系式:
rv 2a ( h1 h2 )
由上式可得到下列结论: ① 当工作波长和收、发天线间距不变时, 接收点场强随天 线高度h1和h2的变化而在零值与最大值之间波动，如图 7 6 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 7 7所示。
第7章电波传播概论
将上式取对数得
pi Lbf 10lg pR
32.45 20lg f ( MHZ ) 20lg r(km) Gi (dB) GR (dB)
移动通信基础习题库
一、填空题1．移动通信按信号形式分、。
2．移动通信按覆盖范围分、、。
3．移动通信按业务类型分、、。
4．移动通信按服务特性分、。
5．移动通信按使用环境分、、。
6．移动通信按使用对象分、。
7．移动通信按服务范围可以分为和。
8．移动通信按多址方式可以分为、、。
9．移动通信按工作方式可分为、和。
10．移动通信电波传播的理论基本模型是超短波在平面大地上和的矢量合成。
11．多普勒频移对速数字信号传输不利，对速数字信号传输影响不大。
12．多普勒频移与、以及电磁波的波长有关。
13．我国移动通信的G网指的是。
14．我国移动通信的D网指的是。
15．我国移动通信的C网指的是。
16．移动通信中，900MHz和1800MHz频段的收发双工间隔分别是和。
17．在陆地移动通信中，现在主要使用的频段为高频和高频18．移动通信网包括、基站子系统和。
19．BSS和MSC 之间通常采用链路传输数据信号。
二、单项选择题1．在移动通信的工作方式中，需要天线共用装置的是（）A、半双工B、频分双工C、异频单工D、时分双工2．在移动通信网中，提供与公众网接口的是（）A、交换网络子系统B、基站子系统C、移动台D、操作管理中心3．在移动通信网中，负责管理无线资源的是（）A、交换网络子系统B、基站子系统C、移动台D、操作管理中心4．无线寻呼系统采用的工作方式为（）A、半双工B、全双工C、单频单向D、异频单向5．下列四种移动通信系统中，工作方式属于半双工方式的为（）A、无线寻呼系统B、无绳电话系统C、蜂窝移动通信系统D、集群移动通信系统三、名词解释1．移动通信：2．多径效应：3．远近效应：4．邻道干扰：5．同频干扰：6．互调干扰：7．人为干扰：8．漫游：9．同频单工：10．无绳电话系统：11．移动卫星通信系统：四、简答题1．电磁辐射的两种度量方法是什么？2．我国电磁辐射标准是如何划分的？3．手机信号辐射的度量有哪些种方法？各是什么？4．为什么说GSM与CDMA的辐射功率相当？5．什么叫移动通信？6．移动通信的特点。
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。
电波传播理论
其中：f----工作频率，MHz h1---基站天线高度，m h2---移动台天线高度m d---到基站的距离，km a(h2)---移动台天线高度增益因子，dB a(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中，小城 市) =3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市) s(a)---市区建筑物密度修正因子，dB; s(a)=30-25lga (5%<a≤50%) =20+0.19lga-15.6(lga)2 (1%<a≤5%) =20 (a≤1%)=69.55+26.16Log(f)-13.82Log(hb)+(44.9- 65.5Loghb)Logd-Ahm 其中对中等或大城市Ahm=(1.1Log(f)-0.7)hm-(1.56Log(f)-0.8)
( m) (m)
电磁波的绕射
在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕 过障碍物向前传播，这种现象叫做电波的 绕射。 波的绕射主要是对遮挡物后面的“阴影区” 研究。 波长越短（即频率越高）绕射能力越差， 反之则较强。
波的绕射在覆盖中的影响
超短波、微波的频率较高，波长短，绕射能力弱， 在高大建筑物后面信号强度小，形成所谓的“阴 影区”。信号质量受到影响的程度，不仅和建筑 物的高度有关，和接收天线与建筑物之间的距离 有关，还和频率有关。 频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近， 信号强度与通信质量受影响程度越大；相反，频 率越低，建筑物越矮、接收天线与建筑物越远， 影响越小。
电磁波传播基本理论
电磁波在自由空间中的传输损耗
Pt
d
Pr
pt λ pr = Gt Gr ( ) 2 4πd 4π
2
接收功率推导公式
《电波传播》PPT课件
地面及对流层大气对视距传播有一定的影响。
精选课件ppt
55
自由空间传播的菲涅尔区
电波总是在实际媒质中传播的，人们常把在真空中进行的“自 由空间传播”这种理想的情况，作为实际研究问题的起点
在17世纪惠更斯首先提出，波在传播过程中，波面上的每一 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。
视距传播
视距传播是指发射天线和接收天线间能相互 “看见”的距离内，电波直接从发射点传播到 接收点
精选课件ppt
33
按照收发两端所处位置不同，可分为三类：
地面上的视距传播，如无线电中继通信，电视广播以及地面上 的移动通信
地面与空中目标如飞机，通信卫星等的视距传播
空间通信系统之间的视距传播，如飞机之间，宇宙飞行器之间 等
=常数。若S面位置左右平移， 、r虽为变数，但它们之和仍
为常数。根据几何知识可知，这些点的轨迹正是以Q、P为 焦点的旋转椭球面。这些椭球面所包围的空间区域就称为菲 涅耳区。根据序号n=1,2, 就分别称为第一、第二菲涅耳区， 它们与S面相截，就在该平面上出现相应的第一、第二菲涅 耳带
在自由空间内，来自波源Q的辐射而到达接收点P点电磁能 量，是通过以Q、P为焦点的一系列菲涅耳椭球区来传播的
带，就分别称为第一，第二……第n个菲涅耳带等。
P点的辐射场就是各菲涅耳带辐射场的总和
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77
各菲涅尔带在P点的辐射场 （a）n＝1；（b）n＝2，3；（c）各带的合成振幅；（d）合成场强
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88
B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 2 1 B 2 1 B 2B 2 3 B 2 3B 4B 2 5
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55
自由空间传播的菲涅尔区
电波总是在实际媒质中传播的，人们常把在真空中进行的“自 由空间传播”这种理想的情况，作为实际研究问题的起点
在17世纪惠更斯首先提出，波在传播过程中，波面上的每一 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。
视距传播
视距传播是指发射天线和接收天线间能相互 “看见”的距离内，电波直接从发射点传播到 接收点
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33
按照收发两端所处位置不同，可分为三类：
地面上的视距传播，如无线电中继通信，电视广播以及地面上 的移动通信
地面与空中目标如飞机，通信卫星等的视距传播
空间通信系统之间的视距传播，如飞机之间，宇宙飞行器之间 等
=常数。若S面位置左右平移， 、r虽为变数，但它们之和仍
为常数。根据几何知识可知，这些点的轨迹正是以Q、P为 焦点的旋转椭球面。这些椭球面所包围的空间区域就称为菲 涅耳区。根据序号n=1,2, 就分别称为第一、第二菲涅耳区， 它们与S面相截，就在该平面上出现相应的第一、第二菲涅 耳带
在自由空间内，来自波源Q的辐射而到达接收点P点电磁能 量，是通过以Q、P为焦点的一系列菲涅耳椭球区来传播的
带，就分别称为第一，第二……第n个菲涅耳带等。
P点的辐射场就是各菲涅耳带辐射场的总和
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77
各菲涅尔带在P点的辐射场 （a）n＝1；（b）n＝2，3；（c）各带的合成振幅；（d）合成场强
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B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 2 1 B 2 1 B 2B 2 3 B 2 3B 4B 2 5
天线与电波传播（第二版）（宋铮）第8-14章第11章
(11-2-1)
第11章 地面波传播 图 11-2-3 地面波的场结构
第11章 地面波传播
为简化分析，通常使用M.A.列翁托维奇近似边界条件： 若半导电媒质相对复介电常数的绝对值满足下列条件：
| ~r || r j60 | 1
(11-2-2)
则在界面大地一侧的电、磁场水平分量之间满足
由上面的分析可知，由于地面是半导电媒质，低架直立 天线辐射的垂直极化波将在传播方向上存在电场分量，各分 量如图11-2-3所示，yOz面为地平面，波沿z轴方向传播，下 标“1”表示在空气内，下标“2”表示在大地内，利用边界 条件，有
E1z E2z
H1y E1x
H2y
~r E2
x
B1x B 0
根据边界条件式(11-2-1)，得
E2 x
E1x
~r
r
E1x
j60
上述各分量亦可写成
E1z
E2 z
4
2 r
E1x
(60 )2
j
e2
(11-2-7) (11-2-8)
式中
第11章 地面波传播
E2x
E1x
e j
2 r
(60
)2
H1yΒιβλιοθήκη H2yE1x 120π
arctan 60 r
第11章 地面波传播 图 11-4-2 三段不同性质地面传播示意图
第11章 地面波传播 图 11-4-3 三段不同性质地面传播的衰减因子
第11章 地面波传播 图 11-4-4 地面波传播的“起飞-着陆”效应
第11章 地面波传播
习题十一
1. 为什么地面波传播会出现波前倾斜现象？波前倾斜的 程度与哪些因素有关？为什么？
电波传播基本知识PPT课件
电波传播方式的说明
• 地表面波是建立在地球表面的一种电波传播形式，在频率小于5MHz且 天线高度小于地面半波长时，此传播形式占主导作用。其特点是传播距 离远，易与水下建立通信，不受天气与地面环境的阻挡。
• 对流层电波传播是无线通信中占主导作用的传播形式，频率在30MHz以 上时，视距传播成为主要传播方式，此时需注意对流层折射系数的影响 (一般地，此种传播又称地面传播)，传播特点是视距传播，易受地面环 境的阻挡影响，传播衰减较大。
电波反射的退极化作用
• 电波反射的退极化作用除了有耗地面的反射以外，不规则的反射目标也 是造成电波去极化的原因之一。
• 移动信道中的各种物体目标对电波的反射过程，是目标表面上每一部分 对电波的散射的综合。其中还包含某些表面结构的二次甚至更多次反射。 目标上的每一部分，相对电波发射天线的取向和形态是各异的。所以复 杂形状的目标具有极强的、多样的退极化作用。
• 《无线通信技术》，深圳市华为技术有限公司 • 《现代无线通信系统电波传播》，Hernry L.Bertoni • 《移动通信工程(理论与应用)》， • 《网络规划设计》，深圳市华为技术有限公司
第3页/共86页
课程内容
第一章 无线通信基本概念 第二章 移动通信电波传播的几个概念 第三章 移动通信电波传播特性 第四章 移动通信信道与预测
第8页/共86页
大气媒质的分层情况
第9页/共86页
第一章 无线通信的基本概念
第一节 概述 第二节 无线通信中的大
气媒质
第三节 无线通信中的电 波传播方式
第四节 无线通信的频段 划分与传播方式
第10页/共86页
电波传播方式的分类
• 根据何种介质或何种介质分界面对电波传播产生主要的影响，可将常遇 到的电波传播方式分为： • （1）地表面波传播（电波传播主要受地球表面的影响）。 • （2）对流层电波视距传播（电波传播主要受对流层影响）。 • （3）电离层电波反射传播（电波传播主要受电离层影响)。
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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。
21
2
【例8―2―1】 设微波中继通信的段距为r=50km, 工作波长为 7.5cm ，收发天线的增益系数都为 45dB，馈线及分路系统一端损耗为3.6dB，该路 径的衰减因子 A=0.7。若发射天线的输入功率为 10W，求其收信电平。 L0=121.98+20lgr(km)-20lgλ(cm) =121.98+20lg50-20lg7.5 =121.98+33.98-17.5 =138.46dB
19
实际的传输媒质对电波有吸收作用，这将导致电波的 衰减。 衰减因子（Attenuation Factor）
E A E0
E为实际情况下的接收点的场强；E0为自由空间传 播的场强。
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。
相应的衰减损耗为
1 L F 20 lg A
20
n
算术平均值相差不大，所以可以认为 E1 E 2 上式说明虽然在自由空间从波源O辐射到观察点M的 电波可以认为是通过许多菲涅尔区传播的，但起最 重要作用的是第一菲涅尔区。
28
二、费涅尔带的半径 由图可知： n 0 Fn
2 2
Fn 0 20
2
2
rn r0 Fn
22
考虑馈线及分路系统一端损耗后，该电道 的总传输损耗L为 L=L0+LF-Gr-GL+2×3.6 =138.46-20lg0.7-2×45+2×3.6 =58.8dB 因发射天线的输入功率为 Pin=10W=40dBm。（注：dBm为分贝毫 瓦）,于是收信电平即接收天线的输出功 率为 PL=Pin-L=40-58.8=-18.8dBm
不考虑天线的性能，定义
路径传输损耗（基本传 输损耗，Propagation Lb L0 LF dB
Path
Loss）为
实际的传输电道，定义发射天线输入功率与接收天线输出功 率之比，该电道的传输损耗L（Propagation Loss）
Pin 4r 1 L 2 PL A Gr GL 或 L Ls LF Lb Gr GL
（1）传输损耗小，作用距离远；
（2）受电离层扰动影响小，传播情况 稳定； （3）有较强的穿透海水及土壤的能力； （4）大气燥声电平高，工作频带窄， 频率越高，地面对电波的吸收越严重。
10
天波传播 传播机制又可分为： （1）电离层反射电波（天波传播） 主要用于中、短波远距离广播、通 信，船岸间航海移动通信，飞机地 面航空移动通信等业务。 传播特点：
7
• (5)中频：用于广播、通信、导航（机场着陆系统）。采 用多元天线可实现较好的方向性，但是天线结构庞大。 • (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-空通信。 • (7)甚高频（米波）：用于语音广播，移动（包括卫星移 动）通信，接力（~50km跳距）通信，航空导航信标， 以及容易实现具有较高增益系数的天线系统。 • (8)特高频（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。 • (9) 超高频（厘米波）：用于多路语音与电视信道，雷 达，卫星遥感，固定及移动卫星信道。 • (10)极高频（毫米波）：用于短路径通信，雷达，卫星 遥感。此波段及以上波段的系统设备和技术有待进一步 发展。 • (11)亚毫米波：用于短路径通信。
2
2
2
Fn r0 2r0
S0 n 1 O 0 r1 rn M
Fn 1 1 n rn 0 r0 n 2 r 2 0 0 n 0 r0 Fn 0 r0
F1
r0
m
29
三、空间费涅尔区
第二部分
第 8章
电波传播
电波传播的基础理论
第一节 概述
第二节 自由空间传播 第三节 电波传播的费涅尔区
1
第二部分
第 8章
电波传播
电波传播的基础理论
第一节 概述
第二节 自由空间传播 第三节 电波传播的费涅尔区
2
一、研究电波传播特性的目的
• 系统设计 – 收、发信设备指标 – 天线的性能 – 天线的架设方式 • 通信质量评定 • 不同通信业务之间相互干扰的预测和解决
8
三、三种电波传播的基本方式及其特点
电波利用电离层的折射、反 射和散射作用进行传播的方 式称为天波。 在大气对流层中进行的 电波传播方式称为空间 波。
沿地球 表面进 行传播 的电波 传播模 式称为 地表面 波。
9
主要用于低频及甚低频远距离无线电导 航、标准频率和时间信号的广播、对潜 通信等业务。 采用垂直极化，天线的最大辐射方向沿 着地面。 传播特点：
3
二、影响电波传播特性的因素
• • • • • • •
频率 距离 极化方式 天线高度 地形地物 地面电特性参数 时间、季节
4
无线电波的频段
5
6
频段的典型应用如下：
•
(1)极低频：对潜通信，地下通信，极稳定的全球通信，地下遥 感，电离层与磁层研究。 由于频率低，因而信息容量小，信息速率低（约1bit/s）。该频段 中，垂直极化的天线系统不易建立，并且受雷电干扰强。 • (2)超低频：地质结构（包括孕震效应）探测，电离层与磁层研究， 对潜通信，地震电磁辐射前兆检测。 主要由太阳风与磁层相互作用、雷电及地震活动所激发。 • (3)甚低频：Omega(美)、α（俄）超远程及水下相位差导航系统， 全球电报通信及对潜指挥通信，时间频率标准传递，地质探测。 该波段难于实现电尺寸高的垂直极化天线和定向天线，传输数据率 低，雷电干扰也比较强。 • (4)低频：Loran-C（美）及我国长河二号远程脉冲相位差导航系 统，时间频率标准传递，远程通信广播。该频段不易实现定向天 线。
O
2F1
M
30 菲涅尔椭球
相邻两旋转椭球体之间的空间称为空间费涅尔区。
在OM的中点空间费涅尔区的半径最大。Fnmax为：
1 Fn max nd 2 d 0 r0 为一次波源与观察点之间的距离
23
第二部分
第 8章
电波传播
电波传播的基础理论
第一节 概述
第二节 自由空间传播 第三节 电波传播的费涅尔区
24
一、费涅尔带的划分
根据惠更斯-费涅耳原理，在电波的传输过程中，波 阵面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波的波 源，这种波源称为二次波源。而空间任一点的辐射场 都是由包围一次波源的任意封闭曲面上各点的二次波 源发出的波在该点相互干涉、叠加的结果。
P 1 4r in Ls PL Gr GL
2
如果r的单位用km，f的单位用MHz，Ls的单位为dB，可 得： Ls 32.45 20 lg f 20 lg r 10 lg Gr GL
或 Ls 32.45 20 lg f 20 lg r Gr (dB) GL (dB) L0 Gr (dB) GL (dB)
视距传播
• • 无线电在低空大气层 传播机制分为：
（1）视距传播。当收、发天线架设高度较高（远 大于波长）。用于微波中继通信、甚高频和超 高频广播、电视、雷达等业务。
传播特点：
传播距离限于视线距离以内（10-50Km）； 频率越高受地形地物影响越大； 微波衰落严重； 10GHz以上电波，大气吸收及雨衰减严重。
E E1 E2 E3 E4
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如果将上式的奇数项拆成两部分，即En=En/2+En/2，
则上式可以重新写为
E1 E1 E3 E3 E5 E5 E7 E ( E 2 ) ( E 4 ) ( E6 ) 2 2 2 2 2 2 2
因为 lim En 0 ，且级数每一项与左右相邻两项的
2
PL Pr Dr G L 4r
PL Pin Gr GL 4r
18
2
2
Friis 传输方程。 Pin为发射天线输 入端的输入功率， Gr、GL分别为发射、
接收天线的增益。
自由空间的传输损耗 传输损耗：又称为系统损耗，定义为输入功率与 接收功率之比。
15
16
自由空间的传播损耗：
L0 20 lg( 4r / )
L0 32.45 20 lg f ( MHz ) 20 lg r (km) 121.98 20 lg r (km) 20 lg (cm)
在自由空间传播条件下，电磁波的能量并没有损失。 自由空间的传输损耗实际指的是球面波扩散损耗。
26
可见，分布在相邻两带边界上的二次波源在观察 点产生的场是反相的。
设第n个菲涅尔半波带在M点产生的场强振幅为 En(n=1,2,3,:)，由于每个菲涅尔半波带的辐射 路径不一样，因此有以下的关系式
E1 E2 E3
En En1
由于相邻两带在M点的产生的场是反相的，于是M 点的合成场振幅为
实际上，波阵面S0的位置可以任意选取的。对于不同位置的
S0，其各菲涅尔区的尺寸也会相应地发生变化，但是它们的 几何定义不变。而它们的几何定义恰恰就是以O、M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。我们称第一菲涅尔椭 球为电波传播的主要通道。
散射作用，实现超视距传播，常用频段为100MHz-
（2）散射传播。利用对流层中介质的不均匀性对电波的
10GHz。传输损耗大，单跳跨距大可达300-800Km，
适用于无法建立中继站的地区。 12
21
2
【例8―2―1】 设微波中继通信的段距为r=50km, 工作波长为 7.5cm ，收发天线的增益系数都为 45dB，馈线及分路系统一端损耗为3.6dB，该路 径的衰减因子 A=0.7。若发射天线的输入功率为 10W，求其收信电平。 L0=121.98+20lgr(km)-20lgλ(cm) =121.98+20lg50-20lg7.5 =121.98+33.98-17.5 =138.46dB
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实际的传输媒质对电波有吸收作用，这将导致电波的 衰减。 衰减因子（Attenuation Factor）
E A E0
E为实际情况下的接收点的场强；E0为自由空间传 播的场强。
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。
相应的衰减损耗为
1 L F 20 lg A
20
n
算术平均值相差不大，所以可以认为 E1 E 2 上式说明虽然在自由空间从波源O辐射到观察点M的 电波可以认为是通过许多菲涅尔区传播的，但起最 重要作用的是第一菲涅尔区。
28
二、费涅尔带的半径 由图可知： n 0 Fn
2 2
Fn 0 20
2
2
rn r0 Fn
22
考虑馈线及分路系统一端损耗后，该电道 的总传输损耗L为 L=L0+LF-Gr-GL+2×3.6 =138.46-20lg0.7-2×45+2×3.6 =58.8dB 因发射天线的输入功率为 Pin=10W=40dBm。（注：dBm为分贝毫 瓦）,于是收信电平即接收天线的输出功 率为 PL=Pin-L=40-58.8=-18.8dBm
不考虑天线的性能，定义
路径传输损耗（基本传 输损耗，Propagation Lb L0 LF dB
Path
Loss）为
实际的传输电道，定义发射天线输入功率与接收天线输出功 率之比，该电道的传输损耗L（Propagation Loss）
Pin 4r 1 L 2 PL A Gr GL 或 L Ls LF Lb Gr GL
（1）传输损耗小，作用距离远；
（2）受电离层扰动影响小，传播情况 稳定； （3）有较强的穿透海水及土壤的能力； （4）大气燥声电平高，工作频带窄， 频率越高，地面对电波的吸收越严重。
10
天波传播 传播机制又可分为： （1）电离层反射电波（天波传播） 主要用于中、短波远距离广播、通 信，船岸间航海移动通信，飞机地 面航空移动通信等业务。 传播特点：
7
• (5)中频：用于广播、通信、导航（机场着陆系统）。采 用多元天线可实现较好的方向性，但是天线结构庞大。 • (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-空通信。 • (7)甚高频（米波）：用于语音广播，移动（包括卫星移 动）通信，接力（~50km跳距）通信，航空导航信标， 以及容易实现具有较高增益系数的天线系统。 • (8)特高频（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。 • (9) 超高频（厘米波）：用于多路语音与电视信道，雷 达，卫星遥感，固定及移动卫星信道。 • (10)极高频（毫米波）：用于短路径通信，雷达，卫星 遥感。此波段及以上波段的系统设备和技术有待进一步 发展。 • (11)亚毫米波：用于短路径通信。
2
2
2
Fn r0 2r0
S0 n 1 O 0 r1 rn M
Fn 1 1 n rn 0 r0 n 2 r 2 0 0 n 0 r0 Fn 0 r0
F1
r0
m
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三、空间费涅尔区
第二部分
第 8章
电波传播
电波传播的基础理论
第一节 概述
第二节 自由空间传播 第三节 电波传播的费涅尔区
1
第二部分
第 8章
电波传播
电波传播的基础理论
第一节 概述
第二节 自由空间传播 第三节 电波传播的费涅尔区
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一、研究电波传播特性的目的
• 系统设计 – 收、发信设备指标 – 天线的性能 – 天线的架设方式 • 通信质量评定 • 不同通信业务之间相互干扰的预测和解决
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三、三种电波传播的基本方式及其特点
电波利用电离层的折射、反 射和散射作用进行传播的方 式称为天波。 在大气对流层中进行的 电波传播方式称为空间 波。
沿地球 表面进 行传播 的电波 传播模 式称为 地表面 波。
9
主要用于低频及甚低频远距离无线电导 航、标准频率和时间信号的广播、对潜 通信等业务。 采用垂直极化，天线的最大辐射方向沿 着地面。 传播特点：
3
二、影响电波传播特性的因素
• • • • • • •
频率 距离 极化方式 天线高度 地形地物 地面电特性参数 时间、季节
4
无线电波的频段
5
6
频段的典型应用如下：
•
(1)极低频：对潜通信，地下通信，极稳定的全球通信，地下遥 感，电离层与磁层研究。 由于频率低，因而信息容量小，信息速率低（约1bit/s）。该频段 中，垂直极化的天线系统不易建立，并且受雷电干扰强。 • (2)超低频：地质结构（包括孕震效应）探测，电离层与磁层研究， 对潜通信，地震电磁辐射前兆检测。 主要由太阳风与磁层相互作用、雷电及地震活动所激发。 • (3)甚低频：Omega(美)、α（俄）超远程及水下相位差导航系统， 全球电报通信及对潜指挥通信，时间频率标准传递，地质探测。 该波段难于实现电尺寸高的垂直极化天线和定向天线，传输数据率 低，雷电干扰也比较强。 • (4)低频：Loran-C（美）及我国长河二号远程脉冲相位差导航系 统，时间频率标准传递，远程通信广播。该频段不易实现定向天 线。
O
2F1
M
30 菲涅尔椭球
相邻两旋转椭球体之间的空间称为空间费涅尔区。
在OM的中点空间费涅尔区的半径最大。Fnmax为：
1 Fn max nd 2 d 0 r0 为一次波源与观察点之间的距离
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第二部分
第 8章
电波传播
电波传播的基础理论
第一节 概述
第二节 自由空间传播 第三节 电波传播的费涅尔区
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一、费涅尔带的划分
根据惠更斯-费涅耳原理，在电波的传输过程中，波 阵面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波的波 源，这种波源称为二次波源。而空间任一点的辐射场 都是由包围一次波源的任意封闭曲面上各点的二次波 源发出的波在该点相互干涉、叠加的结果。
P 1 4r in Ls PL Gr GL
2
如果r的单位用km，f的单位用MHz，Ls的单位为dB，可 得： Ls 32.45 20 lg f 20 lg r 10 lg Gr GL
或 Ls 32.45 20 lg f 20 lg r Gr (dB) GL (dB) L0 Gr (dB) GL (dB)
视距传播
• • 无线电在低空大气层 传播机制分为：
（1）视距传播。当收、发天线架设高度较高（远 大于波长）。用于微波中继通信、甚高频和超 高频广播、电视、雷达等业务。
传播特点：
传播距离限于视线距离以内（10-50Km）； 频率越高受地形地物影响越大； 微波衰落严重； 10GHz以上电波，大气吸收及雨衰减严重。
E E1 E2 E3 E4
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如果将上式的奇数项拆成两部分，即En=En/2+En/2，
则上式可以重新写为
E1 E1 E3 E3 E5 E5 E7 E ( E 2 ) ( E 4 ) ( E6 ) 2 2 2 2 2 2 2
因为 lim En 0 ，且级数每一项与左右相邻两项的
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PL Pr Dr G L 4r
PL Pin Gr GL 4r
18
2
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Friis 传输方程。 Pin为发射天线输 入端的输入功率， Gr、GL分别为发射、
接收天线的增益。
自由空间的传输损耗 传输损耗：又称为系统损耗，定义为输入功率与 接收功率之比。
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自由空间的传播损耗：
L0 20 lg( 4r / )
L0 32.45 20 lg f ( MHz ) 20 lg r (km) 121.98 20 lg r (km) 20 lg (cm)
在自由空间传播条件下，电磁波的能量并没有损失。 自由空间的传输损耗实际指的是球面波扩散损耗。
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可见，分布在相邻两带边界上的二次波源在观察 点产生的场是反相的。
设第n个菲涅尔半波带在M点产生的场强振幅为 En(n=1,2,3,:)，由于每个菲涅尔半波带的辐射 路径不一样，因此有以下的关系式
E1 E2 E3
En En1
由于相邻两带在M点的产生的场是反相的，于是M 点的合成场振幅为
实际上，波阵面S0的位置可以任意选取的。对于不同位置的
S0，其各菲涅尔区的尺寸也会相应地发生变化，但是它们的 几何定义不变。而它们的几何定义恰恰就是以O、M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。我们称第一菲涅尔椭 球为电波传播的主要通道。
散射作用，实现超视距传播，常用频段为100MHz-
（2）散射传播。利用对流层中介质的不均匀性对电波的
10GHz。传输损耗大，单跳跨距大可达300-800Km，
适用于无法建立中继站的地区。 12