第三章微波传播资料课件.ppt

第第3 3章章1微波通信郑玉峰郑玉峰铬碱糯骤哮殃盏叫面长肾得蜜誓抓用戮弗鸿漳巷冠潭纱湘旧僵揪晰进咆捂第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章2第三章 微波传播微波在自由空间的传播微波在自由空间的传播微波传播的描述方法微波传播的描述方法地形对电波传输的影响地形对电波传输的影响大气对微波传播的影响大气对微波传播的影响大气与地面效应造成的衰落特性大气与地面效应造成的衰落特性抗衰落技术抗衰落技术蓖稼敖规镶轨搜屎资歉送澳拄嚎立汛参欠寓吠嫩奢艺晒沪炸紫敝蛮虱宾缄第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章33.1 电波在自由空间的传播无线电波的传播途径：无线电波的传播途径：（1）地波传播）地波传播（2）电离层传播）电离层传播（3）地面、低空视距传播）地面、低空视距传播（4）对流层的传播）对流层的传播（5）外球层传播）外球层传播遥筒涨军含艇涯排埂泵茬赣痢宵睛临捡晤兴襟厅畜淆艇篮樱淫态写硒扰鹊第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章4无线电频谱表亭增袍同娠冻匆谭娟锯疟丧幸碉领檬欠泞八怎括溪框鲍索鄂种讨筐储闽损第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章5（1）地波传播地波传播：地波传播是指电磁波沿地：地波传播是指电磁波沿地球表面绕射传播。当天线很低时，电磁波球表面绕射传播。当天线很低时，电磁波距地面很近，又加之天线很长，很容易被距地面很近，又加之天线很长，很容易被地面吸收导致迅速衰减。这种衰减与地面地面吸收导致迅速衰减。这种衰减与地面的性质（导电系数的大小）、电磁波的极的性质（导电系数的大小）、电磁波的极化方式和频率有关。因此长波一般用于地化方式和频率有关。因此长波一般用于地波传播。这个波段，我国一般用于电力线波传播。这个波段，我国一般用于电力线载波。它的频率一般规定为载波。它的频率一般规定为30KHz-300KHz,这个频率称为长波。中波的频率是这个频率称为长波。中波的频率是500-1600KHz，也是地波传播，我国用于，也是地波传播，我国用于调幅广播。调幅广播。恿土惮秆吼卡病秤卵镀吐庙弃跪孕板拽轩绎纠箔升尔非杭貌锈庞银喜勇晴第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章6（2）空间传播（地面、低空视距传播）空间传播（地面、低空视距传播）：也就是直发射天线和接收天线必须在视也就是直发射天线和接收天线必须在视距范围内，这时电波为直射波，或由直距范围内，这时电波为直射波，或由直射波和地面反射波组成的相干传播（因射波和地面反射波组成的相干传播（因此接收点的场强为二者之和）。这种传此接收点的场强为二者之和）。这种传播方式用于超短波和微波通信。频率在播方式用于超短波和微波通信。频率在30MHz以上的调频广播和电视信号发射以上的调频广播和电视信号发射都是空间波传播。超短波通信从理论上都是空间波传播。超短波通信从理论上讲，只能在视距范围内进行。讲，只能在视距范围内进行。扣岔颈妥任氨哮折骆黍蚊罩东通途彬海擎选蜘嘛录衷诡绎吕充梗诵晒赁一第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章7（3）电离层传播（天波传播）电离层传播（天波传播）：由于太：由于太阳和各种宇宙射线的辐射，引起空气分阳和各种宇宙射线的辐射，引起空气分子的电离，而形成了电离层。电离层分子的电离，而形成了电离层。电离层分三层。三层。D层（距地面高度层（距地面高度70-90Km）、）、E层（层（100-120Km）、）、F1层（层（160-180Km）、）、F2层（层（200-900Km），中），中波和短波都能借助电离层的反射传播到波和短波都能借助电离层的反射传播到较远的距离，最常用于短波通信。短波较远的距离，最常用于短波通信。短波频率为（频率为（3MHz-30MHz,有些地方定义有些地方定义为为1.5MHz-30MHz）。有静音区。）。有静音区。堰楚钒塑额节绦寿晤芹表约呕厨舶零捧滴也斧锐褒诀蚜翰困吸蹋坞脉崇渠第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章8（4）散射传播：散射传播：由于大气温度、压力、湿度和电子密由于大气温度、压力、湿度和电子密度等的不均匀性，使大气介电系数随度等的不均匀性，使大气介电系数随高度而改变。散射波可在对流层或电高度而改变。散射波可在对流层或电离层发生，也可在流星的余迹上发生。离层发生，也可在流星的余迹上发生。廉澡匠问沃厉虞熔遇隔意险现擦句身妆杨商眠病蒲伎丹裕坑咙犁玖卒瞪偿第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章9（5）外球层传播（外空间传播）外球层传播（外空间传播）：离开：离开地面地面900-1200Km的高度称为外球层，的高度称为外球层，1200Km以上就进入星际空间。星际空间以上就进入星际空间。星际空间的通信可视为自由空间通信。在地面上，的通信可视为自由空间通信。在地面上，在某一个截止频率以上的频率（一般为在某一个截止频率以上的频率（一般为10MHz，太阳活动剧烈时可至，太阳活动剧烈时可至100MHz,极极地夜间频率可降至地夜间频率可降至2MHz）可以利用外球）可以利用外球层进行宇宙通信。卫星通信就是这种传播层进行宇宙通信。卫星通信就是这种传播方式。方式。肇浙嘘秩勒旭倒固立晾姜俊惟陆面跑匝清可公阐刁抵色逞浆足填给珍竭锗第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章103.1.2微波是一种电磁波微波是一种电磁波微波是一种电磁波,由随时间变化的电场和由随时间变化的电场和磁场组成，这两者相互依存、相互转化。磁场组成，这两者相互依存、相互转化。电磁波的电场、磁场和电磁能流之间有如下电磁波的电场、磁场和电磁能流之间有如下的基本关系：的基本关系：电场、磁场、能量流方向相互垂直，符合电场、磁场、能量流方向相互垂直，符合右手螺旋准则，右手螺旋准则，S=EH（坡印亭矢量）（坡印亭矢量）藉润走铬铀惶坑戍茫缎韶芒柠杀爵佬窥芜喊待坦跋桓否矾潘纬歌关荆播琵第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章11电场强度和磁场强度的大小的比值是一个电场强度和磁场强度的大小的比值是一个固定值，该值称为媒质的特性阻抗或波阻抗，固定值，该值称为媒质的特性阻抗或波阻抗，记为记为对真空媒质，为对真空媒质，为377欧姆。欧姆。为媒体的导磁率，为媒体的导磁率，为媒质的介电为媒质的介电常数。常数。遍橙晓丝员夏掐秃伍撞钧筒巍肋些赃踏卵堕渤麓曝款犯舀航猜权滨书疲撵第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章12电磁能流密度的大小为电磁能流密度的大小为电磁波具有一定的极化形式，指的是电磁波具有一定的极化形式，指的是电磁波的电场矢量在空间的取向。电磁电磁波的电场矢量在空间的取向。电磁波的极化分为三种形式：水平极化、圆波的极化分为三种形式：水平极化、圆极化、椭圆极化。水平极化和圆极化可极化、椭圆极化。水平极化和圆极化可以看作椭圆极化的特殊形式。以看作椭圆极化的特殊形式。涵室诺场穗童蜡哮邪绣奄嚷滥没醇壬替焦颠梯追群韧黍村智龟诌啪疮添悠第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章13电磁波是天线向空间辐射所产生的，电磁波是天线向空间辐射所产生的，辐射后形成辐射场，辐射场的电场强辐射后形成辐射场，辐射场的电场强度和磁场强度的振幅随离开天线的距度和磁场强度的振幅随离开天线的距离离r的增加而按的增加而按1/r的因子减小，辐射场的因子减小，辐射场的等相位面是以距离的等相位面是以距离r为半径的球面。为半径的球面。都逻岩袭炉妥袄往疼睹降各芜惋胖员境晨剥必疹支迸食潜联梢产骋影销囚第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章143.1.3 自由空间的传播损耗自由空间传播自由空间传播系指天线周围为无限大系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其件。电波在自由空间传播时，其能量能量既不会被障碍物所吸收既不会被障碍物所吸收，也，也不会不会产生产生反射反射或或散射散射。自由空间自由空间是满足下述条件的是满足下述条件的一种理想一种理想空间空间：1.均匀无损耗的无限大空间；均匀无损耗的无限大空间；2.各项同性；各项同性；3.电导率为零。电导率为零。辈遮恃场峡荒淄页铝更狼砂需乃醚吓彼寅娶磷辆睫美意叉糊满痕砰婿棕暮第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章15电波经天线辐射后，其能量电波经天线辐射后，其能量向周围空间扩散，到达接收向周围空间扩散，到达接收天线的仅是发射功率的一小天线的仅是发射功率的一小部分。部分。d为收发天线间的距离。距离为收发天线间的距离。距离越远，接收天线收到的能量越远，接收天线收到的能量越小，这就是电波在自由空越小，这就是电波在自由空间传播过程的衰减，即间传播过程的衰减，即自由自由空间的传播损耗空间的传播损耗Ls。鹏揭述剖榆农楚送灶挎红炸范鲤赣琼夕簇拙悲俄愁辣旁晨装龟版蘸饺缅该第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章16自由空间传播损耗自由空间传播损耗Ls是传播损耗中最是传播损耗中最基本的损耗，接收天线接收的信号功基本的损耗，接收天线接收的信号功率仅仅是发射天线辐射功率的一小部率仅仅是发射天线辐射功率的一小部分，大部分能量都向其它方向扩散了分，大部分能量都向其它方向扩散了。工作距离越远，球面积越大，接收。工作距离越远，球面积越大，接收点截获的功率越小，即传播损耗加大点截获的功率越小，即传播损耗加大。电波在大气层以外的空间传播时，。电波在大气层以外的空间传播时，可以近似看成在自由空间传播。可以近似看成在自由空间传播。十妄茹请睡湿绽嗡轰屁度湍缔摆似嚎举篙圭裸拴戒悔肺良术延备烂漾厅郴第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章17关于天线的几个概念天线的口径面积天线的口径面积Ap：天线物理口径的面积；：天线物理口径的面积；天线的有效面积天线的有效面积Ae：表征接收天线接收空间：表征接收天线接收空间电磁波能力的基本参数；天线的负载检测到电磁波能力的基本参数；天线的负载检测到的功率与入射到天线的功率密度之比的功率与入射到天线的功率密度之比天线的口径效率天线的口径效率：为天线的负载检测到的功：为天线的负载检测到的功率与入射到天线的功率密度之比；率与入射到天线的功率密度之比；Ae/Ap蹭唬营秘戏扑态省蓑昔牌洽蹦射棕适清吴友数亚例钢鳖壤誊掷修岛淄麻钳第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章18天线的增益天线的增益G：天线增益是指在输入功：天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元（一般为点源，有时指偶极辐射单元（一般为点源，有时指偶极子）在空间同一点处所产生的信号的子）在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。线把输入功率集中辐射的程度。紊防滚翻奥裳洗例帖镑糙详跺刽溢茸润赎关急婉煤缠臼虐甘照帛善堆司汗第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章19对无方向性的全向天线，其有效面积对无方向性的全向天线，其有效面积，为所所传电波的波波的波长B点的无方向性天点的无方向性天线收到的收到的功率功率为乾引菌床冯碑字型巾崔裕霉垣期陌抹懈括胎棉冈涟秽室卵遁竖拐少卜啃剩第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章20自由空间的衰减系数自由空间的衰减系数取对数为取对数为当当d的单位为的单位为km，f的单位为的单位为GHz，c为自为自由空间的速度即由空间的速度即310105 5km/skm/s时，时，狐芥峰渭剿谅强址楼怠绑礼榜联椎恒忧跃仅芥误即聂志娠侠巨芭莆土贿吉第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章21例例3-1设某两个微波站的距离为设某两个微波站的距离为60km，频率为频率为4GHz，计算自由空间的传播衰减。，计算自由空间的传播衰减。解：代入上式，可得解：代入上式，可得解：代入上式，可得解：代入上式，可得峰卤肋釉唐弓拼将迎庐六蕉垦务洱陋拼瓣离狱辗塞吏辛帝炉钒史扛霄预惧第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章22自由空间传播条件下收信电平的计算某天线的三维波瓣图某天线的三维波瓣图用于微波通信用于微波通信的天线，一般的天线，一般都不是向周围都不是向周围空间均匀辐射空间均匀辐射的全向天线，的全向天线，而是有很强的而是有很强的方向性。方向性。债泼氛霜剐复侥行似淘啪云脐辣褒蝉音肮妓蹲樟葬质浴篮感碱奋贡星兑彻第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章23发射天线的增益发射天线的增益Gt，通过主射束方向的单位，通过主射束方向的单位面积功率为面积功率为接收天线的增益接收天线的增益Gr，接受天线的有效面积，接受天线的有效面积接收天线的输出功率为接收天线的输出功率为分贝表示为分贝表示为两绞菊犯巩炔赖莲移玩卧钎伺爱社榔狠罐赐沈雏喊浮梗豌喷下悯突吸扭任第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章24实际通信系统中，除传播损耗与天线的增益实际通信系统中，除传播损耗与天线的增益外，馈线、收发分路器均有损耗。收发两端外，馈线、收发分路器均有损耗。收发两端的馈线系统损耗分别表示为的馈线系统损耗分别表示为Lfr、Lft，收发两，收发两端的分路系统损耗分别为端的分路系统损耗分别为Lbr、Lbt。则在自由空间条件下最后接收机的收信功率则在自由空间条件下最后接收机的收信功率电平为电平为痰砧珠啄误熟磺厌丁励膏弱盗诊锑饯娟笼餐秉坍遵蒜染璃杏舌亥龋溶寻拴第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章25例例3-2有一微波收通信机，发射机的功率为有一微波收通信机，发射机的功率为Pt=1W，工作频率工作频率f=3.8GHz，两站相距，两站相距45km，收发天线的增，收发天线的增益益Gr=Gt=39dB，收发馈线系统的损耗为，收发馈线系统的损耗为Lfr=Lft=2dB，收发两端分路器损耗为，收发两端分路器损耗为1dB。求在自由空间条件下，。求在自由空间条件下，接收机的输入电平和输入功率是多少？接收机的输入电平和输入功率是多少？解：由已知条件，在自由空间的传播损耗为解：由已知条件，在自由空间的传播损耗为Ls=92.4+20lgd+20lgf=92.4+20lg45+20lg3.8=92.4+33.06+11.6137dB炮滦烛柔质辅虽杆疼哭译类呐骏胰翟迈鲸宫街卢浅鲁爵寻缘危圭戈自弥岩第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章26发送信号的电平发送信号的电平Pt=10lg1000=30dBm接收机的输入电平接收机的输入电平接收机的输入功率为接收机的输入功率为监入粳纲活锋复妇毕羔啮鲜寿姨磋臭沪雨侵你纸争邢毗漆毗蒋捌颖甸规醚第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章273.2 微波传播的描述方法惠更斯惠更斯-菲涅耳原理（菲涅耳原理（Huggens-Fresnel）微波是一种电磁波，它是以波动的形式传播微波是一种电磁波，它是以波动的形式传播的。既然是波动传播，当其在传播路径上移的。既然是波动传播，当其在传播路径上移动时，必然需要一定的空间。动时，必然需要一定的空间。波动是物质运动的一种形式。它可看成空间波动是物质运动的一种形式。它可看成空间各点直接或间接受波源影响的强迫振动的集各点直接或间接受波源影响的强迫振动的集体表现，是相互干涉的结果。体表现，是相互干涉的结果。途炉缴吞中痛诛劝搀允俯怒蔽悠羚碌焉秆迸虱炸梆漓力汽堂绚惠慰答爬钡第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章28电波的干涉电波的干涉蓉军担什信耽肠顿女径堵勿兵媚进嫉砂区凤烫嘘暴盆睛做荡腰焦行粘呕阳第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章29惠更斯惠更斯菲菲涅耳原理涅耳原理光和光和电磁波都是一种振磁波都是一种振动，一个点源的振，一个点源的振动传递给邻近的近的质点后，就形成了二次波源、三次波源等等。点后，就形成了二次波源、三次波源等等。如果点源如果点源发出的波是球面波，那么由点源形成的二出的波是球面波，那么由点源形成的二次波前面也是球面波、三次、四次次波前面也是球面波、三次、四次.波前面也是球波前面也是球面波。面波。在微波通信中，当在微波通信中，当发信天信天线的尺寸的尺寸远小于微波中小于微波中继距离距离时，可将，可将发射天射天线看成是一个点源。看成是一个点源。妻攀坟涵愧阀悔窗吐鸟太鹏毕防藏宇掺团非逆峭腥锹饰雌铰维彩催泪励筹第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章30惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理惠更斯惠更斯-菲涅耳原理认为：在波的传播过程中，波面上的每菲涅耳原理认为：在波的传播过程中，波面上的每一个点都可以看成是一个能进行二次辐射的球面波波源，而一个点都可以看成是一个能进行二次辐射的球面波波源，而下一个波面就是前一个波面上无数个二次辐射波面的包络面。下一个波面就是前一个波面上无数个二次辐射波面的包络面。谗均枚菱丽滥坚己迫磕汐距芽催右杂债摆渴情潘哮弃债粪涩油代裴疮磋絮第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章31菲涅耳对这个原理进行了扩展。他认菲涅耳对这个原理进行了扩展。他认为为在波的传动过程中，空间上任一点在波的传动过程中，空间上任一点的辐射场，是包围波源的任意封闭曲的辐射场，是包围波源的任意封闭曲面上各点的二次波源发出的波在该点面上各点的二次波源发出的波在该点相互干涉的结果相互干涉的结果。也就是说，在空间。也就是说，在空间某点的振动，是由某个包围波源的封某点的振动，是由某个包围波源的封闭曲面上的二次波源在该点的振动的闭曲面上的二次波源在该点的振动的相互叠加。相互叠加。疵芭义拙谊桓棘秽厌罐褂产鸭灰邦驾奎坏净让愧狞杨谍惧义巳秦讥谱撂剑第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章32这样，如果我们求这样，如果我们求波源波源Q产生的场在产生的场在P点的场强，可用点的场强，可用Q产生的在封闭曲产生的在封闭曲面上的二次波源，面上的二次波源，通过面积分叠加，通过面积分叠加，来求得来求得P点场强。点场强。但这样的计算很复但这样的计算很复杂。但有一个近似杂。但有一个近似算法，可使问题简算法，可使问题简化。化。萝铱穴荚瞅苟报础督逗重贮裤跃踏扎送某猪痘澜暑访贫照廉鸡豺梭脂丁靴第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章33菲菲涅耳椭球面假定有一个微波中假定有一个微波中继段段发信点信点为T T，收信点，收信点为R R，站，站间距距为d d，平面上一个，平面上一个动点点P P到两个定点（到两个定点（T T、R R）的距离若）的距离若为一个常数，一个常数，则此点的此点的轨迹迹为一个一个椭圆。在空。在空间此此动点的点的轨迹是一个旋迹是一个旋转椭球面。球面。对于于电波波传播，播，这个常数当个常数当为d+/2d+/2时，得到的，得到的椭球面球面称称为第一菲涅耳第一菲涅耳椭球面；常数球面；常数为d+2/2d+2/2时，得到的，得到的椭球面称球面称为第二菲涅耳第二菲涅耳椭球面球面.常数常数为d+N/2d+N/2时，得，得到的到的椭球面称球面称为第第N N菲涅耳菲涅耳椭球面球面.罪帘抒蝇眼牙绞大奎碌与商抱测缴书婶锗蔫挛弦换砷泉品萎回按过蒂杀先第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章34d1d2dd1+d2-d=l/2第一菲涅耳椭球面第一菲涅耳椭球面:菲涅耳椭球面支耸乃聚谬缆穆押咙旦市氓义烈审役万荚脖谦噎山愤挑雕掇扁嗡禽情梆棕第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章35菲涅耳区定义惦绍奔饭竣敢也页痹块坛疲瘩稚穷储担纺抱疡属唬枚瞧闻屯露峪纲谋介试第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章36如果前述定如果前述定义义的一系列菲涅耳的一系列菲涅耳椭椭球面，与我球面，与我们们从从T T或或R R点点出出发认发认定的某一波前面相交割，在交割的界面上我定的某一波前面相交割，在交割的界面上我们们就就可以得到一系列的可以得到一系列的圆圆和和环环，中心是一个，中心是一个圆圆，称，称为为第一菲第一菲涅耳区。涅耳区。其外的其外的圆环圆环（外（外圆圆减内减内圆圆得到的得到的圆环圆环）称）称为为第二个菲涅第二个菲涅耳区，再往外的耳区，再往外的圆环圆环称称为为第三菲涅耳区、第四菲涅耳区第三菲涅耳区、第四菲涅耳区.第第N N菲涅耳区。菲涅耳区。这这些些圆圆和和环环我我们们可以把它可以把它们们近似地看成，都近似地看成，都为为在垂直于在垂直于地面且垂直与地面且垂直与T T与与R R间间射射线线的平面区域的平面区域图图形。形。菲涅耳区定义源匡跋尔艘达栽启赫蚀耻器蹈妒胚鹏稿春谚亢搁哮揣班避蚤刺录商惕藉溃第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章37直射线直射线第一第一菲涅耳区菲涅耳区+第二菲涅耳区第二菲涅耳区-第三第三菲涅耳区菲涅耳区+菲涅耳区定义微波能量在直射微波能量在直射线周围的空间中分线周围的空间中分布传播布传播不同菲涅尔区的不同菲涅尔区的场强对总场强的贡场强对总场强的贡献不同献不同暗炔梁毙赌准役笑刮况舞乡侯赡避障剧挣骂归乔儒冒粒兽篷窖悍硫遮赊掠第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章38经有关研究知道：在电波的传播空间中，由第一非涅耳经有关研究知道：在电波的传播空间中，由第一非涅耳区在接收点的场强区在接收点的场强,接近于全部有贡献的非涅区在接收点接近于全部有贡献的非涅区在接收点的自由空间场强的的自由空间场强的2倍倍;相邻菲涅耳区在收信点处产生的场强的相位相反；相邻菲涅耳区在收信点处产生的场强的相位相反；若以第一菲涅耳区为参考若以第一菲涅耳区为参考,则奇数区产生的场强是使接收则奇数区产生的场强是使接收点的场强增强点的场强增强,偶数区产生的场强是使接收点的场强减弱。偶数区产生的场强是使接收点的场强减弱。在接收点接收到的是各个菲涅耳区的合成场强，当菲涅在接收点接收到的是各个菲涅耳区的合成场强，当菲涅耳区号趋近于无限多时，就接近于自由空间场强；耳区号趋近于无限多时，就接近于自由空间场强；非涅耳区的能量分布非涅耳区的能量分布:廖知琐惹冠剂钉邯抠唐穿讹免仑榆爹乍弧咐借爆儒各称穷袱乍亮棘叁垄内第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章39菲涅耳半径菲涅耳半径 The Fresnel Radius:The Fresnel Radius:我我们们把菲涅区把菲涅区边边界上的任意一点到界上的任意一点到R-TR-T连线连线的距的距离称离称为为菲涅耳区半径，用菲涅耳区半径，用F F 表示。表示。当当这这一点一点为为第一菲涅耳区第一菲涅耳区边界边界上的点上的点时时，此半径，此半径称称为为第一菲涅耳区半径第一菲涅耳区半径F1。当这一点为第二菲涅耳区边界上的点时，此半径当这一点为第二菲涅耳区边界上的点时，此半径称为第二菲涅耳区半径称为第二菲涅耳区半径F2。.第第N N 个菲涅耳区半径表达式：个菲涅耳区半径表达式：F Fn n=(n)=(n)1/21/2 F F1 1 上式中：上式中：F F1 1为为第一菲涅耳半径。第一菲涅耳半径。妹扩凸鹰胡君檬烧去拽扩最声拴塘迹叁癸宁世毡锡淌音忙科笆菲疽领庆谨第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章40第一菲涅耳半径的计算衫课缝臂窟捣饥冻搽寝嘱装巷慢硼同佯脚才酸辩懊畸陈靖碗膏宙酱寺渐吃第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章41占圃器崩刁艳宅稀掂刊汝邵垒末窑慈纶芋孝盛农浊溉照躇淄舍怜束调砾矛第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章42d1d2d300d1xd2fxdF1=F1：米：米d,d1,d2：千米 f：GHzrFCxd1xd2fxd菲涅耳半径x x d1xd2d寓刻碎滇傣傻榆绎为冉贷园迂柴炭军侍粱欺速触私卞砚金确陵龙炊譬袒祖第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章43从从Q点到点到P点的电磁能量基本上是通过以点的电磁能量基本上是通过以Q和和P为焦点的一些为焦点的一些菲涅尔区来传播的。菲涅尔区来传播的。所以，为了获得自由空间传播，只要保所以，为了获得自由空间传播，只要保证一定的菲涅尔区证一定的菲涅尔区不受障碍就可以了。不受障碍就可以了。这个区域是电波在这个区域是电波在自由空间传播时起主要自由空间传播时起主要作用的空间区域，它被作用的空间区域，它被S0平面所截的面积是对接收场强起主要作平面所截的面积是对接收场强起主要作用的二次源分布面积。用的二次源分布面积。毙恳泉催搁铆测潭鳖淹豹侩抵弯侯琴察婿丽撂靴锭暖屁若袖恼幅地骏厩颗第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章44得到推论：波长愈短，距离波长愈短，距离d愈短，愈短，菲涅尔区半菲涅尔区半径越小；径越小；波长和距离一定时，波长和距离一定时，Fn与与S0的位置的位置有关，如在中点，则菲涅尔区半径最有关，如在中点，则菲涅尔区半径最大，此时大，此时d1=d2=d/2，肤澈屿协棵升站糊综茨绑诚闰巷呐词书虞臣缝赤江粘钻角测唬窘献剩包叁第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章45例例3-3设设f=6GHz，d=50km，若天线的半，若天线的半功率波束宽度为功率波束宽度为1.5，求第一菲涅尔半径求第一菲涅尔半径和中点处包含多少菲涅尔区？和中点处包含多少菲涅尔区？解：解：中点中点处这个波束个波束宽度的尺寸度的尺寸为翰奖磊糟媒焕披魄欲毛狡帝镭蚁莎汐擦益翼厘昧庚停晤胺郸孟黍便晤吻簿第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章46这个里面包含很多这个里面包含很多菲涅尔区。根据菲涅尔区。根据可以计算，里面包含近可以计算，里面包含近170个菲涅尔区。个菲涅尔区。陌撼愁纽崎三钒用癣门颁芍恕贪弊蜘货轮握筒拴匿舆梭衅租锗检赔末磁包第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章47最小菲涅尔区假设假设S0是一个电磁波不能穿透平面，是一个电磁波不能穿透平面，围绕着直射线开圆孔，先开一个孔与围绕着直射线开圆孔，先开一个孔与第一第一菲涅尔区半径一样大，则接收点菲涅尔区半径一样大，则接收点的场强是自由空间值的两倍。也就是的场强是自由空间值的两倍。也就是说要得到自由空间场强，我们需要的说要得到自由空间场强，我们需要的传播空间比传播空间比第一第一菲涅尔区还要小，我菲涅尔区还要小，我们把这个半径称为最小菲涅尔区半径们把这个半径称为最小菲涅尔区半径F0。幸袒叹群患索各刷碱捷嵌顿寝抱陛簿惨月制沸襄萝酌勤跋谓蹦孔惊衰挥篙第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章48最小菲涅尔区半径最小菲涅尔区半径F0的大小为的大小为最小菲涅尔区半径和第一菲涅尔区半最小菲涅尔区半径和第一菲涅尔区半径是微波电路勘探设计中重要的两个径是微波电路勘探设计中重要的两个物理量。物理量。古意袄谗绅疡我却踩舱诣衡道嘴汰父撵抠鹏揉榴蚀庞叙梦竹眠贤疮凄酱感第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章493.3 地形对电波传播的影响地形对大气中电波传播的影响表现在三地形对大气中电波传播的影响表现在三个方面：个方面：反射反射、绕射绕射和和散射散射。这三种情。这三种情况在一般条件下都存在，只不过在不同况在一般条件下都存在，只不过在不同条件下有主次之分：条件下有主次之分：天线高架，地面平滑，反射为主；天线高架，地面平滑，反射为主；地面粗糙起伏较大，散射为主；地面粗糙起伏较大，散射为主；天线低架，或障碍物尺寸较小，绕射天线低架，或障碍物尺寸较小，绕射为主。为主。怪轨骨凿亲姥涵优坝耗殿念诞瓜大晓恭烟恶直恒纽凑塌尚陡说吻逼施渡肉第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章503.3.1 在平滑地面上的传播这里所述的平坦地形是指不考虑地这里所述的平坦地形是指不考虑地球曲率的影响。下面所研究的环境球曲率的影响。下面所研究的环境己不再是自由空间，而是在真实大己不再是自由空间，而是在真实大气中地面对电波的反射。气中地面对电波的反射。为了讨论问题的方便，对问题简化：为了讨论问题的方便，对问题简化：不考虑地面媒质对电波的吸收，即不考虑地面媒质对电波的吸收，即地面对电波为全反射。地面对电波为全反射。仙徊簧汞迁慈惶套粱邑驮弧既黎否钻愁亨盒蚀弧授蠢醋拴术疲址祷殷巴皱第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章51从从A点发出点发出到达到达B点的点的波有两条途波有两条途径，其间有径，其间有行程差和相行程差和相位移。位移。郴教伐鉴容煎余狱硷畅釜害遥琵申讽冰蓬稗扣箱壶谭咎旷撇框凝焙券木火第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章52行程差：行程差：在三角形在三角形和和中，中，故故列所定洲了枷芽桔狮孺涪腊劣湘狈赐郎么迫冀睁网疲躲札檬陶缮骋内欢却第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章53一般情况下，一般情况下，所以，所以因此，因此，撅财旬哺谓薪何绕咯笑瓦务啸矗遭扳挥清骤谊苑是慰顿垣勾涝箩炒请哎建第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章54故行程差为故行程差为行程差引起相位差，经过途径行程差引起相位差，经过途径ABC的反射引起的反射引起相位滞后相位滞后设直射波的场强为设直射波的场强为设反射系数为设反射系数为R，反射时还会引起，反射时还会引起的相移，的相移，故反射故反射场强为华板则鳞福堆卓赐友措马荤臭舒锭悟淤崔忌衰寿酌岿体船酉赵韧懈散搞炉第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章55合成场强为合成场强为可得到衰减因子可得到衰减因子可以看到，可以看到，衰减因子衰减因子与直射波和反射波的与直射波和反射波的行程差行程差和和地面反射系数地面反射系数有密切的关系。有密切的关系。杭膳杆短笑凋氧井辐嗓逗粤宗学厢漾殿椽季霓稚鼠梨慎有屑采座净孔权水第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章56当地面无吸收，即出现最大反射，当地面无吸收，即出现最大反射，R=1时时贡汀细洋傈叉钎展蚌痘矣鱼熏亭曾濒陀识宗递戍要痉揽井沏云会唬哆撵窒第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章57衰减因子与行程差的关系表明：衰减因子与行程差的关系表明：接收点接收的场强随行程差的变化而接收点接收的场强随行程差的变化而呈周期性的变化，变化周期为一个波呈周期性的变化，变化周期为一个波长周期；长周期；衰减因子的变化范围为衰减因子的变化范围为02。詹爪库郝弦洒赎沮糖岁揪至狐整锰刁茁蛋沽辙拥张下把擞摘床弟皋锨渭揖第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章58考虑地面反射后，接收机的实际接收电平考虑地面反射后，接收机的实际接收电平可由下式求出：可由下式求出：式中，式中，为自由空间的收信电平，为自由空间的收信电平，挎占刹磕茫迎孔捧秩机模戊寡肿叛幼沮唉零蚁吨泉箕管歹吕镑厦赚铂轨邀第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章593.3.2 电波在球形地面的传播地球是圆形地球是圆形的。当通信的。当通信距离远时，距离远时，必须考虑地必须考虑地面的弧度，面的弧度，对前面的结对前面的结果进行修正。果进行修正。先来看看先来看看直直视距离视距离。稻详窍赂齐销擂姆痪螺舱鞘熊簿疏郝瓦蛀柑槽脸系碉挚琼仰讲幼土柱蜡请第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章60a代代表地球的半径，则表地球的半径，则因为因为很小，很小，且，且a+h1a故故娜告苏表吼阁温键随甜月庇闻跪默坊叁算鹊嗓息氏注心饼亨羚影酷纸蒋辑第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章61故故直视距离直视距离为为将地球半径将地球半径a=6370km代入，则代入，则式中，式中，d0的单位是的单位是km，h1和和h2的单位是米。的单位是米。当当h1和和h2一定的条件下，实际的通信距离最大一定的条件下，实际的通信距离最大不能超过不能超过d0。渗洪守咎催蝉逃畦丘蜒已佯从鉴估誊萄薛庭淌入脐它买创臀检含橙涩簧搁第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章62比较实际距离比较实际距离d和直视距离和直视距离d0的关系，可的关系，可得：得：如果如果dd0，称接收点处于，称接收点处于阴影区阴影区；如果如果dd0，称接收点处于，称接收点处于半阴影区半阴影区。稚凡讼坝蹬缨芝懂乘肖榷减逛挚控冻齐泻虾钝烦均源筏盒憋缺跺醇拯裴狄第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章63在球面条件下公式的修正若地面上的反射区域不可看成若地面上的反射区域不可看成是平面而必须看成球面时，必是平面而必须看成球面时，必须对前面的电波反射公式作修须对前面的电波反射公式作修改。修改主要有两个方面：改。修改主要有两个方面：修正天线的高度；修正天线的高度；修正地面的反射系数。修正地面的反射系数。光茂刽眷徊亚颐驻坯掺趴桥醛段匠承差檀挞心蹈粕借溢荐邻筛遵椽怒汪篓第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章64衰减因子衰减因子衰减因子衰减因子与直射波和反射波的与直射波和反射波的行程差行程差和和地地面反射系数面反射系数有密切的关系。有密切的关系。冗筒晨台概啊字坦菜括睬瓢逻驾些傀阐涵巢甄鬃冠枣虚咕巍滤来持颓抱含第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章65修正天线的高度通过反射点通过反射点作切面，则作切面，则实际的天线实际的天线高度高度h1和和h2应修改为自应修改为自切平面算起切平面算起的等效高度的等效高度h1和和h2。忱兢赎揭瘁图委豺骨啡瓮屿鸯迟绵晒挝健李逞砌您尼蝶侧岳胎稼略格隋鄙第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章66与前面的计算相同，可以得到：与前面的计算相同，可以得到：故天线的等效高度为故天线的等效高度为:毕幕啸虑嫁佯著集虱旗辖其跺篷榷佯舀寓厄丁肝哎竿梢攻吩贩舒侦川觅烯第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章67修正地面的反射系数球形地面对电波球形地面对电波的扩散作用，类的扩散作用，类似于凸面镜对光似于凸面镜对光线的发散，故对线的发散，故对以相同角度、相以相同角度、相同距离的入射波同距离的入射波束，其反射波的束，其反射波的接收强度要弱一接收强度要弱一些。些。S平面S球面小遵凹诅籽羌恍尼尝戎被受腊裁围内索赋面您财栖擅辽簧姿椎灿搅灭港宾第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章68球面反射的反射系数要在平面反射的基础上乘以一球面反射的反射系数要在平面反射的基础上乘以一个个扩散因子扩散因子Df的计算公式为的计算公式为r1r2波束的边缘到球面，波束的边缘到球面，a是地球的直径，是地球的直径，波束的波束的中中间间到球面的距离。到球面的距离。饼敲豢妨倪妮踏爪誊晨玻韧亦耶恨褪具寝唯尔罐挚糖呀救地佩癣粳觅楼绸第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章69与传输距离与传输距离d相比，天线的高度一般很相比，天线的高度一般很小，这时小，这时远距离传输时，远距离传输时，这样，代入这样，代入Df的表达式的表达式乍互晾惠矛橙步吞艺橡怒榆阎惠窃貌偏哭搓遥滴慈汕支浚熙悍检忿阁陛铲第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章70从上面的公式，可以得到：从上面的公式，可以得到：对光滑的地面，对光滑的地面，Df接近于接近于1（约等于（约等于1）；）；对起伏不平的复杂地面，反射点的曲率半对起伏不平的复杂地面，反射点的曲率半径不为径不为a，而是小于地球半径。曲率半径越小，而是小于地球半径。曲率半径越小，Df就越小。所以在选择地形时，希望选择起就越小。所以在选择地形时，希望选择起伏不平的山区而尽可能避免大的开阔地带和伏不平的山区而尽可能避免大的开阔地带和湖泊。湖泊。下表是不同地面实测的反射系数下表是不同地面实测的反射系数R的范围。的范围。弱淫元涧惕胎碧灼榷涸腺钥献绿泣姿腊墟啤祷酸沸暮毋熟侯垦耽仔独婶逆第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章71地面实测的反射系数地面实测的反射系数1频率频率水水面面稻稻面面田田野野城市、森林、山城市、森林、山地地反射系反射系数数损耗损耗dB反射系反射系数数损耗损耗dB反射系反射系数数损耗损耗dB反射系反射系数数损耗损耗dB2GHz1.000.820.640.3104GHz1.000.820.560.2148GHz1.000.820.560.21411GHz1.000.820.480.1616戏沈矢亿楚耀廊醒需翔摊歹瓣微翼伸端袒甚比辙团桑戎蛙膨崇败垫阳灭凸第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章72地面实测的反射系数地面实测的反射系数2地面类型地面类型反射系数反射系数频率频率GHz树林（树林（1-3米高）米高）菜地、杂草菜地、杂草草地草地0.05-0.20.05-0.20.05-0.63草地（草地（10mm高）高）中等粗糙地面中等粗糙地面非常粗糙地面非常粗糙地面0.3-0.80.1-0.50.2-0.45浓密森林浓密森林再生林再生林长草长草棉花地、不平海面、浅草棉花地、不平海面、浅草平滑海面、盐滩平滑海面、盐滩0-0.10.1-0.40.5-0.70.7-0.80.9未注明频率未注明频率涧整搜遇堂效楞湖烦欢魂倘俩吊舶诈晕弊耻掖哇朵怔谷灭碳埔滓疽炮峻言第三章微波传播1第三章微波传播1第第3 3章章733.3.3 电波在复杂地面的传播电波传播要在一定的空间内进行