第五篇 微波传输基本理论.ppt

第五章 微波传输基本理论 内容提要 无线电波传播的方式及特性 微波传输 衰落及抗衰落技术 微波传输系统及应用 5.1 无线电波传播的方式及特性 5.1.1电波传播所涉及到的地球大气层 电波传播会涉及到地球大气层，地球上面的大气层的结构如图。 对流层 平流层 电离层 5.1.2无线电波在空间的传播模式 电磁波在其横向平面中场值的大小和方向都不变，则称为均匀平面波。为简化起见，下面只讨论均匀平面波在自由空间中的传播情况。 在无边界（开放）的无限空间中，电磁波的场结构只有横电磁波TEM。 1.直射波传播 当收、发天线架设高度较高时，电波从发射天线直射到接收天线的传播方式，亦可称为视距传播。一般用在超短波和微波波段，主要用于微波中继通信、甚高频和超高频广播、电视、雷达等业务。直射波传播是最主要的无线电波传播方式。 2.散射波传播 这种传播主要是由于电磁波投射到大气层（如对流层）中不均匀气团上时产生散射，特别适用于无法建立微波中继站的地区，例如海岛之间或需跨越湖泊、沙漠、雪山等的地区。 3.地面反射波传播 电波经地面反射后到达接收地点的传播方式。 5.1.3.5电波传播的特性 电磁波的频段或波长不同，其传播方式和特点也不同,但有以下共同特性。 1.电磁波在均匀媒质中沿直线传播 在均匀媒质中，电磁波各射线的传播速度相同 ,传播方向不变 . 2.辐射能量的扩散与吸收——能量衰减 当电磁波离开天线后，便向四面八方扩散，随着传播距离增加，空间的电磁场就越来越弱 . 假设发射天线置于自由空间（一个没有能够反射、折射、绕射、散射和吸收电磁波的无限大的真空中），若无方向性天线，辐射功率为PT瓦，则距离辐射源d米处的电场强度有效值为： 上式表明，电场/磁场强度与传播距离成反比，当电波经一段路径传播后，增加能量仍然会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。 3.反射与折射 当电波由一种媒质传播到另一种媒质时，在两种媒质的交界面上，传播方向会发生改变，产生反射和折射现象。并遵守光学的折射和反射定律。 4.电波的干涉 由同一电波源所产生的电磁波，经过不同的路径到达某接收点场强由不同路径的电波合成，这种现象叫做波的干涉，也称作多径效应。接收点的场强是由直射波和地面反射波合成的。 5.绕射现象 电波在传播过程中有一定的绕过障碍物的能力，这种现象称为绕射 5.1.4传输媒质对电波传播的影响 5.2.1.1费涅尔区的概念1．惠更斯－菲涅尔原理 惠更斯原理是，一点波源的振动可传递给邻近质点，使其成为二次波源。当点源发出球面波时，二次波源产生的波前也是球面，三次、四次··波也是如此。 图中T为发射天线，视为点源，它发出球面波。把波前分解为许多面积元，点源T在接收处R产生的场强,便是许多面积元在R处产生的场强之矢量和。尽管T与R之间有障碍物，但不能挡住所有面积元，在R处仍可收到一定的场强。 由解析几何知，球面上一动点P至两定点T、R的距离之和为常数时，此动点轨迹为椭球体。在讨论微波传播时，若该常数为： d＋ 则得到的椭球面称为第一菲涅尔椭球面,式中d＝|TR| 。若该常数为： 则得到第n费涅尔椭球面。若用图5-8的一系列费涅尔椭球面交截图5-7的某个波前面，则得到一系列的圆的圆环，图5-9，得第n费涅尔区。 5.2.1.2费涅尔区对电波传播的影响 由费涅尔区半径公式可知，第一费涅尔区的面积为πF21 ;第二费涅尔区的面积为： πF22- πF21 = π（√ 2 F1 ）2- πF21 = πF21 第三费涅尔区的面积为： ＝πF21 可见个相邻费涅尔区面积相等。但它们离R的距离不相等。第一费涅尔区离R最近，在R处产生的电场E1最大，其他依次减小，近似为等差级数，考虑到相位相反，使R点的总电场强度E=1/2 E1 5.2.1.4用菲涅尔区分析平坦地面的反射 1.反射波 反射波r2=TO+OR ；直射波: r1=TR 反射波与直射波的路程差Δr=TO+OR-TR 即Δr= r2-r1 反射波与直射波的相位差为: 相位常数×Δr=2π/λ×Δr 设O点反射系数为:ρ=｜ρ｜e-jφρ