第11章 视距传播
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。
电波主要传播方式
电波主要传播方式2008-06-05 11:25:45 作者：不详电波传输不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。
任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。
传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。
根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种：地表传播对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。
当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。
那些走直线的电波就过不去了。
只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。
地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。
其特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。
因此，这种传播方式主要适用于长波和中波波段。
天波传播声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。
无线电波也能够反射。
在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就象一只悬空的金属盖，电波射到“电离层’就会被反射回来，走这一途径的电波就称为天波或反射波。
在电波中，主要是短波具有这种特性。
电离层是怎样形成的呢？原来，有些气层受到阳光照射，就会产生电离。
太阳表面温度大约有6000℃，它辐射出来的电磁波包含很宽的频带。
其中紫外线部分会对大气层上空气体产生电离作用，这是形成电离层的主要原因。
电离层一方面反射电波，另一方面也要吸收电波。
电离层对电波的反射和吸收与频率(波长)有关。
频率越高，吸收越少，频率越低，吸收越多。
所以，短波的天波可以用作远距离通讯。
此外，反射和吸收与白天还是黑夜也有关。
白天，电离层可把中波几乎全部吸收掉，收音机只能收听当地的电台，而夜里却能收到远距离的电台。
视距计算公式
视距计算公式
视距是指人眼或摄像机能够观测到的最远距离，是一个重要的物理概念。
在很多领域中，如建筑设计、交通规划、气象预测等，都需要对视距进行准确的计算。
视距计算公式是计算视距的数学公式，其计算结果可以用来确定视觉范围，并且对于安全和规划方面的决策至关重要。
视距计算公式通常涉及以下几个因素：
1. 人眼或摄像机的高度：人眼或摄像机的高度会直接影响到视距的范围。
2. 大气折射率：大气折射率与空气中的物理量有关，如温度、气压等，而这些因素会影响到光线的传播速度，从而影响视距的计算。
3. 目标高度：目标的高度会影响到视线的高度，从而影响到视距的计算。
基于以上这些因素，一般的视距计算公式可以表示为：
S = 3.57 √(h + 1.5H)
其中， S 表示视距（单位：千米），h 表示人眼或摄像机的高度（单位：米），H 表示目标的高度（单位：米）。
这个公式是基于一个假设：空气层的折射率是常数。
但实际情况下，空气层的折射率会随着高度和气温等因素的变化而变化，因此这个公式只是一个近似值。
此外，还有其他一些视距计算公式，如 Beranek 公式、Mills 公式等，它们的计算方法也略有不同，但都基于以上几个因素。
总之，视距计算公式可以帮助我们计算出视距的范围，并且对于建筑设计、交通规划等领域的决策起到了很大的作用。
但需要注意的是，由于实际情况的复杂性，这些公式只是近似值，计算结果可能会存在误差。
因此，在实际应用中，需要结合具体情况进行计算和判断。
超视距传播原理
超视距传播原理
超视距传播是一种指在通信系统中，信号传输的距离超过了人眼可视范围的现象。
它主要应用于无线电通信、雷达、卫星通信等领域，可以有效地扩展通信距离和提高通信质量。
超视距传播的原理主要涉及两个方面：空间波束传输和大气折射。
首先，空间波束传输是指通过发射器将无线电波束成一个窄束，使得波束在传输过程中的辐射能量集中在一个相对较小的角度范围内。
由于波束的方向性较强，可以减小信号在传输过程中的衰减和散射，从而实现远距离传播。
其次，大气折射是指由于大气密度的变化，导致电磁波传播过程中发生折射现象。
在地球的大气层中，空气密度会随着高度的变化而变化，导致电磁波传播路径的曲线。
当信号从地面向上传播时，由于大气折射的作用，信号可以被折射到地面之外的较远处，实现超视距传播。
此外，超视距传播还受到地形、大气状况、频率和信号功率等因素的影响。
地形因素会影响信号的传播路径和传播衰减，如山脉和建筑物可能会阻挡信号的传播。
大气状况因素指的是大气层中湿度、温度和压力等环境参数的变化，会导致信号速度和传播路径的变化。
频率和信号功率决定了信号在传播过程中的衰减和传输质量，因此需要根据实际情况选择合适的频率和适当增加信号功率。
总之，超视距传播的原理主要包括空间波束传输和大气折射。
通过合理设计和优化信号传输路径、选择合适的频率和信号功率，并考虑到各种环境因素的影响，可以有效地实现超视距传播，扩展通信距离和提高通信质量。
天线与电波传播
天线与电波传播天线部分：引言天线是一种用来发射或接收电磁波的器件，是任何无线电系统中的基本组成部分。
换句话说，发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波，接收天线则与此相反。
于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输，可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。
人类最大的自然资源之一就是电磁波谱，而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。
第一讲：传输线基础知识在通信系统中，传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。
为了更好的了解天线的性能与参数，首先简单介绍有关传输线的基础知识。
传输线根据频率的使用范围区分有两种类型：1、低频传输线；2、微波传输线。
这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识，主要包括反映传输线任一点特性的参量：反射系数Γ、阻抗Z 和驻波比ρ。
一、反射系数Γ这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为()()''''''''2()()()00j z j z j zl U z z U z U z e Uzee βββ-+--+-Γ=====Γ (1)由上式可以看出，反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，即 ()'l z Γ=Γ (2) 此外，反射系数呈周期性，即()()''/2g z m z λΓ+=Γ (3) 二、阻抗Z这里定义传输线上任一点处的阻抗为 ()()()'''U z Z z I z =(4)经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式()''00'0tan tan l l Z jZ z Z z Z Z jZ zββ+=+ (5) 三、驻波比ρ(VSWR)这里定义传输线上任一点处的驻波比为 ()()'max 'minU z U zρ=(6)经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式 11l lρ+Γ=-Γ (7)此外，这里还给出反射系数与阻抗的关系表达式()()()()()()''''''011z Z z Z z Z z Z z Z z Z +Γ=-Γ-Γ=+ (8)这里还简单介绍一下传输线理论所要用到的一些基本参数，例如特性阻抗0Z 以与相位常数β，具体表达式如下： 02,L Z LC C πβωλ===(9) 此外，不同的系统有不同的特性阻抗0Z ，为了统一和便于研究，常常提出归一化的概念，即阻抗()'0Z z Z 称为归一化阻抗()()''Z z Z z Z =(10)第二讲：基本振子的辐射一、电基本振子的辐射电基本振子(Electric short Dipole)又称电流元，无穷小振子或赫兹电偶极子， 它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l 远小于波长λ，其半径a 远小于l ，同时振子沿线的电流I 处处等幅同相。
天线与电波传播第7-11章习题详解
f
= 10kHz 时， λ
= 3×104 m ， F1max
=
1 2
3×104 ×10×103 = 8660m
7.3、当收发天线正中间有一高度为 100m 的高楼时，若收发天线相距 1km，高度相同，电
波频率为 900MHz，请问要保证自由空间传播条件，收发天线至少要多高？若电波频率为
2GHz，收发天线至少要多高？来自/m30
（3） f = 136MHz ，故 λ = 2.21m ; Gre = 1010 = 1000
信号功率：
Pre
=
⎛ ⎜⎝
λ 4π r
⎞2 ⎟⎠
PinGt Gre
=
⎛ ⎜⎝
4π
2.21 × 500×103
⎞2 ⎟⎠
×1× 2×1000
=
2.5 × 10−10 W
/
m2
第八章
8.1、某微波通信线路，发射机输出功率 Pt = 10W ，收、发天线架高分别为 hr = 40m ，
=2
E1
sin( 2π ×100× h2 ) 50 ×1000λ
将 λ = c = 3×108 = 0.05m 代入上式得：
f 6 ×109
E
= 2 E1
sin( 2π ×100 × h2 ) 50 ×1000 × 0.05
= 2 E1
sin(0.08πh2 )
h2 = 100m 时， E = 2 E1 sin(8π ) = 0 ，为最小值。
工作波长 λ = 2m 。假设电波是在自由空间中传播，在天线的最大辐射方向， r = 50km 处
有一 P 点，试计算： （l）P 点处的功率密度及电场场强的大小。 （2）若在 P 点处置一相同类型的接收天线，计算接收机在匹配条件下可能获得最大接收功 率。 （3）计算 P 点的自由空间传播损耗。
移动通信试题库有答案
移动通信试题库第一章1.移动通信系统中，150MHz 的收发频率间隔为________， 450MHz 的收发频率间隔为________，900MHz 的收发频率间隔为________ 。
（5.7MHz, 10MHz, 45MHz ）2.移动通信按用户的通话状态和频率使用的方法可分为________ , ________ ，________三种工作方式。
（单工制，半双工制和双工制）3.(多选) 常用的多址技术有哪几种：_________( ABCD )A. 频分多址(FDMA)B.时分多址(TDMA)C.码分多址(CDMA)D.空分多址(SDMA)4. 移动通信主要使用VHF 和UHF 频段的主要原因有哪三点？答：1）VHF/UHF 频段较适合移动通信。
2）天线较短，便于携带和移动。
3）抗干扰能力强。
5.信道编码和信源编码的主要差别是什么？答：信道编码的基本目的是通过在无线链路的数据传输中引入冗余来改进信道的质量。
信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减，通过增加冗余，如校验码等，来提高抗干扰能力以及纠错能力。
相对地，信源编码的目标就是使信源减少冗余，更加有效、经济地传输，最常见的应用形式就是压缩。
第二章1.在实际应用中，用________，________，________三种技术来增大蜂窝系统容量。
(小区分裂，频段扩展，多信道复用)2. 什么是近端对远端的干扰？如何克服？答：当基站同时接收从两个距离不同的移动台发来的信号时，距基站近的移动台B （距离）到达基站的功率明显要大于距离基站远的移动台A(距离，<<)的到达功率，2d 1d 2d 1d 若二者功率相近，则距基站近的移动台B 就会造成对接收距离距基站远的移动台A 的有用信号的干扰或抑制，甚至将移动台A 的有用信号淹没。
这种现象称为近端对远端的干扰。
克服近端对远端的干扰的措施有两个：一是使两个移动台所用频道拉开必要的时间间隔；二是移动台端加自动(发射)功率控制(APC)，使所有工作的移动台到达基站功率基本一致。
电磁波与天线知识点
第一章1.天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置2.天线的作用：3.天线基本辐射单元：电基本振子、磁基本振子、惠更斯元4.电基本振子又称电流元，其辐射场是球面波（等相位面的形状），辐射的是线极化波，传输的波的模式是横电磁波（TEM 波，沿传播方向电场、磁场分量为0）5.媒质波阻抗η自由空间（120ηπ=Ω）电基本振子E H θηϕ=磁基本振子E H ϕθη=-6.磁基本振子又称磁流元、磁偶极子7.电基本振子归一化方向函数(,)sin F θϕθ=理想电源归一化方向函数(,)1F θϕ=8.方向图：E 面H 面9.电基本振子E 面方向函数()sin E F θθ=，H 面()1H F ϕ=磁基本振子E 面方向函数()1E F θ=，H 面()sin H F ϕϕ=10.方向系数：在同一距离及相同辐射功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比11.电基本振子D=1.5半波振子D=1.6412.增益系数：在同一距离及相同输入功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比13.天线效率：物理意义（表述了天线能量转换的有效程度）14.A G Dη=15.天线极化可分为：线极化、圆极化、椭圆极化16.有效长度17.输入阻抗18.频带宽度19.有效接收面积是衡量接收天线接收无线电波能力的重要指标。
20.对称振子中间馈电，极化方式为线极化，辐射场为球面波。
计算输入阻抗采用“等值传输线法”，最终等效成具有一平均特性阻抗的有耗传输线。
对称振子天线振子越粗，平均特性阻抗越小。
21.末端效应：由于对称振子末端具有较大的端面电容，末端电流实际不为零。
22.采用天线阵是为了加强天线的定向辐射能力。
23.方向图乘积定理P2624.水平线天线镜像一定时负镜像；垂直对称线天线正镜像垂直驻波单导线半波正垂直驻波单导线全波负25.无限大理想导电反射面对天线电性能的影响主要有两个方面：对方向性的影响；对阻抗特性的影响26.沿导电平面方向，正镜像始终是最大辐射，负镜像始终是零辐射。
视距传播原理
视距传播原理自由空间传播的菲涅尔区理论和实践都已证明，可以把电波传播所经历的空间区域分成重要的空间区域和剖析非重要的空间区域。
前者是指对传播到接收点的能量其主要作用的那部分空间，而后者则是指其余的空间区域，它对电波传播的影响不明显。
因此，只要前一种区域符合自由空间的条件，就可以认为电波是在自由空间内传播了。
而在工程上常常把第一菲涅尔区和最小菲涅尔区当作对电波传播起主要作用的空间区域，只要它们不被阻挡，就可获得近似自由空间传播的条件。
视距距离由于地球是球形，凸起的地表面会挡住视线。
实际上，直射波传播所能达到的距离应考虑到大气的不均匀性对电波传播轨迹的影响，求视距距离的公式应考虑到气象因子的影响，视距传播的基本传播模型按对传播到接收点的能量其主要作用的那部分空间即第一菲涅尔区是否被地形、地物遮挡来考虑地形对电波传播的影响。
（1）第一菲涅尔区完全没有被遮挡这时收发2点之间的距离d满足d<0.7d0，即处于亮区当中。
传播的衰减中值除了自由空间传播衰减外，主要考虑地面反射波的干涉衰减Ai。
（2）第一菲涅尔区被部分遮挡传播这时收发2点之间的距离d满足0.7d0<d<1.4d0，即处于半阴影区内。
这时直接传播的第一菲涅尔区被部分遮挡，可以很容易地想到地面的反射波的第一菲涅尔区被遮挡的情况肯定更严重，这时传播的衰减中值除了自由空间传播衰减外，主要考虑视距电路中的绕射衰减Ad。
（3）第一菲涅尔区被完全遮挡这种情况是因为天线架设高度不够高，或通信距离较远，接收点落到了阴影区里。
这时传播主要以绕射为主，具体计算很复杂，地形对其的影响还要根据具体的实际情况进行分析。
特点：若收、发天线离地面的高度远大于波长,电波直接从发信天线传到收信地点(有时有地面反射波).这种传播方式仅限于视线距离以内.目前广泛使用的超短波通信和卫星通信的电波传播均属这种传播方式. 超短波和微波的传播视距超短波特别是微波,频率很高,波长很短,它的地表面波衰减很快,因此不能依靠地表面波作较远距离的传播.超短波特别是微波,主要是由空间波来传播的.简单地说,空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波.显然,由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离 R max .在最远直视距离之内的区域,习惯上称为照明区；极限直视距离 R max 以外的区域,则称为阴影区.不言而语,利用超短波、微波进行通信时,接收点应落在发射天线极限直视距离 R max 内.受地球曲率半径的影响,极限直视距离 R max 和发射天线与接收天线的高度 H T 与 H R 间的关系为：R max ＝ 3.57{ √H T (m) +√H R (m) } (km) 考虑到大气层对电波的折射作用,极限直视距离应修正为R max ＝ 4.12 { √H T (m) +√H R (m) } (km)。
第11章 视距传播
2.18 E (mV / m) H1 (m) H 2 (m) Pr (kW ) D 2 (m)d (km)
(11―1―5)
第11章
视距传播
【例11―1―1】 某通信线路，工作频率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，而 调整后的接收天线高度是多少（应使调整范围最小）？ 解 因为此题所对应的地面反射波与直接波之间的 相位差为
发两点间的水平距离为d。
第11章
视距传播
E2 E1 r1 B 垂直极化
E1 E2
水平极化
A H1 H2
r2
d
, ,
A′
图11―1―1 平面地的反射
第11章
视距传播
接收点B场强应为直接波（Direct Wave）与地面反
射波（Ground Reflected Wave）的叠加。在传播路径远 大于天线架高的情况下，两路波在B处的场强视为相同
高度最小的调整应使得ψ=-16π。
若令
2 2 H1H 2 k r d 2 2 100 H 2 16 0.05 50000
可以解出H2=93.75m,接收天线高度可以降低6.25m。
第11章
视距传播
2. 地面上的有效反射区
讨论电波传播的菲涅尔区域的另一个重要的意义 就是用于确定地面的有效反射区域的大小及位置。在 入射电波的激励下，反射面上将产生电流。尽管所有 的电流元的辐射都对反射波做出贡献，但是根据电波 传播的有效区概念，反射面上只有有效反射区内的电 流元对反射波起主要的贡献。
地球通视距离计算公式
地球通视距离计算公式无线电通信视距传播距离计算公式为：视距传播距离=4.12?（V发射天线高度+√接收天线高度）。
例如发射天线高度96米，接收天线高度10米，那么无线电视距传播距离为：4.12?（9.798+3.162）=54.13公里。
能够影响可见视线之障碍，同样可以影响无线电波的可视传输通道。
但我们也必须考虑电波传播的菲涅耳效应。
如果山脊或建筑等类似坚硬物体距离信号通道太近，就会损坏无线电波电信号或降低其强度。
即使障碍物没有遮掩住直接、可见的视线，损坏无线电波电信号或降低其强度这种情况也会发生。
无线电波波束的菲涅耳区是一个直接环绕在可见视线通路周围的椭球区域。
其厚度会因信号通路长度和信号频率的不同而有变化。
当坚硬物体突入菲涅耳区内的信号通道时，锐边衍射就会使部分信号偏转，致使其到达接收天线的时间略微晚于直接信号。
由于这些偏转的信号与直接信号有相位差，所以它们会降低其功率或者将其完全抵消。
如果树木或其他“软”物体突入菲涅耳区，它们就会削弱通过的信号（降低其强度）。
简而言之，尽管事实上你能够看到一个位置，但这并不意味着你就能够建立到该位置的优质无线微波电链路。
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。
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。
例如有一个建筑物，其高度为10米，在建筑物后面距离200米处，接收的信号质量几乎不受影响，但在100米处，接收信号场强比无建筑物时明显减弱。
注意，诚如上面所说过的那样，减弱程度还与信号频率有关，对于216~223兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低16dB，对于670兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低20dB.如果建筑物高度增加到50米时，则在距建筑物1000米以内，接收信号的场强都将受到影响而减弱。
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。
对流层散射超视距传播预测建模与应用
对流层散射超视距传播预测建模与应用对流层散射超视距传播预测建模与应用引言：对流层散射超视距传播是指信号在对流层中发生散射后能够超过视距传播的现象，对于无线通信、雷达检测、天文观测等领域具有重要的应用价值。
当前对流层散射超视距传播的预测建模成为研究的热点之一，本文将介绍对流层散射超视距传播的预测建模方法以及其在实际应用中的应用。
一、对流层散射超视距传播的特点对流层散射超视距传播具有以下几个特点：1. 传播路径多变性：对流层散射超视距传播的路径受到大气环境和天气条件的影响，因此传播路径具有多变性。
2. 时变性：对流层环境和天气条件的变化导致对流层散射超视距传播的特性具有时变性。
3. 多径传播：对流层中的散射会导致信号经过多个路径传播，因此对流层散射超视距传播是多径传播的一种典型。
二、对流层散射超视距传播的预测建模方法针对对流层散射超视距传播的特点，研究者们提出了各种预测建模方法，主要包括以下几种：1. 大气传输模型：基于大气的物理性质建立的传输模型，通过计算大气的各项参数来预测对流层散射超视距传播的路径损耗和信号到达时间延迟。
2. 多径传播模型：将对流层散射超视距传播视为多径传播问题，通过建立多径传播模型，考虑信号在多个路径上的散射损耗和时延，进一步预测传播效果。
3. 统计模型：基于已有观测数据，通过对信号的统计分析，建立概率模型来预测对流层散射超视距传播的概率分布和平均损耗等参数。
4. 机器学习模型：利用机器学习算法对大量观测数据进行训练，构建预测模型，通过输入当前的大气和天气条件，预测散射超视距传播的损耗和时延等参数。
三、对流层散射超视距传播的应用对流层散射超视距传播在很多领域都有着广泛的应用，下面以无线通信为例进行介绍：1. 无线通信：在无线通信系统中，对流层散射超视距传播可以增加通信覆盖范围，提高通信可靠性。
通过预测模型，可以根据当前的大气和天气条件，合理调整传输功率和调制方式，优化通信系统的性能和覆盖范围。
视距通信控制半径
视距通信控制半径是指在无线通信中，信号在视线范围内能够传播的最大距离。
这个距离受多种因素的影响，如传输功率、天线的高度和形状、接收机的灵敏度、环境条件（如天气、建筑物遮挡）等。
在理论上，无线电波的传播可以看作是沿直线进行的。
如果传输功率足够大，天线足够高，且没有障碍物遮挡，视距通信的控制半径可以非常远。
例如，在开阔的沙漠或海上，视距通信的控制半径可能达到几十甚至上百公里。
然而，在实际应用中，由于城市和其他人口密集地区的建筑物和其他障碍物会阻挡无线电波的传播，视距通信的控制半径通常会大大缩短。
此外，信号的传播也会受到大气条件（如雨、雾、雪）的影响。
为了克服这些限制，通信系统通常会采用各种技术，如增加天线的高度、使用中继站、采用多路径传播等，以增加通信距离或提高通信质量。
第6讲 视距传播(2)
EMW Propagation Engineering 18/42
内容安排
School of Electronic Engineering
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
School of Electronic Engineering
EMW Propagation Engineering
第六讲 视距传播（2）
2016, April. 13
内容安排
School of Electronic Engineering
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
400M传播特性及衰落
400MHz频段无线电传播特性及衰落UHF(30MHz< f< 3000MHz) 该频带内，安排有大量固定和移动业务。
该频段除了低端之外，通常不是通过有规则的电离层来进行电波传播的。
气候只对超折射和传导有影响，这是由大气折射指数中正常梯度的变化引起的。
除了自由空间传播外，对流层散射和绕射也是很重要的。
我们可以按照下述各种特定传播环境的传播模型来估算电波的传播损耗。
（1）自由空间传播模型通常把电磁波在真空中的传播称之为“自由空间传播”。
在某些环境中，假定有用信号只是由于在自由空间所产生的传播损耗。
也就是说，把大气看成为近似真空的均匀介质，电磁波沿直线传播，不发生反射、折射、绕射和散射等现象，这时在大气中的传播就等效于自由空间传播，它只与频率f和距离d有关。
（2）平坦大地的绕射模型适合大于视距的传播范围，对有用信号的预测需要考虑地球的曲率。
（3）粗糙大地上的传播模型适合于世界特定地区和特别粗糙大地上的传播。
（4）OKUMURA－HATA模型以距离和发射机天线的高度为依据。
校正这个损耗须要以建筑物在接收位置附近的百分率、路径类型（陆地、海洋、混合）和大地不规则度为依据，主要用于大城市和郊区环境的传播损耗和场强预测。
（5）LONGLEY－RICE(ITS)模型可用来估算地波和对流层散射的传播衰减。
这个模型是统计模型，也就是预测中值场强和估计信号随时间与空间的变化。
另外，还必须考虑到其他有可能造成干扰的传播机理，包括电离层传播机理，有可能随季节和昼夜时间变化；通过偶尔发生的E层，有可能允许在约70MHz频率上进行长距离传播。
此外还有超折射和大气波导等。
400MHz频段的电波属于微波波段，该波段是指频率为300-3000MHz(波长为0.1-1m)的电波，称为特高频(UHF)。
一般来说微波(UHF)频率电波的传播，电波穿透电离层不再返回地面，地波在地面上传播时，由于波长比较短，地面上与使用波长可比拟的物体多，绕射困难，形成阻隔，造成地波衰减严重，因此主要依靠空间直射波传播，也称为视距传播。
视距 的名词解释
视距的名词解释视距是指人的眼睛所能直接观察到的距离范围，也可以理解为一个人能够明确识别物体的最远距离。
视距的长度可以被视觉条件、环境和观察者的视力等因素所影响。
视距的计算与人眼视力、光线的传播以及物体的大小和高度等因素有关。
一般来说，正常视力的人在良好的光线条件下，可以在水平面上观察到大约3到5公里的地方。
如果把天空视为一个平面，人的视距还可能更远。
在不同的环境下，视距也会有所不同。
例如，在山区或乡村的开阔地带，由于地势较高，视距会相对较远，人们能够在较远的距离内看到更多的景象，感受到更加广阔的视野。
相反，在城市的高楼大厦中，尤其是在繁忙的都市街道上，视距会受到建筑物、人流和车辆的遮挡，因此限制了人们的视野，并限制了他们对远处景物的观察。
另一个影响视距的因素是大气条件。
当大气中有较多的颗粒物质、水蒸气和污染物时，会导致大气散射，使得视距缩短。
这也是为什么在雾霾天气或沙尘暴中，人们往往看不到远处的景物。
视距的长度还与观察者的视力有关。
不同的人会有不同的视力水平，因此能够观察到的景物也会有所不同。
视力差的人可能无法清晰地看到远处的物体，他们的视距相对较短。
而那些拥有良好视力的人，则可能可以看到更远处的景物。
视距不仅在日常生活中有重要的作用，它在各个领域也有着广泛的应用。
在交通安全中，我们经常可以看到标志牌上有视距的提示，以提醒司机们在特定的道路条件下要减速慢行。
在建筑规划中，设计师们通常会根据视距确定建筑物的高度和布局，以保证人们能够在特定位置有较好的视角和观赏体验。
在摄影和电影拍摄中，摄影师经常通过合理安排景深以及利用透视原理来塑造视觉效果和表达意图。
视距的概念还可以引申到人们对事物的认知范围。
我们常说“局限于视野之内"，意味着一个人的知识、眼界和见识受到了限制，不能够跨越视野所及的范围去探索更广阔的世界。
这也提醒着我们要保持开放的心态，不断扩大自己的知识面和见识，不要被狭隘的视野所束缚。
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H0.3
GHz
H3.0
||
) / (°
40 50 60 70 80 90
100 80 60 40 20 0
0
10
20
30
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
/ (° )
(a )
海水的反射系数
/ (° )
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
e j
对于水平极化波
sin ( r j 60 ) cos
2
sin ( r j 60 ) cos
2
(11―1―3a)
对于垂直极化波
V
( r j 60 )sin ( r j 60 ) cos
A H2 C y0 1 B
H1
d
x
A′
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 0 d d 2 H1 ( H1 H 2 ) y01 2 d ( H H )2 1 2
长轴在y方向，短轴在x方向。长轴的长度为
(11―1―6)
1 2 2
r AOB 2h sin
取 r ，作为地面平坦与否的分界点，则 4
hR
8 sin
——瑞利准则判别式
设实际地面起伏高度为h，则
h hR ：平坦地面 h hR ：不平坦地面
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？
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
2 2 H1H 2 k r d 2 2 100 100 17 0.05 50000
所以接收点处的E/E1=0，此时接收点无信号。 若欲使接收点场强为最大值，可以调整接收天线高 度，使得接收点处地面反射波与直接波同相叠加， 接收天线高度最小的调整应使得φ= −16π。 若令
2 H1 H 2 当Δ很小时，将 r d
代入下式
jk ( r2 r 1)
E E1 E2 E1 (1 e
合成场可以做如下简化：
E E1 E2 E1 1 e
)
jk r2 r1
kr E1 2 sin 2
(11―1―4)
90%值的差值作为实际地面的起伏高度值。
90%
h
10%
d
11.1.2 光滑球面地情况
地球是球面体，在大多数情况下应该考虑到地 球的曲率。首先受到影响的就是视线距离。
1.视线距离－－视线所能达到的最远距离
在通信工程中常常把由H1、H2限定的极限地面 距离 A 'B ' d 0 称为视线距离。
A H1 A′ R R R r1 0 d0 B′ r0 C r2 0 B H2
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。
2H1 H 2 当 时, d 9 60Pr D 2H1 H 2 2H1 H 2 sin , E1 d d d
则得到
维建斯基反射公式：
2.18 E (mV / m) H1 (m) H 2 (m) Pr (kW ) D 2 (m)d (km)
(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
d b [ d ( H1 H 2 ) ] 2 1 b a [ d ( H1 H 2 ) 2 ] 2 d
(11―1―7)
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
射线1 射线2
h
A△ O
B
O’
射线1和射线2的路程差：
(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
200 180 160 140 120 H3.0
| |
) / (°
100 80 60 40 20 0 V3.0
0.4 0.2 0 0 10
V3.0
20
30
40
50
60
70
80
90
0
10
A H1 A′ R R R r1 0 d0 B′ r0 C r2 0 B H2
O
d H 1 2R 2 d2 H 2 2R
2 1
(11―1―15)
(11―1―16)
因此，天线的等效高度为
d12 (11―1―17) H1 h1 H1 H1 2R 2 d2 (11―1―18) h2 H 2 H 2 H2 2R 在视距传播的有关计算公式中，若将天线的实 际高度置换成等效高度，就是对球面地条件下的修 正之一。
E1 E2
水平极化
r2
d
, ,
A′
r2-r1为两条路径之间的路程差，它可以表示为
r r2 r1 ( H 2 H1 )2 d 2 ( H 2 H1 )2 d 2 2 H1 H 2 d
(11―1―2)
根据二项式定理：
1 1 2 1 3 3 1 3 5 4 1 x 1 x x x x (1 x 1) 2 24 246 2 4 6 8
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 R 2 2RH1 H12
2 r20 ( R H 2 )2 R2 2 RH 2 H 2
(11―1―10) (11―1―11)
由于常满足R>>H1，R>>H2，因此视线距离可写为
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，接收到的场 强降低40dB（等同于损耗增加40dB）。
1 1 2 d d
【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，
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
0.5
1
1.5 d / 104 m
2
2.5
3
200
400 H2 / m
600
800
1000
(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
3、球面反射的扩散特性
A
d
B
A d
B
Sp
Sq
d
A’
'
A’
d '
球面反射系数与平面反射系数的关系为： B
q D f p
D f 为扩散因子
A d
Sq
A’
d '
(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。
水平极化
r2
d
, ,
A′
H 2 H1 r1 d ( H 2 H1 ) d 1 d
2 2 2 2
2
H 2 H1 r2 d ( H 2 H1 ) d 1 d
2
E2 E1 r1 A H1 H2 B 垂直极化
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 B C d1 d2
H2
H1
H1 H 1
r1 0
r2 0
H2
H2
R
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。