《电波传播理论》课件 天波传播模式
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《电波传播理论》课件 自由空间和空间波传播模式

10km 距 场
频
离
强
率
57dBu
接 收 功 率
E 57 10lg50 74 dB
100MHz
标尺1
标尺2 标尺3
标尺4
本图适用于半波偶极子天线,标尺2表示辐射功率为1W
的场强作为距离(km)的函数,对于Pt(W)的辐射功率,
应在标尺2的数值上增加一个校正值10
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lg
pt(dB)。
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10
自由空间的电波传播模型
距离发射机为d时,自由空间中接收点的场强为
E(dBv/m)
14.77 Gt (dB) 10 lg
P
- 20 lg d
E(dBμ)
74.77
Gt
(dB)
10
lg
P
-
20
lg
dkm
式中,E为场强,单位为dBV/m; PΣ为辐射功率,单位为W; Gt为发射天线的增益。
❖ The atmosphere of our planet does not refract or bend the electromagnetic wave much.
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d 2h
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各种电波传播模式的主要特点
❖ 空间波:在传播过程中,电波会发生折射、反射、 散射等现象。在微波通信中采用视距传播。天线架 设在地面以上大于几个波长处。
❖ 地表面波:长波,中波一般采用这种传播方式。天 线直接架设在地面。
❖ 天波:只有这种电波传播方式才能将电波传送到数 千公里以外。短波通信采用的就是这种传播方式。
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8
第2节 电波在自由空间中的传播
天波传播

n
1
80.8Nn f2
式中Nn是反射点的电子密度。
(10―2―4)
sin0
n
1
80.8Nn f2
该式表明了电波能从电离层返回地面时,电波
频率f、入射角θ0和反射点的电子密度Nn之间必须 满足的关系。由该式可得出如下结论:
(1)电离层反射电波的能力与电波频率有关。 在入射角θ0一定时,电波频率越低,越易反射。
fmax
80.8 N max
cos2 0
fc sec0
(10―2―6)
对于一般的斜入射频率f 及在同一N处反射的
垂直入射频率 f 之间,
电离层的正割定律: f f sec0 (10―2―7)
如图所示。电离层的正割定律表明:
当反射点电子密度一定时(fv一定时),通信 距离越大(即θ0越大),允许工作频率越高。
Nn
0
fv
f
临界频率fc的讨论:
fc 80.8Nmax
①所有 f fc 的电波,都能从电离层反射回来。
② 若 f fc
若入射角θ>
0 arcsin
1
80.8N f2
n
或者频率 f <
fmax
80.8 N max
cos2 0
fc sec0
则电波能从电离层反射下来,否则穿出电离层。
临界频率:
当电波垂直向上发射即θ0=0°时,能从电离层 反射回来的最高频率,用fc表示。
将θ0=0°,Nn=Nmax,代入下式,
sin0
n
1
80.8Nn f2
可得临界频率为 fc 80.8Nmax (10―2―5)
移动通信的基本技术之电波传播(优秀文档PPT)

无线电波
➢ 一般我们把音频信号叫做调制信号。将发射机中的振荡电 路产生频率很高的电磁振荡,称为载波。音频信号加到 “载波”的过程叫做调制,经过调制后的高频振荡信号叫 已调信号。已调信号是装载有信息的无线电波,通过天线 辐射出去,这种传播信息的方式称为无线电通信。无线电 通信就是不用导线的通信。
➢ 电磁波是无线通信的载体。
天波、外球层传播 光纤
中继通信、无线电通信 雷达通信 光通信
无线电波的极化
➢ 概念:无线电波在空间传播时,其电场方向是按一定的规 律而变化
➢ 电波的极化方向:无线电波的电场方向 ➢ 极化波必须用对应的极化特性的天线接收,否则在接收过
程中会产生极化损失 ➢ 极化的类型
• 线极化 – 水平极化、垂直极化 – +45°倾斜极化、- 45°倾斜极化
✓ 无线电波是一种能量的传输形式 • 电场和磁场在空间交替变换,向前行进 • 传播过程中,电场和磁场在空间是相互垂直的,同时这两者又 都垂直于传播方向。
无线电波
无线电波的传播速度
➢ 传播速度和传播媒质有关
✓ 真空中的传播速度等于光速(C=3×108m/s )
✓ 空气中的传播速度略小于光速(通常认为它等于光速 ) ➢ 无线电波的波长、频率和传播速度的关系:
无线电波
➢ 无线电波的频率从几十KHz到几万MHz。为了便于应用, 习惯上将无线电频率范围划分为若干区域,叫做频段或波 段。
➢ 不同频段的无线电波,其传播方式、主要用途和特点也不 相同。按波长划分的波段名称、相应波长范围和它们的主 要用途。
无线电频段划分
波段名称 波长范围
频率范围
频段名称
长波Leabharlann 103~104M 30 ~300kHz LF低频
电波传播基础PPT课件

关。相应的坡印廷矢量和接收功率分别表示为:
S
PtGt
4 d 2
A2
W m2
Pr
4 d
2
A2GtGr Pt
W
第13页/共33页
(9) (10)
传输媒质对电波传播的影响
对于某一传输电路,发射天线输入功率与接收天线
输入功率(满足匹配条件)之比,定义为该电路的传输
损耗L,即
L
Pt Pr
4 d
第18页/共33页
传输媒质对电波传播的影响
❖多径传输 当电波以两个或两个以上不同长度的路径传播到达
接收地点时,则接收天线捡拾的信号是由几个不同路径 传来的电场之和。因路径长度有差别,它们到接收地点 的时间延迟(简称时延)不同。若以τ表示最大传输时 延与最小传输时延之差,若τ值太大就会引起较明显的 信号失真。图2(a)示出了接收点场强是由两条路径传来 的、振幅不等的、相位差φ=ωτ的两个电场叠加。
当接收天线与来波极化匹配并与负载阻抗匹配时,
其接收功率为
Pr
SAe
Pt Gt
4 d 2
2 4
Gr
4 d
2
PtGtGr
(W)
(3)
式中S为坡印廷矢量(W/m2), Ae为接收天线的有 效面积(m2),Pt为发射天线的输入功率(W),Gt和 Gr分别是发射天线和接收天线的增益,λ为自由空间电 波的波长(m)。
设一天线置于自由空间,在其最大辐射方向上、距 离为d的接收点处产生的场强为
E0
60PtGt d
V m
(1)
pt为发射天线输入功率(W),Gt为发射天线增益, d为距离(m),E0为自由空间场强振幅值。为便于实用, 或写成:
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S
PtGt
4 d 2
A2
W m2
Pr
4 d
2
A2GtGr Pt
W
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(9) (10)
传输媒质对电波传播的影响
对于某一传输电路,发射天线输入功率与接收天线
输入功率(满足匹配条件)之比,定义为该电路的传输
损耗L,即
L
Pt Pr
4 d
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传输媒质对电波传播的影响
❖多径传输 当电波以两个或两个以上不同长度的路径传播到达
接收地点时,则接收天线捡拾的信号是由几个不同路径 传来的电场之和。因路径长度有差别,它们到接收地点 的时间延迟(简称时延)不同。若以τ表示最大传输时 延与最小传输时延之差,若τ值太大就会引起较明显的 信号失真。图2(a)示出了接收点场强是由两条路径传来 的、振幅不等的、相位差φ=ωτ的两个电场叠加。
当接收天线与来波极化匹配并与负载阻抗匹配时,
其接收功率为
Pr
SAe
Pt Gt
4 d 2
2 4
Gr
4 d
2
PtGtGr
(W)
(3)
式中S为坡印廷矢量(W/m2), Ae为接收天线的有 效面积(m2),Pt为发射天线的输入功率(W),Gt和 Gr分别是发射天线和接收天线的增益,λ为自由空间电 波的波长(m)。
设一天线置于自由空间,在其最大辐射方向上、距 离为d的接收点处产生的场强为
E0
60PtGt d
V m
(1)
pt为发射天线输入功率(W),Gt为发射天线增益, d为距离(m),E0为自由空间场强振幅值。为便于实用, 或写成:
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天线与电波传播课件(第六章)电波传播概论

编著: [美] John D.Kraus
出版社:电子工业出版社
8/12/2013
Ronald J. Marhefka
2002年8月 第一版
2
Dept.PEE Hefei Normal University
天线与电波传播
第1章 天线基础知识
第2章 窄带天线
第3章 宽带天线 第4章 口径天线 第5章 天线新技术 第6章 电波传播概论
不被电离层反射
8/12/2013
15
Dept.PEE Hefei Normal University
主要传播方式
注:微波中继通信
视距通信中天线一般 为抛物面天线
8/12/2013
16
Dept.PEE Hefei Normal University
主要传播方式
4、散射通信:利用对流层、电离层、流星余迹等不均匀体 对电磁波的散射来实现“超视距传播”,用于超短波(米波) 和微波的远距离通信。
8/12/2013
11
Dept.PEE Hefei Normal University
研究内容
(4) 开拓新频段:低到几十赫兹,高到几百吉赫兹,开发 毫米波段应用研究。 (5) 开发电波应用领域:军用(通信雷达,制导等)民用 (遥感、测控、导航等等)等其他领域。 (6) 研究电磁兼容、抗干扰等相关课题的研究。
8/12/2013
12
Dept.PEE Hefei Normal University
主要传播方式
1、地波传播:信号延地面传播、信号稳定、吸收小,适 用于甚长波、长波、中波(一般<2MHz),主要用于广播、 授时等。
通常适宜采用垂直极化天线发射信号!
8/12/2013
天波传播课件

F2层的电子密度最大,能反射电波的频 率范围最宽,成为远距离短波通信最有效
的电波反射层。F2层的电子密度白天大夜 间小,冬季大夏季却小,F2层的变化很不 规律,其特性与太阳活动性紧密相关。
天线与电波传播
北京邮电大学
11
10.1.3 电离层的变化规律
电离层的日变化
正常变化
电离层的季节变化
随太阳黑子11年周期变化 电离层骚扰
正常变化
• 电离层的季节变化 由地球公转引起。当北半球为夏季时,太阳 射线比较垂直投射到北半球上,射线受热 的影响在增长,紫外线的电离作用增长。 在夏季的北纬地方,D、E、F1层的电子密度 都比冬季的大。F2层的电子密度在冬季所达 到的数值反比夏季的大,并且在一年的春 分和秋分时节两次达到最大值,其层高度 夏季高冬季低。
宇宙射线也能使气体电离,不过就大气层 的电离而言,最主要的电离来源是太阳光 中的紫外线。太阳喷射微粒时,虽然对大 气层也有极大的影响作用,但并不经常。
天线与电波传播
北京邮电大学
6
气体受到太阳光的紫外线照射而电离,同 时由于气体的热运动使正、负离子中和, 气体的压强越大或温度越高,中和的机会 越大。这样,在大气高层气体稀薄处,就 可能有较高的电子密度。通常用动态平衡 状态下的电子密度N(电子数/m3)来描 述电离程度。
优点:
➢传输损耗小,可以利用较小的功率进行 远距离通信
➢设备简单,造价低,且可迅速建立与远 方的通信
➢抗自然灾害和人为破坏的能力强
天线与电波传播
北京邮电大学
3
10.1 电离层
电离层:从60km起一直延伸到约一千多 千米的高度,由电子、正、负离子和中 性分子、原子等组成的等离子体。
由于太阳中紫外线和X射线的辐射、其 它星体的紫外辐射及宇宙射线中高速粒 子的碰撞等作用,使得大气层中气体分 子电离,这些电离现象十分显著的区域 就称为电离层。
第10章 天波传播1

2 00 0
太阳黑子数随年份的变化
中新网北京2001年7月17日消息:
据中国电波传播研究所报告,14日发生的太 阳风暴,16日零时开始和地球相遇,造成了严重 的电离层暴,这次电离层暴持续20多个小时。 这次严重的电离层暴是由太阳强烈的耀斑爆 发引起的。这次耀斑爆发产生的 X射线 8分钟后 就到达地球,在地球日照面造成强烈的突然电离 层骚扰。
第10章 天波传播
天波传播:电波经电离层反射到达接收点的传播 方式。 适合波段:长波、中波、短波
优点:传输损耗小,可实现远距离通信。
信号不稳定 随 机 性 媒质 色散特性 各向异性 衰落较严重 电离层暴 通信 中断
太阳对地球的影响
一、太阳的结构
核心层 内部结构 辐射层 对流层 光球层 ——黑子 外部结构 色球层 ——耀斑,日珥 日冕层 ——太阳风
eE v j m m
(10―1―3)
因为电子运动形成的运流电流密度为
J e Nev
H j 0 E J e Ne2 E j 0 E j m m
(10―1―4)
所以电离层中的麦克斯韦第一方程为
Ne 2 Ne 2 j 0{[1 ] }E 2 2 2 2 m 0 ( ) j m 0 ( ) j 0 r E
二、电离层的变化规律 日夜变化 规则变化 季节变化 随太阳不规则变化 电离层突然骚扰 电离层暴
3 00
太阳黑子数
2 00
1 00
0 1 90 0
1 91 0
1 92 0
1 93 0
1 94 0
1 95 0 年份
1 96 0
1 97 0
1 98 0
1 99 0
配。
电波传播理论徐立勤PPT课件

(17.30)
——接收机的门限电平
(17.31)
第6页/共13页
17-6
《电波传播理论》
第17章 地面固定和移动通信衰落预测模型
17.2 移动通信衰落预测模型
♥ 在移动通信中,除了固定通信中大气层结和地面反射多径传播引起的接收信号 随时间的变化外,由于移动用户的运动引起的收、发站点之间电波传播边界条 件和射线路径的快速变化也是产生衰落的重要原因。
♥
地点和 时间被超过的场强
——空间域内的衰落深度【表17.1或式(17.37)】 ——时间域内的衰落深度【表17.1或式(17.37)】 ——场强随地点变化的均方根偏差【式(17.33-4)】 ——场强随时间变化的均方根偏差 【式(17.35-6)】
(17.32)
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17-7
《电波传播理论》
第8页/共13页
17-8
《电波传播理论》
第17章 地面固定和移动通信衰落预测模型
♥ 电离层中电波传播的主要特点:
在超短波以上频率,电离层引起的吸收损耗基本上可以忽略;
法拉第旋转效应虽然很可观,但是,在地空通信中,通常使用椭圆和圆极化波, 这可以避免极化面旋转带来的破坏性影响;
电离层折射效应不至于引起信号幅度的显著变化,可是会对无线电定位的精度 有些影响。
♥ 为了保证在衰落期间能够正常地通信,必须加大发射功率、压低接收机噪声、 提高天线增益,升高天线架设高度,甚至还得采取分集措施等等。
♥ 电波传播引起的信号衰落现象对无线电通信的质量、对工程实施与设备研制的 技术难度以及投资成本等方面都带来极大影响。
第1页/共13页
17-1
《电波传播理论》
第17章 地面固定和移动通信衰落预测模型
电波传播理论基础 ppt课件

S
t
τ(wm we )dτ
σE 2dτ
τ
P流入 Pm Pe PT
外界经闭合曲面S流入V内的全部电磁功率等于V 内导体的焦耳热与V内的电磁场能量的时间变化 率之和——电磁场中的能量守恒定律。
玻印亭矢量
S E H *
S 平均
Re
1 2
E
H
*
有向前传播的分量,反射波为零。
参数:E、H 随时间变化的周期: T 2π /
dq
电位移矢量D D εE
介电常数:将物质置于电场中,物质将被极化, 用介电常数ε描述。
磁导率常数:将物质置于磁场B中,物质将被磁 化,用磁导率常数μ描述。
磁场强度H
B μH
磁感应强度B d F d qv B(T)
电荷Q、电荷密度ρ、电流I与电流密度J
PPT课件
6
电磁场本构关系
通过闭合曲面S的磁通量横为零。
磁场是无源场(散度源)(注:根据亥姆霍兹定 理,磁场一定存在旋度源)
PPT课件
18
高斯(1777~1855),德国数学家 、物理学家。在数论、代数学、非 欧几何、复变函数和微分几何等方 面都做出了开创性的贡献。他还把 数学应用于天文学、大地测量学和 磁学的研究,发明了最小二乘法原 理。高斯被誉为“数学王子”。高 斯一生共发表155篇论文,他对待学 问十分严谨,只是把他自己认为是 十分成熟的作品发表出来。其著作 还有《地磁概念》和《论与距离平 方成反比的引力和斥力的普遍定律 》等。
麦克斯韦修正的安培环路定律:磁场强度沿闭合 回路l的环流量等于通过l所包围面积的传导电流 与位移电流。
第4讲 天波传播(2)

r j 60 sin Δ - r j60 cos2 Δ (24) RH Δ EMW Propagation r j60 sin Δ + r j60 cos2 Engineering 8/26
短波天波传播
式中Δ为射线仰角,(εr-j60λσ)为大地的复相对 介电系数。对于电离层吸收损耗La其损耗规律为 ①对短波传播而言,非偏移吸收是La的主要组成部分, 是电波穿透D区和E区时引起的损耗。因D区电子浓度在正 午时分很大,与中性分子碰撞的次数总和也越大,使电波 衰减最大;另一方面,D区在晚间消失,使夜间传播条件 改善,但干扰信号也随之增强,导致夜间通信情况并未得 到显著改善。 ②当ω2>ν2时,衰减常数近似与频率的平方成反比, 即频率越低,电离层的吸收损耗也越大,故从减小损耗的 角度考虑,短波通信应选择频率较高的工作频率。 ③地磁场的存在影响着电子运动状况,应尽量避免接 近磁旋频率(约1.4 MHz),因在此频率处电子的振荡速 度大增,电波衰减严重。 EMW Propagation Engineering 9/26
Lp 18.0 dB 22 T 04 Lp 16.6 dB 04 T 10 Lp 15.4 dB 10 T 16 Lp 16.6 dB 16 T 22
(22)
因电离层本质上是一随机、色散和各向异性的半导电 媒质,因此由它引起的衰减必然是个随机量。通常,计算 La和Lp值是按其平均值进行的。此外,不同传输模式的传 输损耗应分别计算,从而可确定出对接收点场强贡献最大 的传输主模式。 EMW Propagation Engineering 10/26
表2 天波传播模式
EMW Propagation Engineering 4/26
第4讲 天波传播(2)

表2 天波传播模式
EMW Propagation Engineering 4/26
短波天波传播
School of Electronic Engineering
但即便是1F模式,一般也存在着两条传播路径,其射 线仰角分别为Δ1和Δ2。低仰角射线因入射角大,故从电 离层较低的高度就反射下来;反之,高仰角射线因入射角 小,则须在较大的电子浓度处才得以反射回来。所以即便 对应相同的发射点和接收点也可能同时存在几种传输模式 和几条射线路径,这种现象即称为多径传输。接收点场强 是所有这些射线的场强之和。
短波天波传播
即基本传输损耗Lb包括
School of Electronic Engineering
Lb Lbf Lg L L (dB)(21)它们都是工作频率、传输模式、通信距离和时间的函 数。其中Lg仅当多跳模式下才存在,它是电波经地面反射 后引起的损耗。Lg与电波的极化、频率、射线仰角以及地 质情况等因素有关。由于电波经电离层反射后极化面旋转
短波天波传播
衰落 衰落现象是指接收点信号振幅忽大忽小,无次序不规 则的变化现象。短波天波传播存在慢衰落和快衰落两种。 其中,慢衰落也称吸收型衰落,是由D区吸收特性的缓慢 变化所引起的。频率越低,电离层吸收的日变化愈明显, 导致昼夜信号电平起伏愈大。另外,信号电平随季节变化 和太阳黑子11年周期性的变化也都属于慢衰落。对于信号 电平的慢变化,可以在接收设备中采取如自动增益控制的 技术措施,抑制吸收型慢衰落的影响,并且在通信电路系 统设计中,必须考虑有慢衰落的电平储备量,以备在信号 电平严重下降时仍能保持系统的质量及可靠性。 对于短波衰落一般主要是指干涉型的快衰落,它是由 随机多径传输现象引起的。
第三讲─天波传播(1)
EMW Propagation Engineering 4/26
短波天波传播
School of Electronic Engineering
但即便是1F模式,一般也存在着两条传播路径,其射 线仰角分别为Δ1和Δ2。低仰角射线因入射角大,故从电 离层较低的高度就反射下来;反之,高仰角射线因入射角 小,则须在较大的电子浓度处才得以反射回来。所以即便 对应相同的发射点和接收点也可能同时存在几种传输模式 和几条射线路径,这种现象即称为多径传输。接收点场强 是所有这些射线的场强之和。
短波天波传播
即基本传输损耗Lb包括
School of Electronic Engineering
Lb Lbf Lg L L (dB)(21)它们都是工作频率、传输模式、通信距离和时间的函 数。其中Lg仅当多跳模式下才存在,它是电波经地面反射 后引起的损耗。Lg与电波的极化、频率、射线仰角以及地 质情况等因素有关。由于电波经电离层反射后极化面旋转
短波天波传播
衰落 衰落现象是指接收点信号振幅忽大忽小,无次序不规 则的变化现象。短波天波传播存在慢衰落和快衰落两种。 其中,慢衰落也称吸收型衰落,是由D区吸收特性的缓慢 变化所引起的。频率越低,电离层吸收的日变化愈明显, 导致昼夜信号电平起伏愈大。另外,信号电平随季节变化 和太阳黑子11年周期性的变化也都属于慢衰落。对于信号 电平的慢变化,可以在接收设备中采取如自动增益控制的 技术措施,抑制吸收型慢衰落的影响,并且在通信电路系 统设计中,必须考虑有慢衰落的电平储备量,以备在信号 电平严重下降时仍能保持系统的质量及可靠性。 对于短波衰落一般主要是指干涉型的快衰落,它是由 随机多径传输现象引起的。
第三讲─天波传播(1)
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20
50
160~1 170以上 80
2 ~ 41 8~201
011
011
大约180 200~3 50
106~108 105~106 104
10~103
10
20~25 约50
100~2 00
4
电离层的变化:
(1)电离层的规则变化:电离层的周期性重复变化 一天中昼夜的周期性重复 季节性的周期变化 以约11年为周期的太阳活动性的变化
一般用太阳黑子数R12表征太阳的活动性
R12
1 12
n5 k n5
Rk
1 2
Rn6 Rn6
2020/11/29
5
(2)电离层的反常变化:电离层的非周期性的、不
可预测的不规则变化
Es层的出现
强烈的电离区,不定期出现,持续时间为几小时。对 于电波传播来讲,有利有弊。
电离层骚扰
太阳黑子耀斑爆发辐射出的极强的紫外线和x射线使电 离层的D层电离程度加剧,增加对电波的吸收损耗,可使通 信中断。但持续时间只有几分钟。
a. 电波在非色散媒质中传播时,相速与群速相等; C
Vg Vp n 电波在色散媒质中传播时,相速与群速不相等。 b. 信号在非色散媒质中传播时不会变形; 信号在色散媒质中传播时将变形。 c. 在非色散媒质中,信号的传播速度等于相速; 在色散媒质中,信号的传播速度不等于相速。
2020/11/2信9 号的传播速度可以理解为信号振幅平面移动的速度 16
电离层暴乱
太阳黑子耀斑爆发喷出的大量带电粒子使电离层的电 子分布发生剧烈变动,持续时间长,危害最大。
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6
2.电离层的电特性
由于电离层中粒子之间的平均距离远小于波长, 所以,电离层可看成一种媒质,具有等效电特 性参数r和。
当电波通过电离层时,在电离层中的麦克斯韦方程:
J
JD
Ne2 m 2
Ne2
m 0
有频率的量纲,所以令
02
Ne2
m 0
(2f0 )2
f0 80.8N
f0 称为等离子体频率
r
1 02 2
1
f02 f2
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12
3. 地磁场对电离层的影响
❖ 地磁场产生原因:地球的自传在地核中所形成 的涡旋电流
❖ 地磁场的特点:1) 磁场南北轴线与地球南北轴线 间有一夹角,并在不断变化中;
2) 磁场强度也在不断变化。 ❖ 电离层中的自由电子在地磁场的作用下,将作螺旋运
动
电子作圆周运动的频率称为磁旋频率,记作
fH
fH
e
2m
B
2.84108 B
2020/11/29
13
当某一频率 f 的电波进入电离层后,由于地磁场的作 用会分解成两个波,分别称为寻常波和非寻常波。
寻常波的频率: 0 H f0 f f fH
3) 电波在电离层中传播的速度
假设信号的频谱宽度为2△ω, ω0为载频,则信号可表示为:
E z,t A 0 e jtkzd 0
如果 2 0 ,则可以将传播常数 k 展开为台拉级数:
k
k
0
dk
d
0
0
取前两项,得
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t
k
z
t
k
0
dk
d
0
0
z
t
k
0
z
0
第五章、天波传播模式
天波传播模式就是一定频率范 围内的无线电波利用电离层的反射 和折射作用进行远距离传输的方式。 天波传播对于短波通信而言具有非 常重要的意义。
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第1节、电离层介绍
D layer (55-90 km)
E layer (90-150 km)
F layer (150-400 km)
非寻常波的频率: 0 H f0 f f fH 若考虑地磁Βιβλιοθήκη 的影响,电离层为各向异 性的媒质。
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第2节 电波在电离层中的传播
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1. 电波在电离层中的传播速度 1) 电波传播的相速和群速
相速:电波等相位面传播的速度 群速:能量传播的速度
2) 电波在色散媒质和非色散媒质中传播的不同
dk
d
0
z
t
0t
0t
k
0
z
0
dk
d
0
z
0t
0
t
k
0
z
0
dk
d
0
z
0t
k
0
z
0
dk
d
0
z
t
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m
dV
mV
V
dt eE
jm m
在正弦稳态场中,eE jVm mV
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H
j 0E
Ne
e
jm
m
E
j 0 1
Ne2
jm 0
1
j
E
j 0 1
Ne2
jm 0
j 2 2
E
j
0
1
m
0
Ne2
2 2
Ne2 jm0 2 2
E
j 0 r'E
J D J
E
0
t
C
j 0E
H j0E eVN
JC eVN
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1)如果不考虑电子与其它粒子的碰撞,电场力所
作e的E功 全m d部V转化在为正电弦子稳的态动场能中,,则eE
jVm
V
dt eE
jm
H
j
0
E
Ne
e
jm
E
j
0
1
Ne2
2m
0
E
式中,
r
1
Ne2
2m 0
E层
F1层
F2层
夏季白天高度 (km)
冬季白天高度 (km)
白天最大电子密 度(个/m3)
最大电子密度所 在的高度 (km)
碰撞次数 (个/s)
半厚度 (km)
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80~90 90~160
60~90 90~160
大约 2.5109 大约80
大约 21011 大约110
170~2 225~4
j 0 r E
代入e和m的值,得 r
1 80.8
N f2
0
电离层具有理想电介质的特性
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2)考虑电子与其它粒子的碰撞,电场力所作的功 部分转化为电子的动能,部分转化为电离层的热能
设电子与其它粒子单位时间内的碰撞数为,并认为电 子在发生碰撞时,动能全部转移给别的粒子,则
eE
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其中, ' r j60
r
1
m 0
Ne2
2 2
m
Ne2 2 2
s / m
r ,与频率有关,所以电离层是一种色散媒质;
同时由于N在电离层中不是一个常数,所以电 离层又是一种非均匀媒质。
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对于一般的无线电波,有 2 2
r
1
Ne2
m 0 2
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1. 电离层的结构和特点
电离层: 指80~700km高度范围内自由 电
子密度较高区域。 电离层的分层结构及其特点:
根据大气中自由电子密度的分布情况,电离层由 下至上分为D、E、F三层。在夏季的白天,F层又分 为F1和F2层。
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各电离层分层的特点
D层