《电波传播理论》课件 自由空间和空间波传播模式

h0与波长、极化方式、地面电特性参数有关。
在固定无线通信中，天线架设高度与波长相比均 很高，因此：
f<30MHz——表面波 30MHz <f<300MHz——空间波和表面波 f >300MHz——空间波
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接收机输入端的最大接收功率
Pr
S
A
E2
120
2 gr 4
Pr
E 2
2
gr 120
W
Pr
P
4d
2
gt
gr
E
30g
t
P
d
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源自文库
自由空间的传输损耗
传输损耗：又称为系统损耗，定义为辐射功率与 接收功率之比。
Ls
P Pr
4d
2
1 gt gr
❖ 特点：
直射波不受地面影响 反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响 传播的距离受到地球曲率的影响 收，发天线之间的最大距离被限制在视矩范围内，要扩大通信距离，
就必须增加天线高度
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最小有效天线高度h0
表面波起支配作用时的天线高度称为天线 最小有效高度。
显然，Lbs与收、发天线的特性无关，而仅与传输路径有关
由上述公式我们也可以看出，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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在工程应用中，我们常采用诺模图来求接收功率、传播损耗等 例：
(dBw)
f (MHz) E(dBu) d (km)
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沿地球 表面进 行传播 的电波 传播模 式称为 地表面
波。
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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。
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Ground Wave Propagation
❖ The electromagnetic waveform essentially follows the contour of the earth
❖ 介电常数和磁导率为 0, 0 ❖ 特点：无源，各向同性，电导率为零（σ＝0）
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电波在自由空间中的传播特点
❖ 在自由空间中，电波的传播是直线传播，没 有反射、折射、绕射、色散、吸收、磁离子 分裂等现象。电波传播速度等于真空中的光 速c＝3×108m/s。
❖ 实际介质与障碍物对电波传播的影响可忽略 的空间，可近似为自由空间。
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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Line-of-Sight Wave Propagation
❖ Used by frequencies above 30 MHz
❖ These waves travel in a straight line and pass through any portion of the atmosphere easily
如果d的单位用km，f的单位用MHz，Ls的单位为dB，可得：
Ls 32.45 20log f 20log d 10log gt gr 或 Ls 32.45 20log f 20log d Gt Gr
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自由空间的路径损耗
自由空间的路径损耗： Lbs 32.45 20 log f 20 log d
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(dBw)
f (MHz) E(dBu) d (km)
距
场
频
离
强
率
接 收
-95dBW
功
率
标尺1
标尺2 标尺3
标尺4
标尺2和标尺4又表示了半波偶极天线的接收功率和场强 之间的关系。当频率f=100MHz, E=50dBμ时，可查得
Pr 95dBW
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第3节 空间波传播模式
❖ 电磁波直接从发射天线传播到接收天线，或经过地面反射而 到达接收天线。一般接收天线处的场强是直接波和反射波的 合成场强。
❖ Transmission below 3 MHz ❖ Can be used to long
distances communicate
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Sky Wave Propagation
❖ SW makes use of the reflecting properties of the earth’s atmosphere at altitudes from 100 to 250 miles for frequencies in the band, 3-30 MHz
第三章、自由空间和空间波 传播模式
移动通信无线电波主要是在地球周围
的大气空间里传播，或者沿地球表面传播。 根据大地和大气对电波传播的影响，自然 界中的电波传播模式分为3类：空间波、 地表面波和天波。
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第1节、电波传播的基本模式
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Propagation modes
❖ 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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第2节 电波在自由空间中的传播
自由空间：
❖ 定义：所谓自由空间是指相对介电常数和相对 磁导率均恒为1的均匀介质所在空间
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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。