第8章 电波传播基本理论
第8章--电波传播的基础知识
=121.98+33.98－17.5
=138.46dB
考虑到馈线及分路系统一端损耗后，该电道的 总传输损耗L为
L＝L0＋LF－Gr－GL＋2×3.6 ＝138.46－20lg0.7－2×45+2×3.6 ＝58.8dB
（8―2―7）
当电波频率提高1倍或传播距离增加1倍时，自由
空间传播损耗分别增加6dB。
20lg 2 20 0.301 6dB
衰减因子： A E E0
（8―2―8）
E：实际情况下的接收点的场强
E0：自由空间传播的场强
相应的衰减损耗为
LF
20 lg
1 A
20 lg
E0 E
（8―2―9）
A与工作频率、传播距离、媒质电参数、地貌 地物、传播方式等因素有关。
重点：自由空间电波传播 难点：电波传播的菲涅尔区
第8章 电波传播的基础知识
8.1 概述 1.什么是电磁波？
电磁波是电磁场的一种运动形态。变化的电场 和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这 就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了 电磁波。
电场
磁场
2.频谱： 按序排列的频率分布，也称波谱。
本课主要内容
电波传播的基础知识 地面波传播 天波传播
视距传播 地面移动通信中接收场强的预测
课程研究内容
无线电波传播的基本特性及其变化规律。
课程要求
1.掌握电波传播的基本概念； 2.掌握电波传播的基本特点和规律； 3.了解地面移动通信接收场强的预测方法。
第8章 电波传播的基础知识
电波传播概论
30P E0 r
30PiGi E0 r
第7章电波传播概论
如果接收天线的增益系数为GR, 有效接收面积为Ae, 则在距 离发射天线r处的接收天线所接收的功率为
piGi 2GR pR S0 Ae 2 4r 4
将输入功率与接收功率之比定义为自由空间的基本传输
损耗:
Pi 4r 1 Lbf pR GiGR
第7章电波传播概论
θ=θ′
e jkr E a E0 f ( ) F r
式中，
F 1 R e j[k ( rr ) ]
(h1 h2 )2 (h2 h1 )2 2h1h2 r r 2d 2d d
而
将其代入式（7 2 7）得
F 1 R e j ( k2h1h2 / d )
第7章电波传播概论
A rv
C
B h2
h1
a O
图7-3 视线距离
第7章电波传播概论
两天线互相“看不见”, 距离rv为收、 发天线高度分别为 h2和h1时的视线极限距离, 简称视距。图 7 3 中, AB与地球表
面相切, a为地球半径, 由图可得到以下关系式:
rv 2a ( h1 h2 )
由上式可得到下列结论: ① 当工作波长和收、发天线间距不变时, 接收点场强随天 线高度h1和h2的变化而在零值与最大值之间波动，如图 7 6 所 示。 ② 当工作波长λ和两天线高度h1和h2都不变时, 接收点场 强随两天线间距的增大而呈波动变化, 间距减小，波动范围减 小， 如图 7 7所示。
第7章电波传播概论
将上式取对数得
pi Lbf 10lg pR
32.45 20lg f ( MHZ ) 20lg r(km) Gi (dB) GR (dB)
移动通信基础习题库
一、填空题1．移动通信按信号形式分、。
2．移动通信按覆盖范围分、、。
3．移动通信按业务类型分、、。
4．移动通信按服务特性分、。
5．移动通信按使用环境分、、。
6．移动通信按使用对象分、。
7．移动通信按服务范围可以分为和。
8．移动通信按多址方式可以分为、、。
9．移动通信按工作方式可分为、和。
10．移动通信电波传播的理论基本模型是超短波在平面大地上和的矢量合成。
11．多普勒频移对速数字信号传输不利，对速数字信号传输影响不大。
12．多普勒频移与、以及电磁波的波长有关。
13．我国移动通信的G网指的是。
14．我国移动通信的D网指的是。
15．我国移动通信的C网指的是。
16．移动通信中，900MHz和1800MHz频段的收发双工间隔分别是和。
17．在陆地移动通信中，现在主要使用的频段为高频和高频18．移动通信网包括、基站子系统和。
19．BSS和MSC 之间通常采用链路传输数据信号。
二、单项选择题1．在移动通信的工作方式中，需要天线共用装置的是（）A、半双工B、频分双工C、异频单工D、时分双工2．在移动通信网中，提供与公众网接口的是（）A、交换网络子系统B、基站子系统C、移动台D、操作管理中心3．在移动通信网中，负责管理无线资源的是（）A、交换网络子系统B、基站子系统C、移动台D、操作管理中心4．无线寻呼系统采用的工作方式为（）A、半双工B、全双工C、单频单向D、异频单向5．下列四种移动通信系统中，工作方式属于半双工方式的为（）A、无线寻呼系统B、无绳电话系统C、蜂窝移动通信系统D、集群移动通信系统三、名词解释1．移动通信：2．多径效应：3．远近效应：4．邻道干扰：5．同频干扰：6．互调干扰：7．人为干扰：8．漫游：9．同频单工：10．无绳电话系统：11．移动卫星通信系统：四、简答题1．电磁辐射的两种度量方法是什么？2．我国电磁辐射标准是如何划分的？3．手机信号辐射的度量有哪些种方法？各是什么？4．为什么说GSM与CDMA的辐射功率相当？5．什么叫移动通信？6．移动通信的特点。
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。
电波传播理论
其中：f----工作频率，MHz h1---基站天线高度，m h2---移动台天线高度m d---到基站的距离，km a(h2)---移动台天线高度增益因子，dB a(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中，小城 市) =3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市) s(a)---市区建筑物密度修正因子，dB; s(a)=30-25lga (5%<a≤50%) =20+0.19lga-15.6(lga)2 (1%<a≤5%) =20 (a≤1%)=69.55+26.16Log(f)-13.82Log(hb)+(44.9- 65.5Loghb)Logd-Ahm 其中对中等或大城市Ahm=(1.1Log(f)-0.7)hm-(1.56Log(f)-0.8)
( m) (m)
电磁波的绕射
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。 波的绕射主要是对遮挡物后面的“阴影区” 研究。 波长越短（即频率越高）绕射能力越差， 反之则较强。
波的绕射在覆盖中的影响
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。 频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近， 信号强度与通信质量受影响程度越大；相反，频 率越低，建筑物越矮、接收天线与建筑物越远， 影响越小。
电磁波传播基本理论
电磁波在自由空间中的传输损耗
Pt
d
Pr
pt λ pr = Gt Gr ( ) 2 4πd 4π
2
接收功率推导公式
《电波传播》PPT课件
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55
自由空间传播的菲涅尔区
电波总是在实际媒质中传播的，人们常把在真空中进行的“自 由空间传播”这种理想的情况，作为实际研究问题的起点
在17世纪惠更斯首先提出，波在传播过程中，波面上的每一 点都是一个进行二次辐射球面波（子波）的波源，而下一个波 面就是前一个波面所辐射的子波波面的包络面。
视距传播
视距传播是指发射天线和接收天线间能相互 “看见”的距离内，电波直接从发射点传播到 接收点
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33
按照收发两端所处位置不同，可分为三类：
地面上的视距传播，如无线电中继通信，电视广播以及地面上 的移动通信
地面与空中目标如飞机，通信卫星等的视距传播
空间通信系统之间的视距传播，如飞机之间，宇宙飞行器之间 等
=常数。若S面位置左右平移， 、r虽为变数，但它们之和仍
为常数。根据几何知识可知，这些点的轨迹正是以Q、P为 焦点的旋转椭球面。这些椭球面所包围的空间区域就称为菲 涅耳区。根据序号n=1,2, 就分别称为第一、第二菲涅耳区， 它们与S面相截，就在该平面上出现相应的第一、第二菲涅 耳带
在自由空间内，来自波源Q的辐射而到达接收点P点电磁能 量，是通过以Q、P为焦点的一系列菲涅耳椭球区来传播的
带，就分别称为第一，第二……第n个菲涅耳带等。
P点的辐射场就是各菲涅耳带辐射场的总和
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77
各菲涅尔带在P点的辐射场 （a）n＝1；（b）n＝2，3；（c）各带的合成振幅；（d）合成场强
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88
B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 2 1 B 2 1 B 2B 2 3 B 2 3B 4B 2 5
天线与电波传播（第二版）（宋铮）第8-14章第11章
(11-2-1)
第11章 地面波传播 图 11-2-3 地面波的场结构
第11章 地面波传播
为简化分析，通常使用M.A.列翁托维奇近似边界条件： 若半导电媒质相对复介电常数的绝对值满足下列条件：
| ~r || r j60 | 1
(11-2-2)
则在界面大地一侧的电、磁场水平分量之间满足
由上面的分析可知，由于地面是半导电媒质，低架直立 天线辐射的垂直极化波将在传播方向上存在电场分量，各分 量如图11-2-3所示，yOz面为地平面，波沿z轴方向传播，下 标“1”表示在空气内，下标“2”表示在大地内，利用边界 条件，有
E1z E2z
H1y E1x
H2y
~r E2
x
B1x B 0
根据边界条件式(11-2-1)，得
E2 x
E1x
~r
r
E1x
j60
上述各分量亦可写成
E1z
E2 z
4
2 r
E1x
(60 )2
j
e2
(11-2-7) (11-2-8)
式中
第11章 地面波传播
E2x
E1x
e j
2 r
(60
)2
H1yΒιβλιοθήκη H2yE1x 120π
arctan 60 r
第11章 地面波传播 图 11-4-2 三段不同性质地面传播示意图
第11章 地面波传播 图 11-4-3 三段不同性质地面传播的衰减因子
第11章 地面波传播 图 11-4-4 地面波传播的“起飞-着陆”效应
第11章 地面波传播
习题十一
1. 为什么地面波传播会出现波前倾斜现象？波前倾斜的 程度与哪些因素有关？为什么？
电波传播基本知识PPT课件
电波传播方式的说明
• 地表面波是建立在地球表面的一种电波传播形式，在频率小于5MHz且 天线高度小于地面半波长时，此传播形式占主导作用。其特点是传播距 离远，易与水下建立通信，不受天气与地面环境的阻挡。
• 对流层电波传播是无线通信中占主导作用的传播形式，频率在30MHz以 上时，视距传播成为主要传播方式，此时需注意对流层折射系数的影响 (一般地，此种传播又称地面传播)，传播特点是视距传播，易受地面环 境的阻挡影响，传播衰减较大。
电波反射的退极化作用
• 电波反射的退极化作用除了有耗地面的反射以外，不规则的反射目标也 是造成电波去极化的原因之一。
• 移动信道中的各种物体目标对电波的反射过程，是目标表面上每一部分 对电波的散射的综合。其中还包含某些表面结构的二次甚至更多次反射。 目标上的每一部分，相对电波发射天线的取向和形态是各异的。所以复 杂形状的目标具有极强的、多样的退极化作用。
• 《无线通信技术》，深圳市华为技术有限公司 • 《现代无线通信系统电波传播》，Hernry L.Bertoni • 《移动通信工程(理论与应用)》， • 《网络规划设计》，深圳市华为技术有限公司
第3页/共86页
课程内容
第一章 无线通信基本概念 第二章 移动通信电波传播的几个概念 第三章 移动通信电波传播特性 第四章 移动通信信道与预测
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大气媒质的分层情况
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第一章 无线通信的基本概念
第一节 概述 第二节 无线通信中的大
气媒质
第三节 无线通信中的电 波传播方式
第四节 无线通信的频段 划分与传播方式
第10页/共86页
电波传播方式的分类
• 根据何种介质或何种介质分界面对电波传播产生主要的影响，可将常遇 到的电波传播方式分为： • （1）地表面波传播（电波传播主要受地球表面的影响）。 • （2）对流层电波视距传播（电波传播主要受对流层影响）。 • （3）电离层电波反射传播（电波传播主要受电离层影响)。
电波传播基本知识
雷达系统利用电波 传播进行目标探测 和定位
雷达通过发射电波 并接收回波信号， 计算目标距离和位 置
电波传播的稳定性 和可靠性对于雷达 系统至关重要
雷达领域的电波传 播技术不断发展， 提高了探测精度和 距离
卫星定位系统：通过接收来自卫星的信号，实现全球定位和导航
雷达导航：利用雷达发射和接收电波信号，实现精确的定位和导航
传播速度：电波 在真空中的传播 速度等于光速
传播范围：电波的 传播距离取决于发 射功率和频率
干扰因素：电波 传播易受到电磁 干扰的影响
无线电波：通过自 由空间传播，不受 地面障碍物影响
微波：通过大气层 传播，用于卫星通 信和电视广播
红外线：通过物体 表面反射传播，用 于遥控器和感应器
紫外线：通过空气 和物体表面传播， 用于杀菌和消毒
直射传播：电波直接从发射天线直线传播到接收天线，不受障碍物阻挡 反射传播：电波在地面或建筑物等障碍物上反射后传播到接收天线 折射传播：电波在经过不同介质时，由于折射率不同而发生方向改变的传播 多路径传播：电波经过多个路径到达接收天线，产生多径效应
定义：电波在真空中的传播速度等于光速，约为每秒30万公里。 影响因素：电波传播速度受介质影响，在空气、水、土壤等介质中传播速度会有所降低。 传播方式：电波传播包括直线传播、反射、折射、绕射和散射等方式。 与频率的关系：电波传播速度与频率无关，不同频率的电波在同一介质中传播速度相同。
,a click to unlimited possibilities
汇报人：
01
02
03
04
05
06
电波传播是指 电磁波在空间
传播的过程
传播方式：直 射、反射、折
射和透射
电波传播理论（公式）
图4.4，图4.5，图4.6（第四章思考题2）答：五种典型的大气折射：（其中ρ为射线的曲率半径，ａ为地球的曲率半径）在真实地球中，有：如图4.4负折射——射线曲率半径，射线为曲线，下凹；这对应于，即折射率随高度而增大。
无折射——射线曲率半径，射线为直线；这种折射对应于，即折射率是个常数。
也就是说，在均匀大气中，没有折射，射线自然是条直线。
标准折射——射线曲率半径，射线为曲线，上凸；这对应于，折射率随高度而降低。
临界折射——射线曲率半径，射线为曲线，与地面平行；这对应于，折射率随高度降低。
超折射——射线曲率半径，射线为曲线，上凸；这对应于，即折射率随高度而降低。
对于等效球面地球及等效平面地球，情况如图4.5、4.6，分析类似图4.4，但要注意它们的区别，在图4.4中，负折射时射线最靠近地面，超折射时离得最远；在图4.5中，具有阴影的2号等效地球表面是真实地球平面，T’和R’是T和R在真实地面上的投影，而等效地球的球面可由通过T’和R’的一系列圆弧来表示，其圆心在T’和R’的中垂线上，半径可根据相应的公式计算得到，此时负折射时射线最靠近地面，超折射时离得最远；在图4.6中，地面时固定的平面，在这种情况下，负折射时射线最靠近地面，超折射时离得最远。
不同大气状态下射线与等效地面的关系,如图：图5.3（反射面的费涅尔区P54）答：在使用镜像法处理地面对波传播的影响时，发射源的镜像可取代地面的作用。
此时，在发射源和接收点之间以及发射源的镜像与接收点之间的主要空间通道都必须满足费涅尔区（椭球）的要求。
地面反射的费涅尔区——以发射源的镜像和接收点为焦点的费涅尔椭球与地面反射的等效平面相交在地面上截取的部分地面（椭圆面）。
T为发射点，离地面反射等效平面的高度为，其镜像为T’，R是接收点，离等效平面高度，T，T’和R均在YZ平面上。
地面反射的等效平面与XY面重合，P为反射点。
图中椭圆以T’和R为焦点的第n阶菲涅尔椭球被等效平面所截取的n阶菲涅尔区的边界，中心在C点，椭圆的长轴在Y轴上，短轴通过椭圆中心平行于X轴。
电波传播基础PPT课件
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
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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：
第8页/共33页
电 波 传 播
第2章电波传播无线电信息传输时，无线电波由发射天线辐射出去后，经过一定的传播路径才能到达接收点，被接收天线接收。
电波传播路径中会涉及各种各样的传播媒介，如地面、水面、对流层大气、电离层、星际空间等，电波的传播过程就是电波与媒介相互作用的物理过程。
电波在媒介中基本上是以光速传播的。
因此，无论是通信、广播、雷达、导航、遥测遥控等任何与无线电波有关的设备，其性能均与所使用的无线电频率及其电波传播方式密切相关。
电波在传播过程中，有两个方面需要进行研究。
一是电波传播的物理机制和传播模式，包括吸收、折射、反射、绕射、散射、多径和多普勒效应等物理过程，这些过程的形成由媒介特性和电波特性共同决定。
二是信号的传播特性。
无线电信号在传播过程中，可能遭受到衰减、衰落、极化偏移和时域、频域畸变等效应这些效应可能对信息传输的质量和可靠性产生影响。
研究电波传播特性，是理解是理解各种用频设备特性的基础。
本章先介绍大气层、电离层和几种电波传播方式，以及自由空间传播损耗概念及计算；然后分别详细介绍几种主要电波的传播特性以及场强计算理论和计算方法；最后以移动通信设计为例介绍电波传播模型的选择与应用方法。
2.1 地球大气2. 1 .1 大气层电磁波主要是在地球大气层中传播。
大气层又叫大气圈，其厚度在1000km以上，但没有明显的界限。
整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，大气层之外就是星际空间，如图2.1所示。
对流层位于大气层最底层，其下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而变化。
在低纬度地区平均高度为17~18km,在中纬度地区平均为10~12km,极地平均为8~9km；夏季高于冬季由于地面吸收太阳辐射（红外、可见光及波长大于300nm的紫外波段）能量，转化为热能而向上传输，引起大气强烈的对流，因此称为对流层。
对流层空气的温度是下面高上面低，顶部气温约在-50℃。
对流层集中了全部大气质量的约3/4和90%以上的水汽，几乎所有的气象现象如雨、雪、雷、电、云、雾等都发生在对流层内。
中国移动通信电波传播特点与原理
3.1.7 莱斯（Riceam）衰落分布
在移动通信中，如果存在一个起支配作用的 直达波（未受衰落影响），此时，接收端接
收信号的包络为莱斯（Riceam）分布。
P(r)
r
02
(r2 A2 )
e
2 2
I
0
(
Ar
2
)
A 0, r 0 r0
设
若
莱斯分布 瑞利分布
3.2 电波传播特性的估算（工程计算）
图3-4 绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系
3.1.4 反射波
电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑 界面时，就会发生反射现象。
图3-5给出了从发射天线到接收天线的电波由反 射波和直射波组成的情况。反射波与直射波的 行距差为：
d a b c 2hT hR d
两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差 为：
在求郊区或开阔区，准开阔区的传播衰耗中 值时，应在市区衰耗中值的基础上，减去由 图3-9或3-10查得的修正因子。
图3-9 郊区修正因子
图3-10 开阔区、准开阔区修正因子
⒊ 不规则地形上的传播衰耗中值
⑴丘陵地的修正因子
丘陵地的地形参数可用“地形起伏”高度 △h表示。其定义是：自接收点向发射点延 伸10km范围内，地形起伏的90%与10%处的 高度差。
⒋任意地形的信号中值预测
⑴ 计算自由空间的传播衰耗 根据式（3-1），自由空间的传播衰耗Lbs为：
⑵计算准平滑地形市区的信号中值
⑶计算任意地形地物情况下的信号中值
LA LT KT
(3.22)
KT k mr Q0 Qr k h k hf k js k sp k s
KT为地形地物修正因子
☆则不平坦的场强公式为
电波传播理论
由 k2 L π 确定。
L
2
2
ef L 3 1
7.2 平面波对界面的斜入射
1 介质分界面上相位匹配原则
除了垂直入射情况外，经常是均匀平面波对于界 面的斜入射情况。真实的界面是非常复杂的，但 只要界面的曲率半径远大于波长，电磁波在边界 上的行为与平面非常接近。 设入射波为
③ 平面电磁波的在介质中的运动轨迹（称为 射线）具有可逆性。
2 Fresnel公式
(1)电场与入射面垂直的情况
当入射波电场矢量与入射面垂直，应用边界条件
2 Ei Er cosi 1Et cos t
E r 2 cos i 1cos t E cos cos i 2 i 1 t Et 2 2 cos i Ei 2 cos i 1cos t
E2 r ex T Ei e jk2 z ˆ ˆ H r e y T E e jk2 z i 2 2
透射波功率：
1 Pav t Re E 2 H 2 2 1 2 2 Ei T 2 2
透射波与反射波功率之和：
Pav r Pav t
设空间由两种不同介质组成，平面电磁 波自介质 1 垂直入射到介质的分界面
1 1 2
2 2 2
入射波电场的复振幅
介质空间1 中的电磁场
E1 r e x Ei e jk1z E r e jk1z ˆ ˆ ey H 1 r Ei e jk1z E r e jk1z 1
Ei Er Et
1
(2)电场与入射面平行的情况 当入射波电场矢量与入射面平行，应用边界条件
2 Ei Er 1Et Ei Er cosi Et cos t
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
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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）
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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。
传热学-第八章
前面讲过，黑体、灰体、白体等都 是理想物体，而实际物体的辐射特 性并不完全与这些理想物体相同， 比如，(1)实际物体的辐射力与黑 体和灰体的辐射力的差别见图 ： (2) 实际物体的辐射力并不完全与 热力学温度的四次方成正比； (3) 实际物体的定向辐射强度也不 严 格 遵 守 Lambert 定 律 ， 等 等 。 所 有这些差别全部归于上面的系数， 因此，他们一般需要实验来确定， 形式也可能很复杂。在工程上一般 都将真实表面假设为漫发射面。
En Er E 0
因而在讨论辐射大小时，要加条 件：单位可见面积
n
r
τ
c) 定向辐射强度L()： Lambert 定律 定义：单位时间内，单位可见面积上、单位立体角内
微元面积朝某一方向上辐射的一切波长的能量。
由定义有：
L( , ) d( , ) dAcos d
对黑体其定向辐射强度与 方向无关（没有证明）
E Eb
E
T4
或：
E
Eb
T 4
c0
(T 100
)4
上面公式只是针对方向和光谱平均的情况，但实 际上，真实表面的发射能力是随方向和光谱变化 的。即不严格遵守温度4次方定律。影响实际物体 发射力的因素除温度外还有物体的种类、方向、 表面状况等，将这些影响因素都归到黑度中，故 黑度的物理意义为：
第八章
热辐射基本定律及物体 的辐射特性
§7-1 热辐射的基本概念
一、热辐射的基本概念
(1) 定义：由热的原因而产生的电磁波辐射称热辐射。
(2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停 地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播； c 伴随能量形式的转变； d 具有强烈的方向性； e 辐射能与温度和波长均有关； f 发射辐射取决于 温度的 4 次方。 辐射换热是指物体之间相互辐射和吸收的总效果。
电波传播知识点总结
电波传播知识点总结一、电波传播的基本概念1. 电波的概念电波是指一种电与磁场交替振荡并在空间中传播的波动。
它是一种媒介无关的波动，能够在真空中传播，因此在通信中广泛应用。
根据频率的不同，电波可以分为射频波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同类型。
2. 电磁波的特性电波是电磁波的一种，具有电场和磁场交替变化的特性。
它们的传播速度为光速，能够穿透大部分非金属物质，因此在通信、雷达、遥感等领域得到广泛应用。
同时，电磁波也具有反射、折射、衍射和干涉等典型波动特性。
3. 电波传播的基本原理电波的传播是通过电磁波在空间中的传播来实现的。
电波的传播通过自由空间传播、大气传播、地面传播和天线辐射等方式，具有一定的传播特性和传播机制。
二、电波传播的传播机制1. 自由空间传播自由空间传播是指电波在真空中的传播，它的传播路径很直线，传播损耗较小。
然而，由于电磁波会受到大气参数、地球曲率、大气湍流等因素的影响，导致传播损耗和衰落。
2. 大气传播大气传播是指电波在大气层中的传播，其传播路径受到大气层折射作用和反射作用的影响。
大气传播存在不可预测的多径效应和多普勒效应，对于通信和雷达系统的设计和优化具有重要意义。
3. 地面传播地面传播是指电波在地面上或近地表的传播，其中包括地面波传播、地堑波传播和地球曲率衍射等传播方式。
地面传播受地形、植被、建筑物等地物影响较大，需要在工程设计中充分考虑。
4. 天线辐射天线辐射是指电波的辐射传播过程，其传播路径可根据发射天线和接收天线的性能进行优化设计。
天线辐射包括方向性辐射、极化辐射和功率辐射等关键技术，与无线通信系统息息相关。
三、电波传播的传播特性1. 传播距离电波的传播距离受频率、功率、天线高度等因素的影响，传播距离可以通过地形、大气状况和天线性能等条件进行合理估算。
传播距离是影响通信质量和传输速率的重要因素。
2. 传播损耗电波的传播损耗是指在传播过程中电波功率的衰减，其主要原因包括自由空间传播损耗、大气传播衰减、地面波散射损耗等。
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2
【例8―2―1】 设微波中继通信的段距为r=50km, 工作波长为 7.5cm ，收发天线的增益系数都为 45dB，馈线及分路系统一端损耗为3.6dB，该路 径的衰减因子 A=0.7。若发射天线的输入功率为 10W，求其收信电平。 L0=121.98+20lgr(km)-20lgλ(cm) =121.98+20lg50-20lg7.5 =121.98+33.98-17.5 =138.46dB
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实际的传输媒质对电波有吸收作用，这将导致电波的 衰减。 衰减因子（Attenuation Factor）
E A E0
E为实际情况下的接收点的场强；E0为自由空间传 播的场强。
A与工作频率、传播距离、媒质电参数、地貌地物、 传播方式等因素有关。
相应的衰减损耗为
1 L F 20 lg A
20
n
算术平均值相差不大，所以可以认为 E1 E 2 上式说明虽然在自由空间从波源O辐射到观察点M的 电波可以认为是通过许多菲涅尔区传播的，但起最 重要作用的是第一菲涅尔区。
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二、费涅尔带的半径 由图可知： n 0 Fn
2 2
Fn 0 20
2
2
rn r0 Fn
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考虑馈线及分路系统一端损耗后，该电道 的总传输损耗L为 L=L0+LF-Gr-GL+2×3.6 =138.46-20lg0.7-2×45+2×3.6 =58.8dB 因发射天线的输入功率为 Pin=10W=40dBm。（注：dBm为分贝毫 瓦）,于是收信电平即接收天线的输出功 率为 PL=Pin-L=40-58.8=-18.8dBm
不考虑天线的性能，定义
路径传输损耗（基本传 输损耗，Propagation Lb L0 LF dB
Path
Loss）为
实际的传输电道，定义发射天线输入功率与接收天线输出功 率之比，该电道的传输损耗L（Propagation Loss）
Pin 4r 1 L 2 PL A Gr GL 或 L Ls LF Lb Gr GL
（1）传输损耗小，作用距离远；
（2）受电离层扰动影响小，传播情况 稳定； （3）有较强的穿透海水及土壤的能力； （4）大气燥声电平高，工作频带窄， 频率越高，地面对电波的吸收越严重。
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天波传播 传播机制又可分为： （1）电离层反射电波（天波传播） 主要用于中、短波远距离广播、通 信，船岸间航海移动通信，飞机地 面航空移动通信等业务。 传播特点：
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• (5)中频：用于广播、通信、导航（机场着陆系统）。采 用多元天线可实现较好的方向性，但是天线结构庞大。 • (6)高频：用于远距离通信广播，超视距天波及地波雷达， 超视距地-空通信。 • (7)甚高频（米波）：用于语音广播，移动（包括卫星移 动）通信，接力（~50km跳距）通信，航空导航信标， 以及容易实现具有较高增益系数的天线系统。 • (8)特高频（分米波）：用于电视广播，飞机导航、着陆， 警戒雷达，卫星导航，卫星跟踪、数传及指令网，蜂窝 无线电通信。 • (9) 超高频（厘米波）：用于多路语音与电视信道，雷 达，卫星遥感，固定及移动卫星信道。 • (10)极高频（毫米波）：用于短路径通信，雷达，卫星 遥感。此波段及以上波段的系统设备和技术有待进一步 发展。 • (11)亚毫米波：用于短路径通信。
2
2
2
Fn r0 2r0
S0 n 1 O 0 r1 rn M
Fn 1 1 n rn 0 r0 n 2 r 2 0 0 n 0 r0 Fn 0 r0
F1
r0
m
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三、空间费涅尔区
第二部分
第 8章
电波传播
电波传播的基础理论
第一节 概述
第二节 自由空间传播 第三节 电波传播的费涅尔区
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第二部分
第 8章
电波传播
电波传播的基础理论
第一节 概述
第二节 自由空间传播 第三节 电波传播的费涅尔区
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一、研究电波传播特性的目的
• 系统设计 – 收、发信设备指标 – 天线的性能 – 天线的架设方式 • 通信质量评定 • 不同通信业务之间相互干扰的预测和解决
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三、三种电波传播的基本方式及其特点
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。
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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主要用于低频及甚低频远距离无线电导 航、标准频率和时间信号的广播、对潜 通信等业务。 采用垂直极化，天线的最大辐射方向沿 着地面。 传播特点：
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二、影响电波传播特性的因素
• • • • • • •
频率 距离 极化方式 天线高度 地形地物 地面电特性参数 时间、季节
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无线电波的频段
5
6
频段的典型应用如下：
•
(1)极低频：对潜通信，地下通信，极稳定的全球通信，地下遥 感，电离层与磁层研究。 由于频率低，因而信息容量小，信息速率低（约1bit/s）。该频段 中，垂直极化的天线系统不易建立，并且受雷电干扰强。 • (2)超低频：地质结构（包括孕震效应）探测，电离层与磁层研究， 对潜通信，地震电磁辐射前兆检测。 主要由太阳风与磁层相互作用、雷电及地震活动所激发。 • (3)甚低频：Omega(美)、α（俄）超远程及水下相位差导航系统， 全球电报通信及对潜指挥通信，时间频率标准传递，地质探测。 该波段难于实现电尺寸高的垂直极化天线和定向天线，传输数据率 低，雷电干扰也比较强。 • (4)低频：Loran-C（美）及我国长河二号远程脉冲相位差导航系 统，时间频率标准传递，远程通信广播。该频段不易实现定向天 线。
O
2F1
M
30 菲涅尔椭球
相邻两旋转椭球体之间的空间称为空间费涅尔区。
在OM的中点空间费涅尔区的半径最大。Fnmax为：
1 Fn max nd 2 d 0 r0 为一次波源与观察点之间的距离
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第二部分
第 8章
电波传播
电波传播的基础理论
第一节 概述
第二节 自由空间传播 第三节 电波传播的费涅尔区
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一、费涅尔带的划分
根据惠更斯-费涅耳原理，在电波的传输过程中，波 阵面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波的波 源，这种波源称为二次波源。而空间任一点的辐射场 都是由包围一次波源的任意封闭曲面上各点的二次波 源发出的波在该点相互干涉、叠加的结果。
P 1 4r in Ls PL Gr GL
2
如果r的单位用km，f的单位用MHz，Ls的单位为dB，可 得： Ls 32.45 20 lg f 20 lg r 10 lg Gr GL
或 Ls 32.45 20 lg f 20 lg r Gr (dB) GL (dB) L0 Gr (dB) GL (dB)
视距传播
• • 无线电在低空大气层 传播机制分为：
（1）视距传播。当收、发天线架设高度较高（远 大于波长）。用于微波中继通信、甚高频和超 高频广播、电视、雷达等业务。
传播特点：
传播距离限于视线距离以内（10-50Km）； 频率越高受地形地物影响越大； 微波衰落严重； 10GHz以上电波，大气吸收及雨衰减严重。
E E1 E2 E3 E4
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如果将上式的奇数项拆成两部分，即En=En/2+En/2，
则上式可以重新写为
E1 E1 E3 E3 E5 E5 E7 E ( E 2 ) ( E 4 ) ( E6 ) 2 2 2 2 2 2 2
因为 lim En 0 ，且级数每一项与左右相邻两项的
2
PL Pr Dr G L 4r
PL Pin Gr GL 4r
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2
2
Friis 传输方程。 Pin为发射天线输 入端的输入功率， Gr、GL分别为发射、
接收天线的增益。
自由空间的传输损耗 传输损耗：又称为系统损耗，定义为输入功率与 接收功率之比。
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自由空间的传播损耗：
L0 20 lg( 4r / )
L0 32.45 20 lg f ( MHz ) 20 lg r (km) 121.98 20 lg r (km) 20 lg (cm)
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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可见，分布在相邻两带边界上的二次波源在观察 点产生的场是反相的。
设第n个菲涅尔半波带在M点产生的场强振幅为 En(n=1,2,3,:)，由于每个菲涅尔半波带的辐射 路径不一样，因此有以下的关系式
E1 E2 E3
En En1
由于相邻两带在M点的产生的场是反相的，于是M 点的合成场振幅为
实际上，波阵面S0的位置可以任意选取的。对于不同位置的
S0，其各菲涅尔区的尺寸也会相应地发生变化，但是它们的 几何定义不变。而它们的几何定义恰恰就是以O、M两点为
焦点的椭圆定义。如果考虑到以传播路径为轴线的旋转对
称性，不同位置的同一菲涅尔半波带的外围轮廓线应是一 个以收、发两点为焦点的旋转椭球。我们称第一菲涅尔椭 球为电波传播的主要通道。
散射作用，实现超视距传播，常用频段为100MHz-
（2）散射传播。利用对流层中介质的不均匀性对电波的
10GHz。传输损耗大，单跳跨距大可达300-800Km，
适用于无法建立中继站的地区。 12