天波传播
天线与电波传播（第二版）（宋铮）第8-14章第12章
表中的半厚度是指电子密度下降到最大值一半时之间的 厚度，临界频率是指垂直向上发射的电波能被电离层反射下 来的最高频率。各层反射电波的大致情况如图12-1-3所示。
第12章 天波传播 图12-1-3 长、中、短波从不同高度反射
第12章 天波传播 表12-1-1 电离层各层的主要参数
第12章 天波传播
第12章 天波传播
图12-2-5 入射角θ0与射线仰角Δ的关系
第12章 天波传播
临界频率是一个重要的物理量， 所有频率低于fc的电 波， 都能从电离层反射回来。
而f>fc的电波， 若入射角大于式(12-2-4)， 或者f小于式 (12-2-6)最高频率， 则能从电离层反射下来， 否则穿出电离 层。
Ne2 m( 2 2 )
(12-1-6) (12-1-7) (12-1-8)
第12章 天波传播
当考虑地磁场的影响时，电子不仅受到入射电场的作 用，还要受到地磁场的作用，其作用力为
FB ev B0 (12-1-9)
FB称为洛仑兹力。式中，v为电子的运动速度； B0为地磁场 的磁感应强度。由上式可知，当电子沿入射波电场方向运动 时，若电场方向与地磁场方向一致，则FB=0，地磁场对电子 运动不产生任何影响。若电场方向与地磁场方向垂直，则FB 值最大，电子将围绕地磁场的磁力线以磁旋角频率
θ0一定时，电波频率越低，越易反射。 (2) 电波在电离层中的反射情况还与入射角θ0有关。当
短波段无线电波的传播规律与短波无线电通信的频率选择及预测
短波段无线电波的传播规律与短波无线电通信的频率选择及预测一、引言：在无线电通信中，无线电发射机的天线辐射载有信息的电磁波，到达接收点无线电接收机的天线，要经过一段自然路径。
无线电波在自然环境中的传播主要有三个路径常用于无线电通信：视距传播、地波传播、天波传播。
不同波长的无线电波在以上三种传播路径中有不同的传播规律。
短波无线电波（2—30Mhz）的传播有不同于其它频段的特殊规律，只有透彻认识和运用其特殊规律，才能发挥短波无线电通信设备的应有效能，建立稳定可靠的通信联系，提高通信质量。
二、无线电波的传播路径：（1）视距传播：视距传播是指电波在发射天线与接受天线互相“看得见”的距离内的传播方式。
电波在靠近地面的低空大气层中以近似直线的路径传播(见图-1），在发射功率一定的情况下，其通信距离相当大的程度上取决于收发双方的天线高度，多用于超短波通信，本文不多作讨论。
（2）地波传播：地波是指沿地球表面传播的电波。
当电波沿地表传播时，在地表面产生感应电荷，这些电荷随着电波的前进而形成地电流。
由于大地有一定的电阻，电流流过时要消耗能量，形成地面对电波的吸收。
地电阻的大小与电波频率有关，频率越高，地的吸收越大。
因此，地波传播适宜于长波和中波作远距离广播和通信；小型短波电台采用这种方式只能进行几公里至几十公里的近距离通信。
地波是沿着地表面传播的，基本上不受气候条件的影响，因此信号稳定，这是地波传播的突出优点。
（3）天波传播：天波是指地面发出的经电离层折射返回地面的电波。
短波无线电台站可以较小的发射功率，不依赖任何地面系统利用天波路径独自建立数百公里甚至数千公里的通信联系，是为有别于其它通信方式的突出优势。
但是，电离层随昼夜、季节、年度而变化，导致天波传播状况依时间变化。
因此，依赖电离层反射所建立的短波无线电天波通信是不稳定、不可靠的（相对于其他传播路径而言）。
远程短波通信要求设备操作人员对短波波段无线电波的传播规律有深入的了解和较多的实践经验，并且依赖于通信各方的配合默契。
天线与电波传播
手持移动电话，工作在30cm波长，可与任 何人通话。
天线的理论基础
最早的天线
马可尼
线天线时期：1930年以前
线天线时期
面天线时期：1930~1945面天线时期：19 Nhomakorabea5~1959
50年代~70年代
70年代以后
天线的作用
天线的作用
天线的作用
天线的功能
天线的辐射机理
E面、H面的具体做法： E面：保持φ一定，改变θ，对F(θ， φ) 描点，连接各点； H面：保持 θ =90°，改变φ ，对F(θ， φ)描点，连接各点； （请画出电基本振子的E面和H面方向图）
电磁波频段
微波简介
微波是无线电波中波长最短，频率最高的波 段。 微波的波长远远小于普通无线电波的波长。 微波的波长范围：
中国对微波的应用：1m ~ 1mm 美国对微波的应用：0.3m ~ 0.3mm
无线电波的传播方式
在实际应用中，不同波段的无线电波的 传播方式和应用领域不同 由于地面、高山、电离层等对各波段无 线电波的吸收、反射、透射等性能的不同， 无线电波在空间的传播通常采用以下三种 方式： 地波传播 天波传播 空间波传播
•
半波振子的辐射电阻为 73.1欧，全波振子的辐 射电阻约为200欧
天线的基本电气特性
电流源(电基本振子)
对称振子的辐射场及其方向性
短波主要靠天波传播，电离层对其吸 收小，可经过多次反射传播到很远的地方， 短波传播的最大缺点是不稳定。 短波可用来做各种长、短距离通信。 如无线电广播，电报等
不同波长无线电波的传播方式与 应用
超短波和微波，由于其绕射能力差，又 会穿透电离层，因此不适合地波与天波传 播，只适合空间波传播。由于空间波传播 的距离有限，为增加传播距离，可采用增 高发射天线和接力通信等方式来实现。 超短波和微波主要应用：电视、雷达、 导航等。
电子工程中的无线电信号传输技术
电子工程中的无线电信号传输技术随着时代的发展和科技的进步，电子工程领域中的无线电信号传输技术已经成为了不可或缺的一部分。
无线电信号传输技术被广泛应用于手机通讯、电视广播、卫星导航和无人机等领域，在人们的生活和产业中都发挥着重要的作用。
本文将从无线电信号传输技术的基本原理、无线电信号的传播方式、无线电信号的调制技术、无线电信号的解调技术、无线电信号的编码技术等几个方面一一阐述。
一、无线电信号传输技术的基本原理无线电信号传输技术是利用无线电波进行信息传输的一种技术。
在实际应用中，无线电通信系统主要由发射器、接收器和天线三部分组成。
发射器通过产生高频电信号，使它通过天线辐射出去，形成一定的电磁波信号。
接收器通过天线接收到这些电磁波信号，将其转换为电信号，并通过解调和解码等技术将所需要的信息取出并恢复出来。
二、无线电信号的传播方式无线电信号的传播方式主要由地面传播、天波传播和空间波传播三种方式组成。
地面传播主要是指当电磁波在距离较近的平地上传播时，其波的功率主要是通过大气对地面的反射和散射来传输的。
天波传播是指电磁波以大气为介质，利用大气层的特性，从地球表面向大气层以上的区域传输电磁波信号。
空间波传播是指电磁波在真空中传播，无需任何介质，它是目前无线电通信系统使用最广泛的一种信号传输方式。
三、无线电信号的调制技术调制技术是指利用一定的波形来表达信号信息的技术。
根据信号信息和要传输的信号波形不同，调制技术也有多种不同的方式，如简单的调幅、调频、调相、直接数字调制等。
其中调幅是最为基础的一种调制技术，它是通过调整载波的幅度来实现信号信息的传输，而调频和调相则是通过调整载波的频率和相位来实现信号传输的。
四、无线电信号的解调技术解调技术是指将调制后的信号还原为原始信号的技术。
在解调技术中，主要包括同步解调、相干解调、非相干解调、数字解调等多种方式。
其中同步解调和相干解调是常见的一种解调技术，它们都是通过使接收器和发射器具有相同的频率和相位，从而将调制后的信号还原。
简述天波传播的工作原理
简述天波传播的工作原理
天波传播是一种电磁波在大气中传播的现象。
当频率较低的电磁波传播时，主要采用地波传播方式，而高频电磁波则采用电离层反射的天波传播方式。
天波传播的工作原理可简述如下：
1. 当电磁波辐射源位于地面时，电磁波以地波的形式向地面传播。
地波主要通过地面上的导电层（例如海水、湖泊、土壤等）来传播。
在地波传播中，电磁波的传播距离较近，信号衰减较小，但传播范围有限。
2. 高频电磁波如超过30 MHz，则会发生电离层反射，采用天波传播方式。
在电离层中存在自由电子，当电磁波在电离层遇到自由电子时，会发生反射。
这种反射会使电磁波在大气中传播很长的距离，甚至能够传播到地球的另一边。
天波传播具有远距离传输的特点。
3. 天波传播的有效性取决于电离层的状态，特别是F层和E层的情况。
F层位于电离层的较高处，通常在白天分裂成F1层和F2层，晚上F2层较为强大。
而E层位于F层下方，通常只在白天存在。
4. 电离层的竞争机制也影响了天波传播。
当有多条路径可供选择时，电磁波会按照最佳反射条件选择传播路径。
这也就解释了为什么某些地区接收到的频率会比较强，而其他地区则较弱。
总之，天波传播是通过电离层的反射来实现电磁波在大气中传输的一种传播方式，可实现远距离的通信。
无线电波的传播方式
无线电波的传播方式一、无线电波的传播方式无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后，是经过不同的传播路径到达接收点的。
人们根据这些各具特点的传播方式，把无线电波归纳为四种主要类型。
1）地波，这是沿地球表面传播的无线电波。
2）天波，也即电离层波。
地球大气层的高层存在着“电离层”。
无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。
因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。
我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。
3）空间波，由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。
有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。
直射波和反射波合称为空间波。
4）散射波，当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。
在业余无线电通信中，运用最多的是“天波”传播方式，这是短波远距离通信向必要条件。
空间波和散射波的运用多见于超高频通信，而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。
二、电离层与天波传播1．电离层概况在业余无线电中，短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。
短波段信号的传播主要依靠的是天波，所以我们必需对电离层有所了解。
地球表面被厚厚的大气层包围着。
大气层的底层部分是“对流层”，其高度在极区约为九公里，在赤道约为十六公里。
在这里，气温除局部外总是随高度上升而下降。
人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层，但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。
在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。
它对电波传播基本上没有影响。
离地面约50到400公里高空的空气很少流动。
在太阳紫外线强烈照射下，气体分子中的电子挣脱了原子的束缚，形成了自由电子和离子，即电离层。
由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射，电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层，每个分层的密度都是中间大两边小。
第13章__电波传播
电道的传输损耗：
发射天线输入功率与接收天线输出功率（满足 匹配条件）之比，即
Pin 4 r 2 1 L ( ) 2 PL A Gr G L L L0 LF Gr GL dB
在路径传输损耗 Lb 为客观存在的前提下，降 低传输损耗L的重要措施就是提高收、发天线的增 益系数。
因此，频率越低，绕射能力越强。
衰减损耗、衰落 媒质效应 反射、折射、散射 极化偏转 干扰和噪声 时域、频域畸变 这些媒质效应对信息传输的质量和可靠性常常产 生严重影响，因此各种媒质中各频段电磁波的传播效 应是电波传播研究的主要对象。
电波
电波传播的基本特性
电波传播的基本特性即移动信道的基本特性 ——衰落特性
D=1的无方向性接收天线的有效接收面积为
Ae 4
2
所以该接收天线的接收功率为
2 PL Sav Ae ( ) Pr 4 r
于是自由空间传播损耗为
Pr 4 r L0 10lg 20lg dB PL
或 L0 32.45 20lg f ( MHz ) 20lg r( km)
划分菲涅尔半波带的球面是任意选取的，因此 当球面半径R变化时，尽管各菲涅尔区的尺寸也在 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A、P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。
A
2F1
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。
基本传输损耗：Lb L0 LF 自由空间传播损耗
dB
衰减损耗
如果发射天线的输入功率为Pin，增益系数为 Gr，接收天线的增益系数为GL，则相应的功率密 度和最佳接收功率分别为
什么是高频电波
高频电波
高频电波（High Frequency, HF）是指频率范围在3 MHz到30 MHz之间的电磁波。
在无线电通信中，高频电波常用于长距离的远程通信，特别是在短波广播、海洋通信和航空通信中广泛应用。
高频电波具有以下特点：
●长距离传输：相对低频电波而言，高频电波在空间传播时几
乎没有地面反射，因此可以沿地球表面进行远距离传输。
这
使得高频电波在无线电通信中具有重要的作用，尤其是用于
长距离和远程通信。
●天波传播：高频电波的传播受到电离层的影响，可通过电离
层的反射和折射实现远距离传播。
这种传播方式被称为天波
传播，使得高频电波能够实现全球范围的通信。
●抗干扰性强：高频电波具有一定的抗干扰性，能够在环境干
扰较大的情况下进行通信。
这使得高频电波在恶劣环境下的
通信应用中具备优势，如海洋通信和远程地区的通信。
●带宽较窄：相比于较高频率的电磁波，高频电波的带宽较窄。
这意味着高频电波能够携带的信息量相对较小。
●高频电波在远程通信、全球通信以及特殊环境下的通信中扮
演着重要的角色。
通过利用电离层反射的传播特性，它可以实现长距离的通信，并具备一定的抗干扰性能。
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。
基于短波的天波传播衰减预测模型研究
层 和 Ｆ层 。 白 天 ， 层 还 可 细 分 为 Ｆ Ｆ １层 和 １ 层 ， ２ ７ ２ Ｆ
波 。 电 离 层 是 太 阳 辐 射 构 成 的 ， 年 四 季 乃 至 每 时 每 一 刻 太 阳 照 射 的 强 弱 都 在 变 化 ， 此 各 地 电 离 层 的 情 况 因 各 有 所 异 。 电 离 层 的 电 离 条 件 不 断 变 化 ， 通 过 天 波 使 传 播 的 短 波 信 道 并 不 稳 定 ， 实 质 上 是 一 种 时 变 的 色 它 散 信 道 。 短 波 信 道 的 路 径 衰 耗 、 延 散 布 、 气 噪 声 时 大
Ｎｅｗ ｏ ｋ ａｎ ｍ ｍ ｕ ｉａ ｉｎ ｔ ｒ ｄ Ｃｏ ｎｃ ｔ ｏ
基于短波 的天波传播衰减预测模型研究
徐 义 君 ， 云 革 ， 洁 汤 蒙 （ 中国人 民解 放 军 ６ ８０部 队， 南 洛 阳 ４ １０ ） ３８ 河 ７ ０ ３
摘 要 ：建 立短 波 天 波传 播 衰 减预 测 的计 算 模 型 ，为 保 障短 波通 信 电路 的 可 靠性 提 供 参 考 依 据 ， 建 立 的 方 法 主 要 依 据 Ｉ Ｕ Ｒ Ｐ ５ ３ ７ 首 先 进 行 传 播 路 径 的 判 别 ， 而 进 行 频 率 预 测 ， 后 建 立 传 播 Ｔ — ．３ — 。 进 最 衰减 计 算模 型并 与 文 献 结 果进 行 比对 ，两 者有 较 好 的 一 致性 。频 率 预 测 部 分摒 弃 了 ＩＵ Ｒ Ｐ５ ３ ７ Ｔ — ．３ — 中 的 全 球 预 测 方 法 ， 用 了对 我 国 来 说 较 为 准 确 的 亚 大 方 法 。 采 关 键 词 ：传 播路 径 ； 率预 测 ； 频 衰减 计 算
无线通讯有哪些常见技术
⽆线通讯有哪些常见技术近年来，随着电⼦技术、计算机技术的发展，⽆线通信技术蓬勃发展，出现了各种标准的⽆线数据传输标准，它们各有其优缺点和不同的应⽤场合，本⽂将⽬前应⽤的、⽆线通信种类进⾏了分析对⽐，⽅便⼤家参考了解。
⼀、⽆线通信(数据)传输⽅式及技术原理⽆线通信是利⽤电磁波信号在⾃由空间中传播的特性进⾏信息交换的⼀种通信⽅式。
⽆线通信技术⾃⾝有很多优点，成本较低，⽆线通信技术不必建⽴物理线路，更不⽤⼤量的⼈⼒去铺设电缆，⽽且⽆线通信技术不受⼯业环境的限制，对抗环境的变化能⼒较强，故障诊断也较为容易，相对于传统的有线通信的设置与维修，⽆线⽹络的维修可以通过远程诊断完成，更加便捷;扩展性强，当⽹络需要扩展时，⽆线通信不需要扩展布线;灵活性强，⽆线⽹络不受环境地形等限制，⽽且在使⽤环境发⽣变化时，⽆线⽹络只需要做很少的调整，就能适应新环境的要求。
常见的⽆线通信(数据)传输⽅式及技术分为两种：“近距离⽆线通信技术”和“远距离⽆线传输技术”。
1. 近距离⽆线通信技术短(近)距离⽆线通信技术是指通信双⽅通过⽆线电波传输数据，并且传输距离在较近的范围内，其应⽤范围⾮常⼴泛。
近年来，应⽤较为⼴泛及具有较好发展前景的短距离⽆线通信标准有：Zig-Bee、蓝⽛(Bluetooth)、⽆线宽带(Wi-Fi)、超宽带(UWB)和近场通信(NFC)。
(1) Zig-BeeZig-Bee是基于IEEE802.15.4标准⽽建⽴的⼀种短距离、低功耗的⽆线通信技术。
Zig-Bee来源于蜜蜂群的通信⽅式，由于蜜蜂(Bee)是靠飞翔和‘嗡嗡’(Zig)地抖动翅膀的来与同伴确定⾷物源的⽅向、位置和距离等信息，从⽽构成了蜂群的通信⽹络。
其特点是距离近，其通常传输距离是10-100m;低功耗，在低耗电待机模式下，2节5号⼲电池可⽀持1个终端⼯作6-24个⽉，甚⾄更长;其成本，Zig-Bee免协议费，芯⽚价格便宜;低速率，通Zig-Bee常⼯作在20-250kbps的较低速率;短时延，Zig-Bee的响应速度较快等。
天波和地波
这主要根据其主要的传播途径来说的,无线电波有三种传播方式：地波、天波和沿直线传播的波。
地波沿地球表面附近的空间传播的无线电波叫地波。
地面上有高低不平的山坡和房屋等障物，根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。
地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们。
中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本领就很差了。
地球是个良导体，地球表面会因地波的传播引起感应电流，因而地波在传播过程中有能量损失。
频率越高，损失的能量越多。
所以无论从衍射的角度看还是从能量损失的角度看，长波、中波和中短波沿地球表面可以传播较远的距离，而短波和微波则不能。
地波的传播比较稳定，不受昼夜变化的影响，而且能够沿着弯曲的地球表面达到地平线以外的地方，所以长波、中波和中短波用来进行无线电广播。
由于地波在传播过程中要不断损失能量，而且频率越高(波长越短)损失越大，因此中波和中短波的传播距离不大，一般在几百千米范围内，收音机在这两个波段一般只能收听到本地或邻近省市的电台。
长波沿地面传播的距离要远得多，但发射长波的设备庞大，造价高，所长波很少用于无线电广播，多用于超远程无线电通信和导航等。
天波依靠电离层的反射来传播的无线电波叫做天波。
什么是电离层呢？地球被厚厚的大气层包围着，在地面上空50千米到几百千米的范围内，大气中一部分气体分子由于受到太阳光的照射而丢失电子，即发生电离，产生带正电的离子和自由电子，这层大气就叫做电离层。
电离层对于不同波长的电磁波表现出不同的特性。
实验证明，波长短于10m的微波能穿过电离层，波长超过3000km的长波，几乎会被电离层全部吸收。
对于中波、中短波、短波，波长越短，电离层对它吸收得越少而反射得越多。
因此，短波最适宜以天波的形式传播，它可以被电离层反射到几千千米以外。
但是，电离层是不稳定的，白天受阳光照射时电离程度高，夜晚电离程度低。
因此夜间它对中波和中短波的吸收减弱，这时中波和中短波也能以天波的形式传播。
无线电波的四种传播方式
无线电波的四种传播方式
无线电波的四种传播方式分别是：
1. 地面波传播：地面波是靠着大地反射和折射形成的，主要在短波和中波频段中使用。
地面波传播的优点是信号稳定，但距离有限，适用于局部通信。
2. 天波传播：天波是指从天空反射回来的无线电波，主要在短波和中波频段中使用。
天波传播的优点是传播距离较远，但受天气影响较大，信号容易受到干扰。
3. 散射波传播：散射波是指无线电波在物体表面散射后形成的波，主要在超短波和微波频段中使用。
散射波传播的优点是信号不易受到干扰，但传播距离较短。
4. 空间波传播：空间波是指直接从发射天线向接收天线发射的无线电波，主要在超短波和微波频段中使用。
空间波传播的优点是传播距离较远，但信号容易受到遮挡和衰减的影响。
短波各种天线传播特点
短波各种天线传播特点
短波天线传播的特点主要包括天波传播、地波传播和地表波传播。
1. 天波传播：天波是指信号从天线发出后，经过大气电离层的反射返回地面，又由地面反射回电离层，如此多次反射到达目的地。
天波的传播距离可近可远，这取决于天线仰角及电离层状况。
利用低仰角天线可实现远距离通信，利用高仰角天线可实现近距离通信。
天波的优点在于其依靠电离层的一次或多次反射实现远距离传输，使得相对地波而言，天波成为了短波通信的主流传播途径。
然而，天波也存在一定的缺点，首先是不稳定，其次由于电离层的不均匀性、分层性以及随机性，使得其在传播过程中会存在多径效应、时间延迟、电离层衰落和大气噪声等现象。
2. 地波传播：地波在行进过程中由于地面的吸收而逐渐减弱。
地波的传播距离由地表的导电率和工作频率决定，导电率越弱，频率越高，地表波被吸收的越多。
地波的优点在于其传播稳定，但由于衰减很快，传播距离有限。
鞭状天线通信时，地波最远可传播20\~30公里。
地波的距离与发射机的功率、地表特性相关，功率越大，地表越湿润，地波距离越远。
典型数据为100W发射时，北方干燥地区约为10公里，南方约20公里。
3. 地表波传播：地表波依靠地面进行反射到达接收端。
在地表波的传播过程中，由于地面的吸收而逐渐减弱。
地表波的传播距离由地表的导电率和工作频率决定，导电率越弱，频率越高，地表波被吸收的越多。
无线技术基础
第一章无线技术基础第一节无线电波传播类型及其特点无线电波传播的方式一般分为“地面波、空间波、散射波及天波等四种。
插图图1-1 电波传播方式示意图一、地波传播地波传播又叫表面波传播，地波是指天线发射出的沿地球表面传播的电磁波。
地波传播的规律是：（一）由于地面对电磁波的吸收，使地波的强度随着距离的增加逐渐降低。
场强降低的程度与地面导电率、复盖物等有关。
城市、工业区的钢筋水泥建筑物吸收大，砂石、森林、肥沃田地和淡水湖吸收次之，吸收最小的是海洋。
（二）地波衰减随频率的升高而增大。
（三）地波在传播中场强比较稳定，地面对低频的电波吸收少，故常应用于中、长波的传输。
（四）短波用地面波传播时，对通常应用的发射功率来说，传播距离一般不超过几十公里，故只适用于小型电台。
工作频率一般在3MHz以下。
但在沿海电台和船舶电台的通信中，若使用1.6～5MHz频段，海面通信距离却可大为扩展，可达1000km以上。
二、空间波传播空间波传播是指电波在空间以直线的方式传输到接收点。
有时也叫视距传播。
人们熟悉的电视广播的传输即属于空间波传播。
空间波的特点是：（一）空间波受地球曲率的影响，在地球表面传播距离约几十公里。
（二）为了增加通信距离，通常采用加高天线高度或把天线建于高山上的办法，常见的电视台或差转台的天线采用高大铁塔或设在山上既属这种措施。
（三）采用中继方式增加通信距离。
微波中继通信一站接一站延续几千公里即属此类。
卫星通信技术的出现及发展则开辟了空间波运用的新领域。
三、散射传播它是利用空中介质对电磁波的散射作用进行的传播。
对流层、电离层、流星余迹、人造散射物体等都具有散射电磁波的性质。
如果发信机发出的电磁波照射到这些地方，就会向各个方向散乱地幅射出去，其中朝斜前方射去的电磁波能到达很远的地方。
但由于散射通信传输损耗很大，为了达到可靠的通信，一般可采用大功率发信机，高灵敏度收信机和高增益窄波束的天线。
四、天波传播天波指受到天空电离层反射或折射后返回地面的无线电波。
短波天波传播浅谈
短波天波传播浅谈【摘要】短波利用天波传播时，由于电离层的吸收随着频率的升高而减小，故能以较小的功率借助电离层反射完成远距离传播。
可以传播到几百到一二万千米的距离，甚至环球传播。
而电波比较深入的进入电离层时，受电离层的影响较大，信号不稳定。
即使工作频率选择的正确，有时也难以正常工作。
下面简单介绍短波天波传播工作频率的选择及影响短波天波传播正常工作的几个问题。
【关键词】短波天波传播;工作频率选择;短波天波传播的几个主要问题1．短波天波传播工作频率的选择工作频率的选择是影响短波通信质量的关键性问题之一。
若选用频率太高，虽然电离层的吸收小，但电波容易传出电离层，若选用频率太低，虽然能被电离层反射，但电波将受到电离层的强烈吸收。
一般来说，选择工作频率应考虑以下原则：(1)不能高于最高可用频率Fmuf , Fmuf是指当工作距离一定时，能被电离层反射回来的最高频率。
(2)不能低于最低可用频率Fluf,Fluf。
在短波天波传播中。
频率越低，电离层吸收越大，接收点信号电平越低。
由于在短波波段的噪声是以外部噪声为主，而外部噪声——人为噪声.天线噪声等的噪声电平却随着频率的降低而增强，结果使信噪比变坏。
(3)一日之内适时改变工作频率。
由于电离层的电子密度随时变化，相应地，最佳工作频率也随时间变化，但电台的工作频率不可能随时变化，所以实际工作中通常选用两个或三个频率为该电路的工作频率，选用白天适用的频率称为“日频”，夜间适用的频率称为“夜频”。
2.短波天波传播的几个主要问题2.1衰落现象严重衰落现象是指接受点信号振幅忽大忽小，无次序不规则的变化现象。
衰落时，信号强度有几十倍到几百倍的变化。
通常衰落分为快衰落和慢衰落两种。
慢衰落的周期从几分钟到几小时甚至更长，是一种吸收型衰落。
主要由电离层电子密度及高度变化造成电离层吸收的变化而引起的。
克服慢衰落的有效措施之一是在接收机中采用自动增益控制。
快衰落的周期在十分之几秒到几秒之间，是一种干涉型衰落，产生的原因是发射天线辐射的电波是由几条不同路径到达接收点的（即多径效应），由于电离层状态的随机变化，天波射线路径随之改变。
天波超视距雷达原理(一)
天波超视距雷达原理(一)天波超视距雷达天波超视距雷达（Over-the-Horizon Radar，简称OTHR）是一种利用天波传播的雷达系统，具有超视距探测能力。
本文将从浅入深，向您介绍天波超视距雷达的相关原理。
基本原理•天波传播：天波是一种通过电离层反射的电磁波，能够在地球表面之间长距离传播。
天波传播通常发生在频率范围2MHz至30MHz 之间。
•天波超视距雷达的工作原理：天波超视距雷达发射的天波信号在电离层上反射并折回地面，然后通过接收站接收。
利用这种反射和折射的特性，雷达系统能够突破地球曲率的限制，实现对超视距目标的探测和跟踪。
技术要点•天波发射：天波超视距雷达采用一种特殊的天线结构进行发射，以确保天波能够有效地辐射到电离层并形成反射。
•天波接收：雷达接收站通过合理的接收延迟和增益设置，能够捕获并辨别弱信号。
•频率选择：由于天波传播的频率范围较窄，雷达系统需要选择合适的频率以避免电离层的吸收和多径效应对探测性能的影响。
探测能力•超视距探测：天波超视距雷达具有超越地球曲率限制的探测能力，可以覆盖几千公里的范围，对远离雷达站的目标进行探测和跟踪。
•低空目标：由于天波传播的特性，天波超视距雷达对低空飞行器的探测相对更为敏感，可以在较短距离内实现高精度的目标跟踪。
应用领域•边境监控：天波超视距雷达在边境警戒和海上防御中具有重要作用，能够及时发现并追踪潜在的非法入侵目标。
•海上监测：通过部署在陆地上的天波超视距雷达，可以对远离岸线的船只进行广域监测，提供海上交通的情报和安全保障。
•空中监控：天波超视距雷达能够有效地监测低空飞行器，对于无人机的监管和空域安全具有重要意义。
总结起来，天波超视距雷达的原理基于天波传播的特性，通过利用电离层的反射和折射，实现对超视距目标的探测和跟踪。
该技术能够突破地球曲率的限制，具有广泛的应用前景。
技术优势天波超视距雷达相比传统雷达系统具有以下几个技术优势：1.覆盖范围广：天波超视距雷达可以覆盖几千公里的范围，远远超过了传统雷达的视距限制，使得监测范围更广，能够监测到更远距离的目标。
天波传播天波传播
2、Cost231-Hata模型
Cost231-Hata模型是Hata模型在1500~2000MHz频段的扩展模型, 该模型适用范围为：
（一）无线电波的方式
4、散射传播 散射传播，就是利用大气层对流层和电离层的不均匀性来散射 电波，使电波到达视线以外的地方。如图9-3-1中4所示。对流层 在地球上方约10英里处，是异类介质，反射指数随着高度的增加 而减小。
（一）无线电波的方式
5、外层空间传播 外层空间传播，就是无线电在对流层，电离层以外的外层空间 中的传播方式。如图9-3-1中的5所示。这种传播方式主要用于卫 星或以星际为对象的通信中，以及用于空间飞行器的搜索，定位 ，更踪等。自由空间波又称为直达波，沿直线传播，用于卫星和 外部空间的通信，以及陆地上的视距传播。视线距离通常为50km 左右。
•适用频段：1500~2000MHz •基站天线高度：30~200m •移动台天线高度：1~10m •覆盖距离：1~20km
2、Cost231-Hata模型
Cost231-Hata可以用式（9-3-2）、（9-3-3）和（9-3-4）表示：
城市区域：
Lp = 46.3 + 33.9 lgf - 13.82lghb + (44.9 – 6.551ghb)lgd - Ahm + Cm
表9-3-1 几中常用的传播模型
（三）传播模型的应用
1、Okumura-Hata模型
Okumura-Hata模型是依据在日本东京地区城市实际的平均测量 数据进行统计分析得出的中值路径损耗预测模型，由Hata整理为计 算公式。
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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)
对于以某一θ0斜入射的电波，能从电离层最大 电子密度Nmax 处反射回来的最高频率为
Nma x 1F
2 1
图10―3―2 1F模式的两条传播路径
10.3.2 短波天波传播工作频率的选择 选择工作频率的原则：
（1）不能高于最高可用频率fMUF
fMUF是指当工作距离一定时，能被电离层反射 回来的最高频率。 fMUF与N、θ有关。 （2）不能低于最低可用频率fLUF 能保证所需的信噪比的频率为最低可用频率fLUF 。
常数为一标量εr，若满足ω2>>υ2条件，同时将
m
9.106 1031kg,0
1
36
109 F
/ m, e
1.602 1019C
代入
r
1
Ne2
m0 ( 2 2 )
得
r
1
80.8N f2
(10―2―1)
式中，N为电子密度（1/m3）；f为频率（Hz）
定义 电离层的折射率：
F层
10.3.1 传输模式
1E
E层
传输模式示意图
所谓传输模式，就是电波从发射点辐射后传播 到接收点的传播路径。 一跳距离：电波经电离层反射一次时的地面距离。
从E层反射，一跳最远距离2000km 从F层反射，一跳最远距离4000km
表 10―3―1 传输模式
通常，若通信距离小于4000km，主要传播模式 为1F模式。但即使是1F模式，一般也存在着两条传 播路径，如图所示，其射线仰角分别为Δ1和Δ2，低 仰角射线由于以较大的入射角投射电离层，故在较 低的高度上就从电离层反射下来。
f4
滑 行 传播
0
f1
f2
f3
f1＜f2＜f3＜f4
（2）电波在电离层中的反射情况还与入射角θ0有关。
当电波频率一定时，入射角越大，越易反射。 这是因为入射角越大，则相应的折射角也越大，
稍经折射电波射线就能满足θn＝90°的条件，从
而使电波从电离层中反射下来。
1 2
3
1＜2＜3
电离 层
反射频率与仰角的关系
设R为地球半径，h为电离层高度，由正弦定律得
0
h
R
sin0 sin(90 ) cos (10―2―8)
R
Rh Rh
O
sin2 2h
cos2 0
R 1 2h
R
(10―2―9)
在仰角为Δ的条件下，电离层能反射的最高频率为
0
h
R
fmax
80.8 N max
(1
2h R
)
sin2 2h R
(10―2―10)
O
图 10―2―5 入射角θ0与射线仰角Δ的关系
（3）电离层的电子密度有明显的日变化规律
白天电子密度大，临界频率高，则允许使用的 频率就高；
夜间电子密度小，则必须降低频率才能保证天 波传播。
10.3 短波天波传播
1F 2F
电离层的等效电参数 内容回顾
等效相对复介电常数
~r
r
j 0
等效相对介电常数
r
1
Ne2
m0 ( 2 2 )
等效电导率
Ne2 m0 ( 2 2 )
本次课主要内容：
10. 2 无线电波在电离层中的传播 10．3 短波天波传播 10. 4 中波天波传播的介绍 重点：短波天波传播特点 难点：短波天波传播问题
n
r
1 80.8
Байду номын сангаас
N f2
(10―2―2)
假设电离层是由许多厚度极薄的平行薄片构
成的，每一薄片内电子密度是均匀的。设空气中
电子密度为零，而后由低到高，在 Nmax 以下空 域，各薄片层的电子密度依次为
0 N1 N2 N3 Nn1 Nn
则相应的折射率为 n0 n1 n2 n3 nn1 nn
θ 1：入射角 θ 2：折射角 n1：媒质1的折射率 n2：媒质2的折射率。
2
n2 n1
1
根据折射定理，可得
n0 sin0 n1 sin1 n2 sin2 nn sinn (10―2―3)
将n0=1，θn=90°代入上式，可得电波从电离层内 反射下来的条件式：
sin0
10.2 无线电波在电离层中的传播
为了使问题简化，作如下假设：
（1）不考虑地磁场的影响，即电离层是各向同性媒质； （2）电子密度N随高度h的变化较之沿水平方向的变化
大得多，即认为N只是高度的函数；
（3）在各层电子密度最大值附近，N(h)分布近似为抛 物线状。
10.2.1 反射条件
不考虑地磁场影响时，电离层等效相对介电
当频率为f的无线电波以一定的入射角θ0 由空
气射入电离层后，电波在通过每一薄片层时折射一 次，当薄片层数目无限增多时，电波的轨迹变成一 条光滑的曲线。
…
2
n2 n1
1
n0
0
电波在电离层内连续折射
折射定理：
入射角与折射角的正弦之比，等于两种媒质的 折射率之反比。
sin 1 n2 sin 2 n1 或 n1 sin 1 n2 sin 2