02_第二章 甚高频通信系统

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✓ 波程差等于整数倍波长的时，衰减达到极大值
✓ 地表反射系数 值越大，曲线起伏程度就越大
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2.1 超短波传播特性
✓ 接收点处的功率/场强随天线高度变化而变化 ✓ 接收点处的功率/场强随站机间距离变化而变化
存在地表反射时，接收功率随距离和天线高度变化的情况
通信系统
-14
-16
-18
-20
-22
-24
-26
-2.5
-1.5
-0.5
-2.0
-1.0
0 0.5
1.5
2.5
1.0
2.0
Hc/F
阻挡损耗与相对余隙的关系曲线
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2.1 超短波传播特性
❖ 电磁波的反射、绕射、折射、散射和吸收 ▪ 对流层大气对VHF视距传播的影响
✓氧气分子和水蒸气分子对电磁波的吸收； ✓雨、雾和雪等气象微粒对电磁波的吸收和散射； ✓对流层结构的不均匀性对电磁波的折射； ✓当VHF通信系统的工作频段在1GHz以下，前两个方面 的影响不显著，只需考虑对流层折射的影响。
✓反射波的场强为：
j 2r
E1 E0 e
✓收信点合成场强：
j 2r
E E0 1 e
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2.1 超短波传播特性
✓ 地表反射造成合成波相比于直达波的衰减：衰减因子
E 1 2 2 cos2r / 1/2 E0
=1
2
=0.5
1
0
r
5 7 3 11 2
✓两边取对数、化简
Lfspl (dB)
10 log10
PTx
10 log10
PRx
20
log10
4 df
c
Lfspl (dB) 20 log10 4 20 log10 dkm 20 log10 fMHz 120
20 log10 (3108 )
Lfspl (dB) 32.44 20log10 dkm 20log10 fMHz
不同飞行高度的地平线距离
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2.1 超短波传播特性
VHF台站对不同飞行高度的覆盖情况
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2.1 超短波传播特性
❖ 电磁波的反射、绕射、折射、散射和吸收 ▪ 平坦地表对电磁波的反射
T
h1
r+r
R h2
C d
平坦地表对VHF的反射模式
✓直达波的场强为：E0
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2.1 超短波传播特性
例 A.假设视距传输，求一个飞机VHF发射机与一个300 km远的接收站之间的最大自由空间路径损耗。 B.假设发射机的发射功率不变，欲使接收机接收到 四倍的功率，飞机与接收站的距离需要变为多远？ 解：A.
B.
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在自由空间条件 下，欲使传播距 离翻倍，应使发 射功率增至四倍
R h1
d1 2Rh1 d1(km) 3.6 h1(m)
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2.1 超短波传播特性 ❖ 无线电地平线的计算(续)
▪ 在B处增加一机载或高塔天线， 高度为h2
▪ 两点间的视距距离为
d (km) 3.6 h1(m) h2 (m)
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2.1 超短波传播特性 ❖ 无线电地平线的计算(续)
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2.1 超短波传播特性
✓ 存在地表反射时，接收功率随仰角变化情况。体现为 “天线方向图开裂”。这种情况对空地VHF通信影响很 大，但不可避免。
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2.1 超短波传播特性
✓ 注意：
并非天线越高通信效果越好，如果天线的高度调整适 当，可以避免收信点接收信号趋近零的现象。
为了避免因反射波和直射波抵消而导致的收信点的场 强明显起伏，在进行VHF站址选择和链路设计时，应充 分利用地形地物阻挡反射波。
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2.1 超短波传播特性
❖ 电磁波的反射、绕射、折射、散射和吸收 ▪ 地表障碍物对VHF视距传播的影响
R
T
F0
Hc
d1
d2
d
✓惠更斯菲涅尔定理 ✓最小菲涅尔半径F0 ✓传播余隙Hc ✓Hc>F0时无影响！
第二章 甚高频通信系统
王璐
luwang@cauc.edu.cn
中国民航大学电子信息工程学院
2020/5/20
第二章 甚高频通信系统
2.1 超短波传播特性 2.2 调制解调原理 2.3 甚高频通信系统概述 2.4 甚高频通信工作原理 2.5 频率合成器
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2.1 超短波传播特性
❖ 电磁波直达路径
▪ 天线发射功率 PTx
✓ GSM手机：3.2mW-2W ✓ 气象雷达：几百-几千W ✓ 一次雷达：几千W ✓ 二次雷达：几千W
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球表面积 S 4 d 2
空间某处的功率，与到天线 间距离的平方成反比
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2.1 超短波传播特性
❖ 电磁波直达路径
▪ 功率通量密度（PFD, power flux density）： 球表面上单位面积的辐射功率值
❖ 超短波通信 ▪ 利用波长为10m-1m（30MHz-300MHz）的电磁波 进行无线电通信，多用于电视、雷达、民航和 移动电台等通信； ▪ 也称为甚高频（VHF）无线电通信是全世界主 要的航空移动通信方式，能提供快捷、便宜而 可靠的空地视线范围的通信。
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3来自百度文库
2.1 超短波传播特性
刃形障碍物在电磁波传播路径上的情况
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2.1 超短波传播特性
✓ 当地表障碍物超过收发间连线 障碍物绕射
光滑障碍物绕射
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刃形边缘绕射
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2.1 超短波传播特性
✓ 当地表障碍物超过收发间连线 障碍物的阻挡损耗
(dB)
4
2
0
-2
-4
阻 -6
挡 损 耗
-8 -10 -12
(W / m2 ) PTx / 4 d 2
▪ 接收天线有效孔径Ae（单位：m2）：
Ae
2 4
▪ 接收天线所接收的功率：
PRx
Ae
PTx
4 d
2
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2.1 超短波传播特性
❖ 电磁波直达路径 ▪ 自由空间的路径损耗
L fspl
PTx PRx
4 d
2
4 df
c
2
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2.1 超短波传播特性
❖ 电场强度与发射功率的关系 ▪ 电路
▪ 类似的，场
自由空间阻抗
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2.1 超短波传播特性 ❖ 电场强度与发射功率的关系（续）
电场强度与接收功率的关系
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2.1 超短波传播特性
❖ 无线电地平线的计算 ▪ A点处有一飞机，海拔高度为h1 ▪ 飞机与无线电地平线距离为d1