无线电波传播 第二讲 电离层探测 地磁场 介电常数 等离子体共29页
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无线电波原理PPT课件
电
线
通
信
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
3
4
无线通信的概念
利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的 通信方式称为无线电通信，简称无线通信。
我们身边有哪些无线通信应用
5
无线通信的发展
1837年 莫尔斯电码
1876年 贝尔发明了电话
厘米波 (SSW)
毫米波 (ESW)
１０ ~ １００m １ ~１０
m
１０ ~ １００cm
１~ １０cm 1 ~10mm
3 ~3０M 30 ~300M 300MHz~3G
3 ~3０G 30 ~300G
高频 （HＦ）
甚高频 （ＶHＦ） 特高频 （ＵＨＦ）
超高频 （ＳＨＦ）
极高频 （ＥＨＦ）
广播、通信
电视广播、调频广 播、雷达
26
慢衰落
慢衰落（阴影衰落） 由于建筑物、地形起伏等障碍物对传播路径的阻挡，
在障碍物后面会形成“阴影区”，造成接收信号强 度缓慢变化，称为慢衰落。克服方法主要是加大发 射功率，增加接收灵敏度。
27
多普勒频移
当接收端与发射端之间存在相对运动时，接收端接收到 的信号频率与发射端的信号频率不相同，这种现象称为 多普勒效应，接收频率与发射效率之差称为多普勒频移。
红外线
X射线
射线
可见光 紫外线
f(Hz)104 105 106 双绞线
107
108
109 1010 卫星
1011 1012 1013 1014 1015 1016 光纤
线
通
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无线通信的概念
利用电磁波的辐射和传播，经过空间传送信息的 通信方式称为无线电通信，简称无线通信。
我们身边有哪些无线通信应用
5
无线通信的发展
1837年 莫尔斯电码
1876年 贝尔发明了电话
厘米波 (SSW)
毫米波 (ESW)
１０ ~ １００m １ ~１０
m
１０ ~ １００cm
１~ １０cm 1 ~10mm
3 ~3０M 30 ~300M 300MHz~3G
3 ~3０G 30 ~300G
高频 （HＦ）
甚高频 （ＶHＦ） 特高频 （ＵＨＦ）
超高频 （ＳＨＦ）
极高频 （ＥＨＦ）
广播、通信
电视广播、调频广 播、雷达
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慢衰落
慢衰落（阴影衰落） 由于建筑物、地形起伏等障碍物对传播路径的阻挡，
在障碍物后面会形成“阴影区”，造成接收信号强 度缓慢变化，称为慢衰落。克服方法主要是加大发 射功率，增加接收灵敏度。
27
多普勒频移
当接收端与发射端之间存在相对运动时，接收端接收到 的信号频率与发射端的信号频率不相同，这种现象称为 多普勒效应，接收频率与发射效率之差称为多普勒频移。
红外线
X射线
射线
可见光 紫外线
f(Hz)104 105 106 双绞线
107
108
109 1010 卫星
1011 1012 1013 1014 1015 1016 光纤
电波传播2
6
§5.4 天波传播
无线电波在电离层中的传播
为简化讨论，做如下假设：
电离层为各向同性媒质； 电子浓度N只是高度h的一元函数； 在各区电子浓度最大值附近，N（h）近似为抛物线 状
7
§5.4 天波传播
反射条件
不考虑地磁场影响时，εr是一个标量
εr = 1−
80.8 N 80.8N f2
（1）
通常认为磁导率为μ0 ，故电离层的相对折射率
15
§5.4 天波传播
对某一通信电路而 言，可能存在的传 播模式是与通信距 离、工作频率、电 离层状态等因素有 关的。 通常，若通信距离 小于4000km时主 要传播模式为1F 型
图5-11 多跳传播
表5-2 何种距离可能存在的传输模式
16
§5.4 天波传播
对于一定的通信距离即使是单一传输模式，一般也 存在着两条传播路径，其射线仰角分别为 ∆1 和 ∆ 2 ， 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，而高仰角射线 由于入射角小，则需要在较大的电子浓度处才得以 反射回来 以上现象说明，对一定的传播距离而言，可能同时 存在着几种传输模式和几条射线路径，这就是短波 通信中的多径传输效应。接收点场强则是这些射线 的场强之和
r
5
§5.4 天波传播
实际上电离层的电子浓度是随距地面的高度不 σ 同而变化的，因此其等效电参数 ε r ， 随高度变 化，电离层呈现不均匀的性质 由于气体分子的湍流以及电离源的随机变化， 使电子浓度有小尺度的起伏，因此电离层的等 效电参数具有随机过程的性质 电离层是一个色散、各向异性、随机的、时空 变化的半导电媒质。严格地说，它也是一种非 线性媒质
图5-13 天波传播路径的几何关系
§5.4 天波传播
无线电波在电离层中的传播
为简化讨论，做如下假设：
电离层为各向同性媒质； 电子浓度N只是高度h的一元函数； 在各区电子浓度最大值附近，N（h）近似为抛物线 状
7
§5.4 天波传播
反射条件
不考虑地磁场影响时，εr是一个标量
εr = 1−
80.8 N 80.8N f2
（1）
通常认为磁导率为μ0 ，故电离层的相对折射率
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§5.4 天波传播
对某一通信电路而 言，可能存在的传 播模式是与通信距 离、工作频率、电 离层状态等因素有 关的。 通常，若通信距离 小于4000km时主 要传播模式为1F 型
图5-11 多跳传播
表5-2 何种距离可能存在的传输模式
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§5.4 天波传播
对于一定的通信距离即使是单一传输模式，一般也 存在着两条传播路径，其射线仰角分别为 ∆1 和 ∆ 2 ， 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，而高仰角射线 由于入射角小，则需要在较大的电子浓度处才得以 反射回来 以上现象说明，对一定的传播距离而言，可能同时 存在着几种传输模式和几条射线路径，这就是短波 通信中的多径传输效应。接收点场强则是这些射线 的场强之和
r
5
§5.4 天波传播
实际上电离层的电子浓度是随距地面的高度不 σ 同而变化的，因此其等效电参数 ε r ， 随高度变 化，电离层呈现不均匀的性质 由于气体分子的湍流以及电离源的随机变化， 使电子浓度有小尺度的起伏，因此电离层的等 效电参数具有随机过程的性质 电离层是一个色散、各向异性、随机的、时空 变化的半导电媒质。严格地说，它也是一种非 线性媒质
图5-13 天波传播路径的几何关系
电离层无线电波传播
电离层无线电波传播dianliceng wuxian dianbo chuanbo电离层无线电波传播radio wave propagation in the ionosphere无线电波在电离层中传播的规律及其应用的研究，早先着重于电波在电离层F2层电子密度峰值以下区域的传播问题，人造卫星上天以后，扩展到穿越整个电离层区域的传播规律问题。
基本理论电离层由自由电子正离子负离子、分子和原子组成，是部分电离的等离子体介质。
带电粒子的存在影响无线电波的传播，其机制是带电粒子在外加电磁场的作用下随之振动，从而产生二次辐射，同原来的场矢量相加，总的效果表现为电离层对电波的折射指数小于1。
由于自由电子的质量远小于离子的质量,一般电子的作用是主要的，只要考虑电子就够了。
但如电波频率较低而接近于离子的等离子体频率时，离子的影响也不能忽略。
由于地磁场的存在，带电粒子也受它的影响，所以电离层又是各向异性的（见磁离子理论）。
电离层的形成和结构特性是受太阳控制的，因此它既随时间又随空间变化。
在这样复杂的介质中，分析无线电波传播问题必须建立相对简化的物理模型并根据电波的频率采用相应的理论和方法。
对于电离层电波传播，介质的折射指数是一个最根本的参数，实验证明相当有效。
为人们普遍接受的磁离子理论表达的折射指数的公式称为阿普尔顿-哈特里公式,它是电离层电子密度和电波频率的函数，所以又被称为色散公式，而电离层则是一种色散介质。
对于短波和波长更短的电波传播问题，可以采用近似的射线理论，对长波和超长波则一般需要采用波动理论，有时可将地面和电离层底部之间看作一个同心球形波导。
折射和反射电离层的折射指数主要取决于电子密度和电波频率，电子密度愈大或电波频率愈低，折射指数愈小。
因为电离层的折射指数小于1,电波在电离层中受到向下折射，在垂直投射的情况下，折射指数等于零时，电波不能传播，产生“反射”。
在一定值的电子密度情况下，使折射指数为零的频率称为电波的临界频率，在地磁场的影响可以忽略时，这一频率就等于电子的等离子体频率。
第3章-电离层电波传播
2 2
第3章 电离层电波传播 地磁场的影响：
FB ev B0
– 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 – 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作圆周运动。
若ω=υ， 则电离层的电导率最大， ω>>υ和 ω<<υ时，电导 率很小，近似为0 。 频率越高，电导率越小。 D层：υ=106-107次/秒 E层：υ=105次/秒 F层：υ=102-103次/秒 800km：υ=1次/秒 D层电导率最大，E层次之，电离层吸收损耗主要由D层引 起，有时称D层、E层为吸收层。
电波传播与散射
第3章 电离层电波传播
第3章 电离层电波传播
电离层电波传播(Ionospheric Radio Propagation)
– 无线电波在电离层中的传播 • 天波传播(Sky Wave Propagation):经电离层反射后到达接收 点的传播 • 电离层散射传播 • 流星余迹散射传播
3.1 电离层概况 3.2 无线电波在电离层中的传播 3.3 短波天波传播 3.4 中波和长波电离层传播
第3章 电离层电波传播
3.1.3 电离层的等效电参数 – 无规则热运动 – 外电场作用作简谐运动 – 碰撞导致吸收损耗 –电离层的等效电参数
•有耗等离子体的复相对介电常数 r r j 0 •如何求解εr和σ？
H j 0 E J e r E j 0
2
电波传播与散射
第3章 电离层电波传播 电离层的规则变化 • 日夜变化:正午稍后时分达到最大值，到拂晓时各层的电子 密度达到最小，黎明和黄昏时分，电子浓度变化最快。夜 间D层消失，E层变低、密度减小，F层合并且浓度降低。 • 季节变化：一般夏季的电子密度大于冬季，但F2层例外。 • 随太阳黑子11年周期的变化：黑子数目增加，各层电子密 度增加，F2层受太阳活动影响最大。
第3章 电离层电波传播 地磁场的影响：
FB ev B0
– 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 – 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作圆周运动。
若ω=υ， 则电离层的电导率最大， ω>>υ和 ω<<υ时，电导 率很小，近似为0 。 频率越高，电导率越小。 D层：υ=106-107次/秒 E层：υ=105次/秒 F层：υ=102-103次/秒 800km：υ=1次/秒 D层电导率最大，E层次之，电离层吸收损耗主要由D层引 起，有时称D层、E层为吸收层。
电波传播与散射
第3章 电离层电波传播
第3章 电离层电波传播
电离层电波传播(Ionospheric Radio Propagation)
– 无线电波在电离层中的传播 • 天波传播(Sky Wave Propagation):经电离层反射后到达接收 点的传播 • 电离层散射传播 • 流星余迹散射传播
3.1 电离层概况 3.2 无线电波在电离层中的传播 3.3 短波天波传播 3.4 中波和长波电离层传播
第3章 电离层电波传播
3.1.3 电离层的等效电参数 – 无规则热运动 – 外电场作用作简谐运动 – 碰撞导致吸收损耗 –电离层的等效电参数
•有耗等离子体的复相对介电常数 r r j 0 •如何求解εr和σ？
H j 0 E J e r E j 0
2
电波传播与散射
第3章 电离层电波传播 电离层的规则变化 • 日夜变化:正午稍后时分达到最大值，到拂晓时各层的电子 密度达到最小，黎明和黄昏时分，电子浓度变化最快。夜 间D层消失，E层变低、密度减小，F层合并且浓度降低。 • 季节变化：一般夏季的电子密度大于冬季，但F2层例外。 • 随太阳黑子11年周期的变化：黑子数目增加，各层电子密 度增加，F2层受太阳活动影响最大。
无线电波传播理论
02
电离层传播模型需要考虑电离层 的结构、成分、电子密度等参数 ，以及电离层对电波的吸收和反 射等作用。
地面对无线电波的吸收
地面对无线电波的吸收是指电波在传 播过程中，由于地面物质的吸收作用 而导致的能量损耗。
VS
地面对无线电波的吸收与地面的物质 成分、湿度、温度等因素有关，不同 的地面类型对电波的吸收程度不同。
对流层传播模型
对流层传播模型适用于电波在对流层中的传播，由于对流层的气象条件复杂多变，电波传播受到大气 折射、散射、吸收等因素影响。
对流层传播模型需要考虑大气温度、湿度、气压等参数，以及气象条件对电波传播的影响。
电离层传播模型
01
电离层传播模型适用于电波在电 离层中的传播，电离层对电波的 折射、反射、散射等作用会影响 电波的传播路径和强度。
、雷达等领域。
无线电波的产生与传播
产生
无线电波可以通过电子运动、振荡器 、天线等设备产生。
传播
无线电波在传播过程中会受到多种因 素的影响，如大气、地形、建筑物等 ，其传播方式和距离也会因此而有所 不同。
02 无线电波传播方式
直射传播
直射传播是指无线电波直接从发射天线沿直线到达接收设备 ，不经过其他介质或物体的反射、折射或散射。直射传播的 路径损耗较小，信号质量较好，但受地形、建筑物等遮挡物 的影响较大。
自由空间传播模型
自由空间传播模型适用于电波在自由 空间中的传播，其假设电波在均匀介 质中沿直线传播，不受地球曲率、大 气折射等因素影响。
自由空间传播模型的公式为：$d = frac{c}{2pi f sqrt{epsilon}}$，其中 $d$为电波传播距离，$c$为光速，$f$ 为电波频率，$epsilon$为介电常数。
电离层传播模型需要考虑电离层 的结构、成分、电子密度等参数 ，以及电离层对电波的吸收和反 射等作用。
地面对无线电波的吸收
地面对无线电波的吸收是指电波在传 播过程中，由于地面物质的吸收作用 而导致的能量损耗。
VS
地面对无线电波的吸收与地面的物质 成分、湿度、温度等因素有关，不同 的地面类型对电波的吸收程度不同。
对流层传播模型
对流层传播模型适用于电波在对流层中的传播，由于对流层的气象条件复杂多变，电波传播受到大气 折射、散射、吸收等因素影响。
对流层传播模型需要考虑大气温度、湿度、气压等参数，以及气象条件对电波传播的影响。
电离层传播模型
01
电离层传播模型适用于电波在电 离层中的传播，电离层对电波的 折射、反射、散射等作用会影响 电波的传播路径和强度。
、雷达等领域。
无线电波的产生与传播
产生
无线电波可以通过电子运动、振荡器 、天线等设备产生。
传播
无线电波在传播过程中会受到多种因 素的影响，如大气、地形、建筑物等 ，其传播方式和距离也会因此而有所 不同。
02 无线电波传播方式
直射传播
直射传播是指无线电波直接从发射天线沿直线到达接收设备 ，不经过其他介质或物体的反射、折射或散射。直射传播的 路径损耗较小，信号质量较好，但受地形、建筑物等遮挡物 的影响较大。
自由空间传播模型
自由空间传播模型适用于电波在自由 空间中的传播，其假设电波在均匀介 质中沿直线传播，不受地球曲率、大 气折射等因素影响。
自由空间传播模型的公式为：$d = frac{c}{2pi f sqrt{epsilon}}$，其中 $d$为电波传播距离，$c$为光速，$f$ 为电波频率，$epsilon$为介电常数。
无线电波传播基础理论PPT课件
• 电波传播具有可逆性，即电波从A点传播到B点所经历的损耗和衰 减同电波从B点传播到A点所经历的是一样的。
第1页/共25页
1.2 频段划分
通常无线电波所指的是从极低频10KHz到极超高频的顶点300GHz（Giga Hertz）。通常划分成八个区域，参看下表：
波段 号数
符号(中译名)
频率范围频率范 (下限除外包括上限)
第9页/共25页
1.5 快衰落与慢衰落
总的来说，在蜂窝环境中有两种影响：第一种是多径，从建筑物表面或其 他物体反射、散射而产生的短期衰落；第二种是直接可见路径产生的主要 信号强度的缓慢变化，即长期场强变化。也就是说，信道工作于符合瑞利 分布的快衰落并叠加有信号幅度满足对数正态分布的慢衰落。
第10页/共25页
• 平均差值 = 9.5dB, 变化范围为 = -6 ～22 dB (损耗包括了 ERP和电缆损耗的不同)
120 100
80 60 40 20
图0 中部分变化较大的值是由于天线波瓣图的差异造成的 • 室内穿透损耗1800M比900M平均要大3～5dB，但对部分
建筑物可能是负的
第16页/共25页
1.7 900/1800频段传播特性比较
自分别为30dBm和33dBm）
– 50m长 7/8” 电缆损耗差值为0.97dB – GSM1800与GSM900相比较，所有以上各项给出了 13.77 dB差值 • 但实际的场强测量和1800M频段的模型校正发现平均差值并没有这么大 – 通常 Okumura – Hata模型1800M频段的修正因子比900M频段小3～
这说明平均损耗差值在810db之间且依赖于具体电波传播环境和基站天线高度179001800频段传播特性比较?以下测试是在市区环境中同一站址分别在1800mhz和900mhz频段的下行链路中进行的?平均差值95db变化范围为622db损耗包括了erp和电缆损耗的不同图中部分变化较大的值是由于天线波瓣图的差异造成的?室内穿透损耗1800m比900m平均要大35db但对部分建筑物可能是负的02040608010012015131197531135791113151719212325samples179001800频段传播特性比较11010090807060504030201001020304050607080901000509131721252933374145495357616569737781cellrangekmcoveragethresholddbmlocationprobablitycoveragethresholdgsm1800coveragethresholdgsm900locationprobablitygsm1800locationprobablitygsm900?路径损耗用5db纠正?bs天线高度30m?ms天线高度15m?标准方差8db?路径损耗斜率338?gsm1800ms灵敏度功率100dbm30dbm?gsm900ms灵敏度功功率率102dbm33dbm平均差值877db?由于1800m频段的覆盖比900m频段要差810db因此可以通过共站址的方法实现有效的室外覆盖
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1.2 频段划分
通常无线电波所指的是从极低频10KHz到极超高频的顶点300GHz（Giga Hertz）。通常划分成八个区域，参看下表：
波段 号数
符号(中译名)
频率范围频率范 (下限除外包括上限)
第9页/共25页
1.5 快衰落与慢衰落
总的来说，在蜂窝环境中有两种影响：第一种是多径，从建筑物表面或其 他物体反射、散射而产生的短期衰落；第二种是直接可见路径产生的主要 信号强度的缓慢变化，即长期场强变化。也就是说，信道工作于符合瑞利 分布的快衰落并叠加有信号幅度满足对数正态分布的慢衰落。
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• 平均差值 = 9.5dB, 变化范围为 = -6 ～22 dB (损耗包括了 ERP和电缆损耗的不同)
120 100
80 60 40 20
图0 中部分变化较大的值是由于天线波瓣图的差异造成的 • 室内穿透损耗1800M比900M平均要大3～5dB，但对部分
建筑物可能是负的
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1.7 900/1800频段传播特性比较
自分别为30dBm和33dBm）
– 50m长 7/8” 电缆损耗差值为0.97dB – GSM1800与GSM900相比较，所有以上各项给出了 13.77 dB差值 • 但实际的场强测量和1800M频段的模型校正发现平均差值并没有这么大 – 通常 Okumura – Hata模型1800M频段的修正因子比900M频段小3～
这说明平均损耗差值在810db之间且依赖于具体电波传播环境和基站天线高度179001800频段传播特性比较?以下测试是在市区环境中同一站址分别在1800mhz和900mhz频段的下行链路中进行的?平均差值95db变化范围为622db损耗包括了erp和电缆损耗的不同图中部分变化较大的值是由于天线波瓣图的差异造成的?室内穿透损耗1800m比900m平均要大35db但对部分建筑物可能是负的02040608010012015131197531135791113151719212325samples179001800频段传播特性比较11010090807060504030201001020304050607080901000509131721252933374145495357616569737781cellrangekmcoveragethresholddbmlocationprobablitycoveragethresholdgsm1800coveragethresholdgsm900locationprobablitygsm1800locationprobablitygsm900?路径损耗用5db纠正?bs天线高度30m?ms天线高度15m?标准方差8db?路径损耗斜率338?gsm1800ms灵敏度功率100dbm30dbm?gsm900ms灵敏度功功率率102dbm33dbm平均差值877db?由于1800m频段的覆盖比900m频段要差810db因此可以通过共站址的方法实现有效的室外覆盖
通信导论第五章电波传播
E 30PiGi
如果接收天线的增益系数为GR, r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
pRS0Ae4piG r2 i 4 2G R
GR
4Ae 2
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:
Lbf
10lg
Lbf
pi
Pi pR
4r2Gi1GR
pR
3 . 4 2 2 5 lf ( g 0 M ) 2 l H r ( g k 0 ) G m Z i ( d ) G B R ( d )B
由于对流层中大气温度（T）、压力（P）和湿度（S）等 变化。使大气介电常数也随着高度而变化。特别是由于大 气的湍流运动，使得对流层内存在着许许多多介电常数ε 作随机变化的不均匀介质团，每一不均匀介质团的尺寸平 均约50米～60米。当无线电波投射到这些不均匀介质团时， 每一不均匀介质团就变成一个二次波源，向周围散射电磁 波，其中一部分能量就被散射到接收地点而被接收天线所 接收，这就形成了对流层散射通信。
电波在传播过程中有绕过障碍物的能力，这种现 象称为绕射。由于波的绕射，电波可以绕过高低不平 的地面或绕过一定高度的障碍物，到达接收地点，这 也就是我们有时在障碍物后面仍能收到无线电信号的 原因。电波绕射能力与电波的波长有关，波长越长， 绕射能力越强，波长越短，绕射能力越弱。另外，当 电波在各种媒质中传播时会在传播过程中遇到各种有 损耗的介质而损耗一部分能量。
二、电波传播的主要方式
➢ 地面波传播 ➢ 直接波传播 ➢ 对流层传播 ➢ 电离层传播（天波） ➢ 地面－卫星传播
电波传播示意图
1. 地面波传播
地面波传播（Ground Wave Propagation）指电波沿地球表 面的绕射传播，也称表面波传播（Surface-Wave Propagation）
南京理工大学天线及电波传播PPT课件
10.3.2 短波天线传播工作频率的选 择
• 频率太高，虽然电离层的吸收小，但电波容易穿出电离层； • 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。 • （1）不能高于最高可用频率(fMUF)
• fMUF与电离层的电子密度及电波入射角有关。N越大， fMUF越高 • 电波频率为最高可用频率时，可能电波穿出电离层。
第65页/共76页
视距距离的意义
• 实际的视距传播应满足亮区条件。否则绕射损失会加大电波传播的总损耗。
第66页/共76页
2.天线的等效高度
H1,H2不等时，如何确定d1和d2则比较复杂，通常需要查表 第67页/共76页
3.球面地的扩散因子
第68页/共76页
11.2 对流层大气对 视距传播的影响
第35页/共76页
• 2）不能低于最低可用频率(fLUF) 保证所需的信噪比的频率为fLUF，由电离层的吸收、噪声决定。 晚上fLUF低，白天高 最佳工作频率fowF
• 3）日频、夜频
fOWF 85% fMUF
第36页/共76页
10.3.3 短波天波传播的几个主要问题
1. 衰落现象严重
第37页/共76页
E层能反射几 兆赫兹的电波。
第4页/共76页
F层空气极其 稀薄，电子密 度最大，碰撞 概率低。
10.1.2 电离层变化规律
电离层是一种随机的，色散的，各向异性的半导电 媒质。它的参数如电子密度、分布高度、电离层厚度等 都是随机量。
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1.电离层的规则变化
• 位置变化
D层突然吸收现象（时 间较短,平均几分钟）
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太阳风，速度约几百上千 km/s，到达地球需要30小 时左右。带电粒子流的空 间分布范围较窄。 电子密度下降的影响是本 来F2层反射的电磁波，被 穿透，造成信号中断。
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
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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
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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)。
教科版高中物理选择性必修第二册精品课件 第4章 无线电波的发射、传播与接收 无线电波与移动互联网
频率 相
等时,电路中激起的感应电流最强,这种现象叫作电磁谐振,也称为电谐振。
(3)调谐:使接收电路中产生 电谐振
的过程叫作调谐。能够调谐的接
收电路叫调谐电路。
四、无线电波与移动互联网
(1)信息技术的核心内容:获取、表达、 存储 和 传递 。
(2)蜂窝系统:每一个固定的 基站 的工作范围经过合理的调配后呈正六
C.增大自感线圈的匝数
D.提高供电电压
解析 要增大无线电波向空间发射电磁波的能力,必须提高其振荡频率,即
减小L或减小C,要减小L,可通过减小线圈匝数、向外抽铁芯的方法;要减小
C,可采用增大板间距离、减小极板正对面积、减小介电常数的方法,故B
正确。
探究点二
无线电波的接收
导学探究
如图所示,我们调节旋钮改变的是什么?调节的目的又是什么?
振幅也就随着声音信号的变化而变化,这就是调制。它不但影响了正半周,
也影响了负半周,故选B。
1 2 3 4
4.(电磁波发射)(多选)在电磁波的发射过程中,用一平行板电容器C和一个
线圈L组成LC振荡电路,要增大发射电磁波的波长,下列调节正确的是( BD )
A.增大电容器两极板间的距离
B.增大线圈的匝数,在线圈中加铁芯
电磁波。
(2)调制:把传递的信号加到载波上的过程。
①调幅:振幅随信号的强弱而变。
②调频:频率随信号的强弱而变。
二、无线电波的传播
(1)地波:沿地球表面空间传播的无线电波叫作地波。 长波
和中短波可用作地波。
电离层
(2)天波:依靠
中波
、________
的反射来传播的无线电波叫作天波。
短波
最适合以天波的形式传播,可传播到几千千米外的地方。
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
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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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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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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。
(天线技术)第12章无线电波的传播
地面的地形、地物、建筑物等会 对无线电波的传播产生影响，需 要进行详细的场地勘测和设计。
水下传播
水下传播是指无线电波在水中传播的 过程，包括海水对无线电波的吸收和 散射作用。
海水对无线电波的吸收较大，因此水 下通信通常需要使用较低频率的无线 电波。
水下传播适用于水下通信损耗
大气层中的水汽、氧气、臭氧 等物质对无线电波的吸收和散 射作用会影响其传播路径和能 量分布。
大气层传播适用于短波通信、 超短波通信等近距离通信系统。
地面传播
地面传播是指无线电波在地球表 面传播的过程，包括地面对无线 电波的反射、折射和吸收等作用。
地面传播适用于微波通信、移动 通信等中近距离通信系统。
象。
穿透损耗的大小与障碍物的材质、厚度、 在城市环境中，由于建筑物密集，穿透
大小和频率等因素有关。
损耗对无线通信质量的影响尤为显著，
需要进行针对性的优化和补偿。
散射损耗
散射损耗的大小与障碍物的形状、大小、表面粗糙度 和频率等因素有关。
散射损耗是指无线电波在传播过程中，遇到不规则形 状或粗糙表面的障碍物时，发生散射现象，导致信号 强度减小的现象。
自由空间传播模型的路径损耗公式为：L(d) = L(d0) + 10n log(d/d0)，其中L(d)表 示距离发射机d处的路径损耗，L(d0)表示距离发射机d0处的路径损耗（通常d0=1 米），n是路径损耗指数，d是发射机和接收机之间的距离。
大气层传播模型
大气层传播模型适用于无线电波在大气中的传播。由于大气 中存在各种气体、水蒸气和悬浮颗粒，无线电波在大气中传 播时会发生吸收、散射和折射等效应。
度等因素的影响。
在不同介质中，无线电波的传播 速度不同，与介质的折射率有关。
电波传播
适合范围： 频率范围f： 基站天线高度hb: 移动台天线高度hm: 距离d:
150～1500MHz 30 ～200m 1 ～10m 1 ～20km
无线电波传播模型
COST231-Hata模型
Lp＝46.3＋33.9×log(f)-13.82×log(hb)-a(hm)+ [44.9-6.55×log(hb)]×Log(d)+Cm
无线电波基本原理
电波的各种传播方式 • 散射传播 当天线辐射出去的电波，投射到那些不均匀体的时候， 类似于光的散射和反射现象，电波发生散射或反射，一 部分能量传播到接收点，这种传播称为散射传播。 • 空间波传播－（移动通信的主要方式） 电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经 地面反射而到达接收天线。所以接收天线处的场强是直 接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面 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。
无线电波传播特性
多普勒频移 在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基 站时，频率变低，即 “多普勒效应” 。 最大多普勒频移 fm 与载波频率 fc 及接收机最大移动速度 vm相关： fm= fc vm /C，其中C为无线电波传播速度。 如发射机的载波频率为910MHz， • 以步行速度1.33m/s移动由此引起的最大多普勒频移为 ±4Hz； • 以60英里/小时的速度移动，则多普勒频移将增加到能的几个主要指标：
• 传送的功率指的是发射机所发射的能量。拥有较高的传输功 率将有助于压制它的频带内其他的干扰信号，但是有较高传 输功率的设备也可能耗电较多，同时对别的信号的干扰也加 强。 • 灵敏性指的是在信道中可以被接收机接受的最弱信号的测量 值。数值愈低的那台接收机的设备就愈好，前提要求所有的 制造商和标准都用相同的参考值（如包丢失率）来定义灵敏 度。 • 信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象 比喻，信道有一定的带宽，同时也有信道质量的衡量。
150～1500MHz 30 ～200m 1 ～10m 1 ～20km
无线电波传播模型
COST231-Hata模型
Lp＝46.3＋33.9×log(f)-13.82×log(hb)-a(hm)+ [44.9-6.55×log(hb)]×Log(d)+Cm
无线电波基本原理
电波的各种传播方式 • 散射传播 当天线辐射出去的电波，投射到那些不均匀体的时候， 类似于光的散射和反射现象，电波发生散射或反射，一 部分能量传播到接收点，这种传播称为散射传播。 • 空间波传播－（移动通信的主要方式） 电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经 地面反射而到达接收天线。所以接收天线处的场强是直 接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面 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。
无线电波传播特性
多普勒频移 在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基 站时，频率变低，即 “多普勒效应” 。 最大多普勒频移 fm 与载波频率 fc 及接收机最大移动速度 vm相关： fm= fc vm /C，其中C为无线电波传播速度。 如发射机的载波频率为910MHz， • 以步行速度1.33m/s移动由此引起的最大多普勒频移为 ±4Hz； • 以60英里/小时的速度移动，则多普勒频移将增加到能的几个主要指标：
• 传送的功率指的是发射机所发射的能量。拥有较高的传输功 率将有助于压制它的频带内其他的干扰信号，但是有较高传 输功率的设备也可能耗电较多，同时对别的信号的干扰也加 强。 • 灵敏性指的是在信道中可以被接收机接受的最弱信号的测量 值。数值愈低的那台接收机的设备就愈好，前提要求所有的 制造商和标准都用相同的参考值（如包丢失率）来定义灵敏 度。 • 信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象 比喻，信道有一定的带宽，同时也有信道质量的衡量。
无线电基础知识ppt课件
调幅检波的过程：
Date: 2024/3/12
15
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
5）无线电波的调频解调（检波二）
Date: 2024/3/12
4）无线电波的调幅解调（检波一）
幅度检波： 从调幅波中取出调制信号的过程,称为幅度检波。从高频调幅波 中解调出原调制信号
常用的检波电路 三种:小信号平方律检波,大信号包络全波和乘积检波。
分类
Date: 2024/3/12
14
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
12
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
1.3.5 无线电信号的解调
解调：将调制信号还原出来的过程。解调又有检波与鉴频和鉴相之分。
1.1.2 无线电波的波段
段号 频段名称
频段范围 （含上限不含下限）
1 甚低频（VLF） 3～30千赫（KHz）
2 低频（LF） 30～300千赫（KHz）
3 中频（MF） 300～3000千赫（KHz）
4 高频（HF） 3～30兆赫（MHz）
5 甚高频（VHF） 30～300兆赫（MHz）
Date: 2024/3/12
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5）无线电波的调频解调（检波二）
Date: 2024/3/12
4）无线电波的调幅解调（检波一）
幅度检波： 从调幅波中取出调制信号的过程,称为幅度检波。从高频调幅波 中解调出原调制信号
常用的检波电路 三种:小信号平方律检波,大信号包络全波和乘积检波。
分类
Date: 2024/3/12
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12
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
1.3.5 无线电信号的解调
解调：将调制信号还原出来的过程。解调又有检波与鉴频和鉴相之分。
1.1.2 无线电波的波段
段号 频段名称
频段范围 （含上限不含下限）
1 甚低频（VLF） 3～30千赫（KHz）
2 低频（LF） 30～300千赫（KHz）
3 中频（MF） 300～3000千赫（KHz）
4 高频（HF） 3～30兆赫（MHz）
5 甚高频（VHF） 30～300兆赫（MHz）
无线电波传播 第二讲 电离层探测 地磁场 介电常数 等离子体共31页文档
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
无线电波传播 第二讲 电离层探测 地磁 场 介电常数 等离子体
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。