无线电波的传播方式

无线电波的传播方式
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。

离地面50~90公里的称作口层。D层白天存在,晚上消失。D层的密度最小,对电波不易反射。当电波穿过口层时,频率较低的被吸收得较多。

90公里~140公里的是E层。通常情况下E层的密度也较小,只有对中波可以反射。在一些特定条件下,E层有可能反射高频率的无线电波。在盛夏或是隆冬,E层对电波的反射现象总是有规律地出现,你可以清楚地接收到远距离小功率电台发射的信号,而且可以发现可听别的范围是在有规律地变化。所以,爱好者们对这种不稳定的E层总是抱着极大的兴趣在进行观测研究。

高空200~300公里的是F1层,300~400公里是F2层。夏季以及部分春秋季的白天,F1层和F2层同时存在,且F2层的密度最大。到了夜晚,F1和F2合并成一个F2层,高度上升。F2层对电波的反射能力最强,它的存在是短波能够进行远距离通信的主要条件。

电离层示意阁请看图5.1。

2.电离层对电波传播的影响

人们发现,当电波以一定的入射角到达电离层时,它也会象光学中的反射那样以相同的角度离开电离层。显然,电离层越高或电波进入电离层时与电离层的夹角越小,电波从发射点经电离层反射到达地面的跨越距离越大。这就是利用天波可以进行远程通信的根本原出。而且,电波返回地面时又可能被大地反射而再次进入电离层,形成电离层的第二次、第三次反射,如图5.2所示。

由于电离层对电波的反射作用,这就使本来是直线传撇的电波有可能到达地球的背面或其他任何一个地方。电波经电离层一次反射称为“单跳”。

单跳的跨越距离取决于电离层的高度。

电波进入电离层的入射角度。电波进入电离层的入射角度取决于天线的结构和天线离地面的高度,而电离层的高度则与时间和季节有关。单跳距离的估算可以参照图.

电离层对电波的反射作用和电波的频率以及电离层本身的密度有关,电波的频率越低越容易被反射:长波、中波、短波可以被反射,超短波、微波在一般情况下只能穿透电离层而不返回地面。电离层的密度越大对电波的反射作用越强:F2层的电子密度最大,它对电波的反射作用最大;凌晨时分电离层密度最小。只有低频卓的电波还有可能被反射。其余都穿透出去了。

电离层对无线电波有吸收作用,当电波进入电离层后,电离层内的自由电子受到电波的作用产生运动,与气体分子发生碰撞并消耗能量。这个能量是电波供给的,也即电波通过电离层时要消耗能量,这种现象称为电离层对电波的吸收。电离层对电波吸收作用的大小上要决定于电子密度和无线电波的频率,工作频个越低、电离层密度越大,吸收作用也就越大。所以从昼夜来说.白天比夜问吸收大;从季节来说.夏季比冬季吸收大。

由于电离层高度及密度的变化,由于电波在被反射过程中极化方向会发生旋转,接收到的信号强度会有或快或慢的周期性起伏变化,人们称之为“衰落现象”。

三、太阳黑子的影响

太阳黑子(Sunspot)的活动对电离层密度有着密切关系。黑子多的时候电离层密度大·因而短波的高频段要好用些;在黑子活动少的时候低频段好用些。当太阳黑于突然爆发时,会引起电离层的骚动,使短波通信中断。

太阳黑子的活动是有规律的。它以11年为一个周期,活动最利害的年份称太阳黑子高峰年,下一个高峰是在1989,1990年,最平静的时期是在其后的五年即1994~1996年。现在,正处于黑子活动的低谷时期。

怎样利用不同的业余波段

1.160米波段(1.8~2.0 MHz)

这是一个属于中波(MF)波段的业余频段。应该记往,业余无线电通信的前辈们就是从这些低频段开始为人类作出巨大贡献的。这个波段的电波以地波传播为主。

一般来说,地波传播的最大距离只有250公里,所以在太阳黑子活动的一般年份,这个频段只能用于本地、附近地区间的通信。但大量实践证明。在冬季黎明前一、两个小时内,在太阳落山前的一小时内,它有可能传播到几千公里以外的地方。

所以,国际上在每年的一、二月份都要为160米波段专门组织比赛,让热衷于这个波段通信的爱好得以大显身手。

各国对这个彼段的划分使用存在一些差别,如中国、美国、英国都是1.8~2.0MHz,澳大利亚是:1.8~1.860 MHz,而新西兰则分为1.803~1.813,1.875~1.900MHz 两段。

所以我们常需用“异频工作”方式来弥补各国规定上的不同,比如我们要和澳大利亚联络,就可在高于1.860 MHz 的频率上发射,而在低于1.860MHz的频率收听。

2,80米波段(3.5~3.9MHz)

这是属于NF段中濒率最低的业余频段,也是一个最有利于初学者以较低的成本自制收发信设备的频段。和160米波段一样,它一般也是靠地波传插,晚上(一般要到零点以后)和邻近国家的联络比较有保障。在太阳黑子活动相对平静年份,晚上DX的效果相当不错,白天由于电离层的反射有时也能达到300公里远的地方。

应该了解,3.735 MH7,是国际规定的慢扫描电视(SSTV)信道。

80米波段和160米波段在夏季都会受到几百公里之内的雷电干扰以及非业余电台的干扰。

3,40米波段(7.0~7.1MHZ)

这是一个专用的业余波段允:太阳黑子活动水平较低的年份,白天这个波段可以很好地用作国内或临近省份业余电台相互间联络。到了太阳黑子活动高峰年,就有可能只能和本地电台联络。晚上或是傍晚和清晨,在这个波段上可以联络列世界各地的电台。

各个国家对这个波段的规定也有所不同,比如美国可使用7.0~7.3 MHz的范围,其中7.15~7.3 MHz 可以用话工作,而处于第二区的我国只能用7.0~7.1 MHz,因此有时会要求在联络中使用异频工作的方式。

4.20 米波段(14.0~14.35 MHz )

这是爱好者使用最多的“黄金”频段之一,许多同家规定有了高等级执照才能在这个频段上工作。无论是白天还是晚上,甚至在太阳黑子活动的低峰期,也还能够用这个波段和世界各地联络。和前面介绍的波段不同,这个波段开始出现“越距现象”了。即出现了一个地波传播到达不了,而天波一次单跳义超越过去的电波无法到达的“寂静区”。这是天波传播的一个特别的现象。受越距现象影响,要是国内或邻近省份电台之间的联络,比如北京和天津等地,南京和苏州、上海等地在多数情况下,都不能用20米波段进行联络。但由于电离层是在不断变化之中,所以寂静区的范围不是固定个变的。

5.15米波段(21.0 ~ 21.45 MHz)

这是一个最热闹的波段,世界范围内大量的新手也都活跃在这个频段里。在太阳黑子活动的低潮期,15米波段可以很好地用于远程通信,即使是太阳黑子活动的低峰期,它也是比较可靠的。而15米波段常与20

米波段相辅相成,比如在20米波段上与欧洲联络不好,这时15米却变得好起来。

15米波段的越距现象更加明显,尤其是在降冬和盛夏季节,听本省或国内电台是很困难的.这个波段上经常有许多小功率电台活动。如日本在21.210~21.440 MHz 中分配了24个频道专门供给5瓦以下的小功率电台使用。

6.10米波段(28.0~29,7MHz)

这是一个理想的低功率远距离通信波段,甚至在太阳黑子活动的高峰期也是如此。当这个频段开通时,传播情况比较好时能达到像打电话那样的通信效果。由于频率比较高,晚上电离层较小的密度己不能对其形成反射,所以这个频段的远程通信只能在白天。

10米波段的天线设备是整个短波中尺寸最小的,而传播过程中的绕射能力又比超短波强,所以许多爱好者在近距离上用这个波段进行移动通信。

在10术波段28.0~28.2Mliz一般用电报,28.2~28.25MHz是世界热闹的10米波段业余无线电信标台(BEACON),28.25 MHz 以上一般由于话,而29.4~29.5MHz是业余卫星通信用的频卒。

7.6术波段(50~54MHz)

6米波段属于VHF(甚高频)频段,其传播方式接近于光波,在视距范围内能保证可靠的通信。许多国家建有爱好者共用的6米波段自动中转系统,如澳大利亚,爱好者利用它可以用手持式对讲机进行环澳洲通信。

在大量的通信试验中人们发现,6米波也可以进行远距离通信。比如,我国苏州市的爱好者就在这个波段,同澳大利亚等几十个国家的业余电台联络过;又比如,澳大利亚爱好者经常能在当地收到我国江苏电视台一频道的信号(48.5~56.5MHz)。

这是怎么事呢?这是因为在大气层底部的对流层中,各种气候现象产生了许多冷热气团的环流,而大气层上部的同温层却不受其影响。这种大气物理特性的不均匀改变了甚高频电波的方向,使其沿着对流层和同温层之间的“夹层”传向远方。这种现象被称为“大气波导”。在微波破段,电磁波的传输往往要用一一种叫“波导管”

的器件。这种金属管内壁光亮如镜,电磁波在里面由管壁连续反射跳跃前进。

这和我们所说的“对流层传播”十分相似。当然,这种被称为“对流层传播”的现象是受气象影响的,因而每次的持续时间不会很长。

现代科学证明,在电离层E 层的底部会出现一些电子密度不均匀的区域,对于频率为40 至60 MHz 的无线电波有较好的散射作用。它的作用距离达1000至2200千米,有衰落现象,但不受电离层骚扰影响。

现代科学还证明,每昼夜有数以千亿计的流星进入大气层。这些流星在80至120千米的高空烧毁,形成一条细而长的电离子气体柱并迅速扩散。这对于工作频率为20至100MHz的无线电波来讲,也是一良好的散射媒体。而已由于这种“流星余迹”的散射点高,作用距离可达2000千米以上。

多么诱人的DX传播条件!让我们一起努力实践,分享这些科学成果吧。

8。 2 米波段(144~148MHz)

这也是属于甚高频的波段,其传播更依赖于直接波:爱好者主要用这个波段进行本地区内的通信。许多国家在这个波段上建有一种叫“REPEATER”的自动差转系统,爱好者用手持机通过它的差转可进行远距离通信。我闰的BYIPK曾经利用这种装置,再通过国际长途转接,成功地进行过长城一一一BYIPK(北京大坛公园附近)~一美国之间手持对讲机和手持对讲机的联络试验。

2米波段和6米波段一样,也有着“不可思议”的近7000公里的远距离联络记录。

气候造成的空气团块或不同的气温层形成了“对流层传播”,而突发性E层也为之米波段远距离传播创造了条件。和6米波段相比,这个波段的对流层传播受气候变化影响更大,而利用突发性E层的可能性也更大一些。

2米波段是业余爱好者进行各种空间通信试验的常用波段:业余卫星的下行频率用的是这个频段,145。810和145.900MHz就是业余卫星“奥斯卡10号”的信标发射频率;利用月球反射进行通信的“EME”试验也有在2米波段上进行的,等等。

业余频段一直延伸到微波波段。微波有可能用于远程无线电通信吗?

业余爱好者的回答是肯定的。

为了开发利用更高频率的无线电波段,全世界的爱好者都在不懈地进行着探索。

无线电波传播方式与各频段的利用

无线电波传播方式与各频段的利用 无线电通信是利用电磁波在空间传送信息的通信方式。电磁波由发射天线向外辐射出去,天线就是波源。电磁波中的电磁场随着时间而变化,从而把辐射的能量传播至远方。无线电波共有以下七种传播方式(附图为无线电波传播方式示意图)。 (1)波导方式当电磁波频率为30kHz以下(波长为10km以上)时,大地犹如导体,而电离层的下层由于折射率为虚数,电磁波也不能进入,因此电磁波被限制在电离层的下层与地球表面之间的空间内传输,称为波导传波方式; (2)地波方式沿地球表面传播的无线电波称为地波(或地表波),这种传播方式比较稳定,受天气影响小; (3)天波方式射向天空经电离层折射后又折返回地面(还可经地面再反射回到天空)的无线电波称为天波,天波可以传播到几千公里之外的地面,也可以在地球表面和电离层之间多次反射,即可以实现多跳传播。 (4)空间波方式主要指直射波和反射波。电波在空间按直线传播,称为直射波。当电波传播过程中遇到两种不同介质的光滑界面时,还会像光一样发生镜面反射,称为反射波。 (5)绕射方式由于地球表面是个弯曲的球面,因此电波传播距离受到地球曲率的限制,但无线电波也能同光的绕射传播现象一样,形成视距以外的传播。 (6)对流层散射方式地球大气层中的对流层,因其物理特性的不规则性或不连续性,会对无线电波起到散射作用。利用对流层散射作用进行无线电波的传播称为对流层散射方式。 (7)视距传播指点到点或地球到卫星之间的电波传播。 附表给出了从甚低频(VLF)至极高频(EHF)频段的电波传播方式、传播距离、可用带宽以及可能形成的干扰情况。

在确定无线电系统实际通信距离、覆盖范围和无线电干扰影响范围时,无线电传播损耗是一个关键参数。无线电通信系统若不进行科学的频率指配和严格的系统设计与场强预测,会使系统之间产生严重干扰而不能正常工作。为了保证无线电通信用户的通信质量,确保无线电波发射的业务覆盖服务区和电波传播的可靠程度,必须仔细地计算从接收天线到发射天线之间的传播损耗。理论上讲,在自由空间无线电波的传播损耗大小与传播距离的平方及使用频率的平方成正比关系,但是在确定无线电系统实际通信距离、覆盖范围和无线电干扰影响范围时,同时还要考虑在传播路径上存在着各种各样的影响,如高空电离层影响,高山、湖泊、海洋、地面建筑、植被以及地球曲面的影响等,因而电波具有反射、绕射、散射和波导传播等传播方式。在研究电波传播特性时,通常以数学表达式来描述这些传播损耗特性,即所谓的数学模型。无线电波传播模型通常是很复杂的,必须对不同的频段使用不同的电波传播模型,以预测电台覆盖和传播场强。下面简要地叙述几种传播方式(详细数学公式略)。 VLF(f< 30kHz) 频率低于30kHz的电波,传播损耗近似等于自由空间传播损耗,即相当于电波在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播,不发生反射、折射、绕射和吸收现象,只存在因电磁能量扩散引起的传播损耗。在此频段内,电波在电离层与地球之间可以以波导方式沿地球表面进行传播。 LF(30kHz< f< 300kHz) 在这个频段内,有两种重要的传播方式:地波方式及电离层天波方式。天波信号幅度具有明显的昼夜变化,这是由于电离层吸收和变化

无线信道传播特性分析总结

无线信道传播特性分析总结 班级学号姓名 随着科学技术的发展,无线通信已经渗透到我们生活的各个方面,对我们的生活工作有着巨大的影响。在无线通信系统中,无线通信的信道的特性对整个系统有着巨大的影响。 1、无线信道的概念 要想搞明白无线信道具有哪些特性,就要先了解什么是无线信道。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,对于无线电波而言,它从发送端传送到接收端,其间并没有一个有形的连接,它的传播路径也有可能不只一条,但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作,我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接,把这条衔接通路称为信道。信道具有一定的频率带宽,正如公路有一定的宽度一样。 与其它通信信道相比,无线信道是最为复杂的一种,其衰落特性取决于无线电波传播环境。不同的环境,其传播特性也不尽相同。无线信道可能是很简单的直线传播,也可能会被许多不同的因素所干扰,例如:信号经过建筑物,山丘,或者树木所有反射而产生的多径效应,使信号放大或衰落。在无线信道中,信号衰落是经常发生的,衰落深度可达30。对于数字传输来说,衰落使比特误码率大大增加。这种衰落现象严重恶化接收信号的质量,影响通信可靠性。移动信道与非移动点对点无线信道相比,信号传输的误比特率前者比后者高106倍。 另外,在陆地移动系统中,移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域,其天线将接收从多条路径传来的信号,再加移动台本身的运动,使得信号产生多普勒效应,并且信道的特性也随时间变化而变化,增加了信号的不确定性,使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制。所以,与传统模型相比,无线信道多径数目增多,时延扩展加大,衰落加快。 2、无线信道的特性 信号从发射天线到接收天线的传输过程中,会经历各种复杂的传播路径,包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机组合。同时,电波在各条路径的传播过程中,有用信号会受到各种噪声的污染,包括加性噪声

无线电波的传播特性

无线电波的传播特性 1、无线电波的传播特性及信号分析 甚低频VLF 3-30KHz 超长波1KKm-100Km 空间波为主海岸潜艇通信;远距离通信;超远距离导航低频LF 30-300KHz 长波10Km-1Km 地波为主越洋通信;中距离通信;地下岩层通信;远距离导航中频MF 0.3-3MHz 中波1Km-100m 地波与天波船用通信;业余无线电通信;移动通信;中距离导航高频HF 3-30MHz 短波100m-10m 天波与地波远距离短波通信;国际定点通信 甚高频VHF 30-300MHz 米波10m-1m 空间波电离层散射(30-60MHz);流星余迹通信;人造电离层通信(30-144MHz);对空间飞行体通信;移动通信 超高频UHF 0.3-3GHz 分米波1m-0.1m 空间波小容量微波中继通信;(352-420MHz);对流层散射通信(700-10000MHz);中容量微波通信(1700-2400MHz) 特高频SHF 3-30GHz 厘米波10cm-1cm 空间波大容量微波中继通信(3600-4200MHz);大容量微波中继通信(5850-8500MHz);数字通信;卫星通信;国际海事卫星通信(1500-1600MHz) ELF 极低频3~30Hz SLF 超低频30~300Hz ULF 特低频 300~3000Hz VLF 甚低频3~30kHz LF 低频30~300kHz 中波,长波 MF 中频300~3000kHz 100m~1000m 中波 AM广播 HF 高频 3~30MHz 10~100m 短波短波广播 VHF 甚高频 30~300MHz 1~10m 米波FM广播 UHF 特高频 300~3000MHz 0.1~1m 分米波 SHF 超高频3~30GHz 1cm~10cm 厘米波 EHF 极高频30~300GHz 1mm~1cm 毫米波 无线电波按传播途径可分为以下四种:天波—由空间电离层反射而传播;地波—沿地球表面传播;直射波—由发射台到接收台直线传播;地面反射波—经地面反射而传播。无线电波离开天线后,既在媒介质中传播,也沿各种媒介质的交界面(如地面)传播,具有一定的规律性,但对它产生影响的因素却很多。 无线电波在传播中的主要特性如下: (1)直线传播均匀媒介质(如空气)中,电波沿直线传播。 (2)反射与折射电波由一种媒介质传导另一种媒介质时,在两种介质的分界面上,传播方向要发生变化。由第一种介质射向第二中介质,在分界面上出现两种现象。一种是射线返回第一种介质,叫做反射; 另一种现象是射线进入第二种介质,但方向发生了偏折,叫做折射。一般情况下反射和折射是同时发生的。 入射角等于反射角,但不一定等于折射角。反射和折射给测向准确性带来很大的不良影响;反射严重是,测向设备误指反射体,给干扰查找造成极大困难。 (3)绕射电波在传播途中,有力图绕过难以穿透的障碍物的能力。绕射能力的强弱与电波的频率有关,又和障碍物大小有关。频率越低的电波,绕射能力越弱;障碍物越大,绕射越困难。工作于80米(375MHZ)波段的电波,绕射能力是较强的,除陡峭高山(相对高度在200米以上)外,一般丘陵均可逾越。2米波段的电波绕射能力就很差了,一座楼房,或一个小山丘,都可能使信号难以绕过去。 (4)干涉直射波与地面反射波或其它物体的反射波在某处相遇时,测向收到的信号为两个电波合成后的信号,其信号强度有可能增强(两个信号跌叠加)也可能减弱(两个信号相互抵消)。这种现象称为波的干涉。产生干涉的结果,使得测向机在某些接收点收到的信号强,而某些接收点收到的信号弱,甚至收不到信号,给判断干扰信号距离造成错觉。天线发射到空间的电波的能量是一定的,随着传播距离的增大,不仅在传播途中能量要损耗,而且能量的分布也越来越广,单位面积上获得的能量越来越小。反之,

11.5 电磁波传播特性

实验11.5 电磁波传播特性 Part 1 电磁波参量的测量 一、实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射。 2. 利用相干波原理,测定自由空间内电磁波波长λ,确定电磁波的相位常数K 和波速v 。 二、实验仪器 (1)三厘米固态信号发生器1台; (2)电磁波综合测试仪1套; (3)反射板(金属板)2块; (4)半透射板(玻璃板)1块。 三、实验原理和方法 1. 自由空间电磁波参量的测量 当两束等幅,同频率的均匀平面电磁波,在自由空间内沿相同或相反方向传播时,由于相位不同发生干涉现象,在传播路程上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理,通过测定驻波场节点的分布,求得自由空间中电磁波波长λ值,再由 2K v f K πλλω=?? ==? 得到电磁波的主要参数K 和v 等。 电磁波参量测试原理如图1所示,P T 和P R 分别表示发射和接收喇叭天线,A 和B 分别表示固定和可移动的金属反射板,C 表示半透射板(有机玻璃板)。由P T 发射平面电磁波,在平面波前进的方向上放置成45°角的半透射板,由于该板的作用,将入射波分成两束波,一束向A 板方向传播,另一束向B 板方向传播。由于A 和B 为金属全反射板,两列波就再次返回到半透射板并达到接收喇叭天线P R 处。于是P R 收到两束同频率,振动方向一致的两个波。如果这两个波的相位差为π的偶数倍,则干涉加强;如果相位差为π的奇数倍,则干涉减弱。

移动反射板B ,当P R 的表头指示从一次极小变到又一次极小时,则反射板B 就移动了λ/2的距离,由这个距离就可以求得平面波的波长。 设入射波为垂直极化波 0j i E E e φ-= 当入射波以入射角θ1向介质板C 斜入射时,在分界面上产生反射波r E 和折射波t E 。设C 板的反射系数为R ,T 0为由空气进入介质板的折射系数,T c 为由介质板进入空气的折射系数。固定板A 和可移动板B 都是金属板,反射系数均为-1。在一次近似的条件下,接收喇叭天线P R 处的相干波分别为 12100200j r c j r c E RT T E e E RT T E e φφ--=-=- 这里 ()()()1131 223132 K l l KL K l l K l l L KL φφ=+==+=++?= 其中,ΔL =|L 2-L 1|为B 板移动距离,而1r E 与2r E 传播的路程差为2ΔL 。 由于1r E 与2r E 的相位差为21=2K L φφφ?-=?,因此,当2ΔL 满足 ()20,1,2, L n n λ?== 1r E 与2r E 同相相加,接收指示为最大。 当2ΔL 时满足 图1 电磁波参量测试原理图

信道特性

恒参信道: 有线电信道(明线,同轴电缆,双绞线电缆),光纤信道,无线电视距中继,卫星中继信道。 ? 由于恒参信道对信号传输的影响是固定不变的或者是变化极为缓慢的,因而可以等效为一个非时变的线性网络。 从理论上讲,只要得到这个网络的传输特性,则利用信号通过线性系统的分析方法, 就可求得已调信号通过恒参信道后的变化规律。 网络的相位-频率特性还经常采用群迟延-频率特性 来衡量,要满足不失真传输条件,等同于要求群迟延-频率特性应是一条水平直线. 随参信道: 短波电离层反射信道,超速波及微波对流层散射信道,超短波电离层散射信道,超短波超视距绕射信道。 属于随参的传输媒质主要以电离层反射、对流层散射等为代表。 ? 随参信道的特性比恒参信道要复杂得多,其根本原因在于它包含一个复杂的传输媒质。 ? 虽然,随参信道中包含着除媒质外的其它转换 器,但是,从对信号传输影响来看,传输媒质的影响是主要的,转换器特性的影响可以忽略不计。在此,仅讨论随参信道的传输媒质所具有的一般特性以及它对信号传输的影响。 随参信道图: 共同特点是:1.对信号的损耗随时间变化而变化,2,传输时延随时间变化而变化,3由发射点出发的电波可能经多条路径到达接收点,也就是所谓的多径传播。 多径传播后的接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合成。 —— 由第i 条路径的随机相位; ————由第i 条路径到达的接收信号振幅 _______ 由第i 条路径达到的信号的时延; 都是随机变化的 (1) 从波形上看,多径传播的结果使确定的载频信号变成了包络和相位都随机变化的窄带信号,这种信号称为衰落信号; (2)从频谱上看,多径传播引起了频率弥散(色散),即由单个频率变成了一个窄带频谱。 通常将由于电离层浓度变化等因素所引起的信号衰落称为慢衰落;而把由于多径效应引起的信号衰落称为快衰落。 ) ()(0t t i i τω?-=)(t i μ)(t i τ) (),(),(t t t i i i ?τμω ω?ω τd d )()(=

无线电波的传播特性修订版

无线电波的传播特性 Document number:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

无线电波的传播特性 无线电通信就是不用导线,而利用电磁波振荡在空中传递信号,天线就是波源。电磁波中的电磁场随着时间而变化,从而把辐射的能量传播至远方。 在莫尔斯和贝尔先后发明了有线电报和电话之后,很多科学家对电磁现象大量研究。直到1831年,在英国,法拉弟首先发现了电磁感应现象,并且预言:电与磁的传播是和光一样的一种波。 英国科学家麦克斯韦从1850年就开始对法拉弟提出的课题展开研究。他总结了前人的研究成果,用数学方法对法拉弟的电磁场思想做了严格的论证,并在1864年做出“电与磁的交替转化过程,是一种波的传播形式,是一种光波”的论断,他称这种波为电磁波。 在麦克斯韦首先提出电磁理论后,又过了24年,才由德国伟大的物理学家赫兹通过实验证实了麦氏理论的正确。赫兹设计了一个能够接收电火花的装置,结构极简单。把一根导线弯成圆形,使两端之间仅留一微小的间隙,称它为“共振子”。“共振子”为什么也有火花发生呢赫兹认为,这一定是电振荡以电磁波形式通过空间传播过去的。赫兹于1888年公布了自己的实验结果,证实了电磁波的存在。 赫兹的实验成果震惊了世界,许多科学家继续开展对电磁波的研究。1890年,法国物理学家布朗利发现,将金属粉末即紧缩成块,但是它的电阻减小了,使电流容易通过。这种装有金属粉未的玻璃管被称为“布朗利管”,又称“粉末检波器”,它接收电磁波的灵敏度比赫兹的“共振子”要高得多。 1894年,20岁的意大利青年马可尼从杂志上读到悼念赫兹的文章和他生前的感人事迹,受到极大启发:“如果利用赫兹发现的电磁波,不需要导线也可以实现远距离通信了”。马可尼为自己的大胆设想所激动下宏愿,决心开拓无线电通信事业,把赫兹的研究成果付诸实际应用。在家人的支持下,马可尼就在自己家中进行实验,他用赫兹的火花放电器作发射机,用布朗利的金属粉未检波器作接收机经过一个多月的努力,终于完成了电磁波的发送和接收实验,并在实

无线信道传播特性分析总结

无线信道传播特性分析总结 姓名随着科学技术的发展,无线通信已经渗透到我们生活的各个方面,对我们的生活工作有着巨大的影响。在无线通信系统中,无线通信的信道的特性对整个系统有着巨大的影响。 1、无线信道的概念要想搞明白无线信道具有哪些特性,就要先了解什么是无线信道。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,对于无线电波而言,它从发送端传送到接收端,其间并没有一个有形的连接,它的传播路径也有可能不只一条,但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作,我们想象两者之间有一个看不见的道路衔接,把这条衔接通路称为信道。信道具有一定的频率带宽,正如公路有一定的宽度一样。与其它通信信道相比,无线信道是最为复杂的一种,其衰落特性取决于无线电波传播环境。不同的环境,其传播特性也不尽相同。无线信道可能是很简单的直线传播,也可能会被许多不同的因素所干扰,例如:信号经过建筑物,山丘,或者树木所有反射而产生的多径效应,使信号放大或衰落。在无线信道中,信号衰落是经常发生的,衰落深度可达30 ?B。对于数字传输来说,衰落使比特误码率大大增加。这种衰落现象严重恶化接收信号的质量,影响通信可靠性。移动信道与非移动点对点无线信道相比,信号传输的误比特率前者比后者高106倍。另外,在陆地移动系统中,移动台处于城市建筑群之中或处于地形复杂的区域,其天线将接收从多条路径

传来的信号,再加移动台本身的运动,使得信号产生多普勒效应,并且信道的特性也随时间变化而变化,增加了信号的不确定性,使得移动台和基站之间的无线信道多变且难以控制。所以,与传统模型相比,无线信道多径数目增多,时延扩展加大,衰落加快。 2、无线信道的特性信号从发射天线到接收天线的传输过程中,会经历各种复杂的传播路径,包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机组合。同时,电波在各条路径的传播过程中,有用信号会受到各种噪声的污染,包括加性噪声(如高斯白噪声)、乘性噪声的污染,因而会出现不同情形的损伤,严重时,会使有用信号难以恢复。无线信号在传播时,不仅存在自由空间固有的传输损耗,还会受到由于建筑物、地形等的阻挡而引起信号功率的衰减,这种衰减还会由于移动台的运动和信道环境的改变出现随机的变化。下面将对无线信道的一些特性来进行分析。 2、1 大尺度衰落通常情况下,当接收机和发射机之间的相对位置在1-lOm的范围内变化时,接收信号功率的平均值基本保持不变。但当它们的相对位置的改变远超过上述范围时,接收信号的平均功率将会有几个数量级的变化。大尺度衰落正是用来描述接收机和发射机之间的距离有大尺度变化时,接收信号平均功率值的变化规律。在自由空间传播条件下,接收机接收的平均功率Pr可由下式给出:

各波段电波传播方式和特点

一.电磁场基本性质: 1.电场和磁场: 静止电荷产生的场表现为对于带电体有力的作用,这种场称为电场。不随时间变化的电场称为静电场。运动电荷或电流产生的场表现为对于磁铁和载流导体有力的作用,这种物质称为磁场。不随时间变化的磁场称为恒定磁场。 2. 电磁波及麦克斯韦方程: 如果电荷及电流均随时间改变,它们产生的电场及磁场也是随时变化的,时变的电场与时变的磁场可以相互转化,两者不可分割,它们构成统一的时变电磁场。时变电场与时变磁场之间的相互转化作用,在空间形成了电磁波。静电场与恒定磁场相互无关、彼此独立,可以分别进行研究。 0c D B B E t D H J t ρ?=???=??????=-??????=+??? c D E B H J E εμσ=??=??=? 3. 物质属性 电磁场与电磁波虽然不能亲眼所见,但是客观存在的一种物质,因为它具有物质的 两种重要属性:能量和质量。但电磁场与电磁波的质量极其微小,因此,通常仅研究电磁场与电磁波的能量特性。电磁场与电磁波既

然是一种物质,它的存在和传播无需依赖于任何媒质。在没有物质存在的真空环境中,电磁场与电磁波的存在和传播会感到更加“自由”。因此对于电磁场与电磁波来说,真空环境通常被称为“自由空间”。 当空间存在媒质时,在电磁场的作用下媒质中会发生极化与磁化现象,结果在媒质中又产生二次电场及磁场,从而改变了媒质中原先的场分布,这就是场与媒质的相互作用现象。 4. 历史的回顾与电磁场与波的应用 公元前600年希腊人发现了摩擦后的琥珀能够吸引微小物体;公元前300年我国发现了磁石吸铁的现象;后来人们发现了地球磁场的存在。1785年法国科学家库仑(1736-1806)通过实验创建了著名的库仑定律。1820年丹麦人奥斯特(1777-1851)发现了电流产生的磁场。同年法国科学家安培(1775-1836)计算了两个电流之间的作用力。1831年英国科学家法拉第(1791-1867)发现电磁感应现象,创建了电磁感应定律,说明时变磁场可以产生时变电场。1873年英国科学家麦克斯韦(1831-1879)提出了位移电流的假设,认为时变电场可以产生时变磁场,并以严格数学方程描述了电磁场与波应该遵循的统一规律,这就是著名的麦克斯韦方程。该方程说明了时变电场可以产生时变磁场,同时又表明时变磁场可以产生时变电场,因此麦克斯韦预言电磁波的存在,后来在1887年被德国物理学家赫兹(1857-1894)的实验证实。在这个基础上俄国的波波夫及意大利的马可尼于19世纪末先后发明了用电磁波作为媒体传输信息的技术。 静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于静电场对于带电粒子具有力的作用。电磁铁、磁悬浮轴承以及磁悬浮列车等,都是利用磁场力的作用。当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、微波遥感、无线因

无线电波传播模型与覆盖预测

无线电波传播模型 与 覆盖预测 河北全通通信有限责任公司 工程部网络服务组 二0 0二年四月二十日

第一节无线传播理论 1.1 无线传播基本原理 在规划和建设一个移动通信网时,从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰,直到最终确定无线设备的参数,都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。 众所周知,无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线:直达波或自由空间波、地波或表面波、对流层反射波、电离层波。如图1-1所示。就电波传播而言,发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。自由空间指该区域是各向同性(沿各个轴特性一样)且同类(均匀结构)。自由空间波的其他名字有直达波或视距波。如图1-1(a),直达波沿直线传播,所以可用于卫星和外部空间通信。另外,这个定义也可用于陆上视距传播(两个微波塔之间),见图1-1(b)。 第二种方式是地波或表面波。地波传播可看作是三种情况的综合,即直达波、反射波和表面波。表面波沿地球表面传播。从发射天线发出的一些能量直接到达接收机;有些能量经从地球表面反射后到达接收机;有些通过表面波到达接收机。表面波在地表面上传播,由于地面不是理想的,有些能量被地面吸收。当能量进入地面,它建立地面电流。这三种的表面波见图1-1(c)。第三种方式即对流层反射波产生于对流层,对流层是异类介质,由于天气情况而随时间变化。它的反射系数随高度增加而减少。这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。如图1-1(d)所示。对流层方式应用于波长小于10米(即频率大于30MHz)的无线通信中。第四种方式是经电离层反射传播。当电波波长小于1米(频率大于300MHz)时,电离层是反射体。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃,见图1-1(e)。这种传播用于长距离通信。除了反射,由于折射率的不均匀,电离层可产生电波散射。另外,电离层中的流星也能散射电波。同对流层一样,电离层也具有连续波动的特性,在这种波动上是随机的快速波动。蜂窝系统的无线传播利用了第二种电波传播方式。这一点将在后文中论述。 在设计蜂窝系统时研究传播有两个原因。第一,它对于计算覆盖不同小区的场强提供必要的工具。因为在大多数情况下覆盖区域从几百米到几十公里,地波传播可以在这种情况下应用。第二,它可计算邻信道和同信道干扰。 预测场强有两种方法。第一种纯理论方法,适用于分离的物体,如山和其他固体物体。但这种预测忽略了地球的不规则性。第二种基于在各种环境的测量,包括不规则地形及人为障碍,尤其是在移动通信中普遍存在的较高的频率和较低的移动天线。第三种方法是结合上述两种方法的改进模型,基于测量和使用折射定律考虑山和其他障碍物的影响。在蜂窝系统中,至少有两种传播模型,第一种是FCC建议的模型。第二种设计模型由Okumura提供,覆盖边

无线电波的传播特性

无线电波的传播特性 传播特性(一) 移动通信的一个重要基础是无线电波的传播,无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线,我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波(波长1000米以上),中波(波长100-1000米),短波(波长10-100米),超短波和微波(波长为10米以下)等等.为了更好地说明移动通信的问题,我们先介绍一下电波的各种传播方式: 1.表面波传播 表面波传播是指电波沿着地球表面传播情况.这时电波是紧靠着地面传播的,地面的性质,地貌,地物等的情况都会影响着电波的传播. 当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时,由于地表面是半导体,因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收.另一方面由于地球表面是球型,使沿它传播的电波发生绕射. 从物理课程中我们已经知道,只有当波长与障碍物高度可以比较的时候,才能有绕射功能.由此可知,在实际情况中只有长波,中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方.在短波的部分波段和超短波,微波波段,由于障碍高度比波长大,因而电波在地面上不绕射,而是按直线传播. 2.天波传播 短波能传至地球上较远的地方,这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释.直到1925年,利用在地面上垂直向上发射一个脉冲,并收到其反射回波,才直接证明了高层大气中存在电离层.籍此电离层的反射作用,电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方.我们把经过电离层反射到地面的电波叫天波. 电离层是指分布在地球周围的大气层中,60km以上的电离区域.在这个区域中,存在有大量的自由电子与正离子,还可能有大量的负离子,以及未被电离的中性离子.发现电离层后,尤其近三四十年来,随着火箭与卫星技术的发展,利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究.当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分,其研究的空间范围和频段也日益宽广. 在电离层中,当被调制的无线电波信号在电离层内传播时,组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度.所以波形会发生失真.这就是电离层的色散性.同时,由于自由电子受电波电场作用而发生运动,所以当电波经过电离层,其能量会被吸收一部分.而且,从电离层吸收电波的规律看,若使用电波的工作频率太低,则电离层对电波的吸收作用很强.所以天波传播中有一个最低可用频率,低于这个频率,就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作. 传播特性(二) 1.空间波传播 当发射以及接收天线架设得较高的时候,在视线范围内,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. 空间波在大气的底层传播,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线范围内,要扩大通信距离,就必须增加天线高度.一般地说,视线距离可以达到50km左右. 空间波除了受地面的影响以外,还受到低空大气层即对流层的影响. 移动通信中,电波主要以空间波的形式传播.类似的还有微波传播.

无线电波的传播特性

无线电波的传播特性 (一) 移动通信的一个重要基础是无线电波的传播,无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线,我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波(波长 1000米以上),中波(波长100-1000米),短波(波长10-100米),超短波和微波(波长为10米以下)等等。为了更好地说明移动通信的问题,我们先介绍一下电波的各种传播方式: 1. 表面波传播 表面波传播是指电波沿着地球表面传播的情况。这时电波是紧靠着地面传播的,地面的性质,地貌,地物等的情况都会影响电波的传播。 当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时,由于地球表面是半导体,因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收。另一方面由于地球表面是球型,使沿它传播的电波发生绕射。 从物理知识中我们已经知道,只有当波长与障碍物高度可以比较的时候,才能有绕射功能。由此可知,在实际情况中只有长波,中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方。在短波的部分波段和超短波,微波波段,由于障碍高度比波长大,因而电波在地面上不绕射,而是按直线传播。 2. 天波传播 短波能传至地球上较远的地方,这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释。直到1925年,利用在地面上垂直向上发射一个脉冲,并收到其反射回波,才直接证明了高层大气中存在电离层。籍此电离层的反射作用,电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方。我们把经过电离层反射到地面的电波叫作天波。 电离层是指分布在地球周围的大气层中,从60km以上的电离区域。在这个区域中,存在有大量的自由电子与正离子,还可能有大量的负离子,以及未被电离的中性离子。发现电离层后,尤其近三四十年来,随着火箭与卫星技术的发展,利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究。当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分,其研究的空间范围和频段也日益宽广。 在电离层中,当被调制的无线电波信号在电离层内传播时,组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度。所以波形会发生失真。这就是电离层的色散性。同时,由于自由电子受电波电场作用而发生运动,所以当电波经过电离层,其能量会被吸收一部分。而且,从电离层吸收电波的规律看,若使用电波的工作频率太低,则电离层对电波的吸收作用很强。所以天波传播中有一个最低可用频率,低于这个频率,就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作。 (二) 1. 空间波传播

无线电波传播途径

无线电波在均匀介质 (如空气)中,具有直线传播的特点。只要测出电波传播的方向,就可以确定出信号源(发射台)所在方向。无线电测向是指通过无线电测向机测定发射台(或接收台)方位的过程,但是无线电测向运动中,要快速寻找隐蔽巧妙的信号源,必须掌握无线电波的传播规律。 一、无线电波的发射与传播 无线电波既看不见,也摸不着,却充满了整个空间。广播、移动通讯、电视等,已经是现代社会生活必不可少的一部分。无线电波属于电磁波中频率较低的一种,它可直接在空间辐射传播。无线电波的频率范围很宽,频段不同,特性也不尽相同。我国目前开展的无线电测向运动涉及三个频段:频率为1.8—2兆赫的中波波段,波长为150—166.6米,称160米波段测向;频率为3.5—3.6兆赫的短波波段,波长为83.3—85.7米,称80米波段测向;频率为144—146兆赫的超短波段,波长为2.08—2.055米,称2米波段测向。 (一)无线电波的发射过程 无线电波是通过天线发射到空间的。当电流在天线中流动时,天线周围的空间不但产生电力线 (即电场),同时还产生磁力线。其相互间的关系,如图2-1-1所示。如果天线中电流改变方向,空间的电力线和磁力线方向随之改变。如果加在天线上的是高频交流电,由于电流的方向变化极快,根据电磁感应的原理,在这些交替变化的电场和磁场的外层空间,又激起新的电磁场,不断地向外扩散,天线中的高频电能以变化的电磁场的形式,传向四面八方,这就是无线电波。从图2-l可知,电力线 (即电场)方向与天线基本平行,磁力线 (磁场)的形状则是以天线为圆心,与天线相垂直的方向随之变化的无数同心圆。 图2-1-1 无线电波的发射 (二)无线电波的特性 l.无线电波的极化 交变电磁场在其附近空间又激起新的电磁场的现象称无线电波的极化。空间传播的无线电波都是极化波。当天线垂直于地平面时,天线辐射的无线电波的电场垂直于地平面称垂直极化波。天线平行于地平面时,天线辐射的无线电波的电

无线传输信道的特性

通信工程专业研究方法论无线传输信道的特性 学院:电子信息工程学院 专业:通信工程 班级: 学号: 学生: 指导教师:毕红军 2014年8月

目录 一、引言: (2) 二、无线电波传播频段及途径 (3) 2.1无线电波频段划分 (3) 2.2无线电波的极化方式 (4) 2.3传播途径 (4) 三、无线信号的传播方式 (5) 3.1直线传播及自由空间损耗 (5) 3.2 反射和透射 (6) 3.2.1斯涅尔(Snell)定律 (6) d 功率定律 (7) 3.2.2 4 3.2.3断点模型 (8) 3.3绕射 (9) 3.3.1单屏或楔形绕射 (9) 3.3.2多屏绕射 (10) 3.4散射 (12) 四、窄带信道的统计描述 (14) 4.1不含主导分量的小尺度衰落 (14) 4.2含主导分量的小尺度衰落 (16) 4.3多普勒谱 (16) 4.4大尺度衰落 (17) 五、宽带信道的特性 (18)

5.1多径效应对宽带信道的影响 (18) 5.2多普勒频移对宽带信道的影响 (21) 六、总结 (22) 七、参考文献 (23) 一、引言: 各类无线信号从发射端发送出去以后,在到达接收端之前经历的所有路径统称为信道。如果传输的无线信号,则电磁波所经历的路径,我们称之为无线信道。信号从发射天线到接收天线的传输过程中,会经历各种复杂的传播路径,包括直射路径、反射路径、衍射路径、散射路径以及这些路径的随机结合。同时,电波在各种路径的传播过程中,有用信号会受到各种噪声的污染,因而会出现不同情形的损伤,严重时会使信号难以恢复。无线信号在传播时,不仅存在自由空间固有的传输损耗,还会受到建筑物、地形等的阻挡而引起信号功率的衰减和相位的失真,这种衰减还会由于移动台的运动和信道环境的改变出现随机的变化。下面将讨论无线传输信道的主要特性。 二、无线电波传播频段及途径 2.1无线电波频段划分

电波传播的几个基本概念

电波传播的几个基本概念 目前GSM和CDMA移动通信使用的频段为: GSM:890 ~ 960 MHz,1710 ~1880 MHz CDMA: 806 ~ 896 MHz 806 ~ 960 MHz 频率范围属超短波范围; 1710 ~1880 MHz 频率范围属微波范围。 电波的频率不同,或者说波长不同,其传播特点也不完全相同,甚至很不相同 2.1自由空间通信距离方程 设发射功率为PT,发射天线增益为GT,工作频率为f . 接收功率为PR,接收天线增益为GR,收、发天线间距离为R,那么电波在无环境干扰时,传播途中的电波损耗L0 有以下表达式: L0 (dB) = 10 Lg(PT / PR ) = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) [举例] 设:PT = 10 W = 40dBmw ;GR = GT = 7 (dBi) ;f = 1910MHz 问:R = 500 m 时,PR = ? 解答:(1) L0 (dB) 的计算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB) = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 – 7 = 78.07 (dB) (2)PR 的计算 PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 )

= 1 ( μW ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW ) # 顺便指出,1.9GHz电波在穿透一层砖墙时,大约损失(10~15) dB 极限直视距离 超短波特别是微波,频率很高,波长很短,它的地表面波衰减很快,因此不能依靠地表面波作较远距离的传播。超短波特别是微波,主要是由空间波来传播的。简单地说,空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。显然,由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离Rmax 。在最远直视距离之内的区域,习惯上称为照明区;极限直视距离Rmax 以外的区域,则称为阴影区。不言而语,利用超短波、微波进行通信时,接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax内。 受地球曲率半径的影响,极限直视距离Rmax 和发射天线与接收天线的高度HT 与HR间的关系为: Rmax =3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km) 考虑到大气层对电波的折射作用,极限直视距离应修正为Rmax = 4.12 { √HT (m) +√HR (m) } (km) 由于电磁波的频率远低于光波的频率,电波传播的有效直视距离Re 约为极 限直视距离Rmax 的70% ,即Re = 0.7 Rmax .

无线电信号的特性

无线电信号的特性 无线电信号的特性 在高频电路中, 我们要处理的无线电信号主要有三种: 基带(消息)信号、高频载波信号和已调信号。所谓基带信号, 就是没有进行调制之前的原始信号, 也称调制信号。 1、时间特性 (1)、信号的描述:一个无线电信号, 可以将它表示为电压或电流的时间函数, 通常用时域波形或数学表达式来描述。 (2)、时间特性的概念:无线电信号的时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间特性(如时间常数)与之相适应。 2、频谱特性 对于较复杂的信号(如话音信号、图像信号等), 用频谱分析法表示较为方便。 信号的频谱特性的概念:信号的频谱特性就是信号中各频率成分的特性。 对于周期性信号, 可以表示为许多离散的频率分量(各分量间成谐频关系), 例如图1 —3即为图1 —2所示信号的频谱图; 对于非周期性信号, 可以用傅里叶变换的方法分解为连续谱, 信号为连续谱的积分。 频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分, 它们分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。

任何信号都会占据一定的带宽。从频谱特性上看, 带宽就是信号能量主要部分(一般为90%以上)所占据的频率范围或频带宽度。 图1 — 3 频谱图 3、传播特性 传播特性:是指无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。无线电信号的传播特性主要根据其所处的频段或波段来区分。 电磁波从发射天线辐射出去后, 不仅电波的能量会扩散, 接收机只能收到其中极小的一部分, 而且在传播过程中, 电波的能量会被地面、建筑物或高空的电离层吸收或反射, 或者在大气层中产生折射或散射等现象, 从而造成到达接收机时的强度大大衰减。根据无线电波在传播过程所发生的现象, 电波的传播方式主要有直射(视距)传播、绕射(地波)传播、折射和反射(天波)传播及散射传播等, 如图 1 — 5 所示。决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。

电磁波传播特性-南京大学

电磁波传播特性 蒋岳廷 学号131120163 物理学院 摘要:本实验通过波导中引发的电磁波进行实验,波长为厘米量级。应用迈克尔逊干涉仪原理,首先测量电磁波波长,其次测量电磁波在良导体表面反射情况,得出了一些有意思的结论。提供定性解释和误差分析,并有一些实验讨论。

一、引言 1.总述:电磁波传播(propagationt of electromagnetic wave)研究电磁波在地 球环境和日地环境条件下的传播现象和规律,以及应用问题的一门基础学科。地 球环境包括地球面上及表层下的自然环境和人工建造的环境。这门学科有很强 的实用性,是随着人类在信息、环境和空间等方面的活动需要而发展起来的,又 有基础性。它所涉及的许多问题与地球大气层物理和日地物理密切相关。 2.历史:电磁波传播科学的开拓1864年,J.C麦克斯韦(JamesC.Maxwell)首 先提出了电磁场理论,20多年后,H.R赫兹(HeinrichR.Hertz)电磁波实 验成功,启发人们积极探索利用电磁波实现无线通信的途径。一些著名的科学 家和数学索对地波传播理论进行探索,如A.索末菲尔特(A.Sommerfeld)建 立了无线电波沿平地面传播的基础理论,B.范特波尔(B.VanderPol)和 W.沃森(W.Wotson)建立了无线电波绕导电球形地面传播的基础理论。此 后,有不少科学家对绕地球面传播的理论作出了重大的发展。一些发明家和工 程师发明了电子管,研制了无线电收、发设备,进行了地波传播的研究和试 验,发现地波场强随距离增大而迅速衰减,而且顿率越高衰减越快,地波通信 只能是较近距离的。 20世纪的第一个年代.G.马可尼(GuglielmoMarconi)进行了横跨大西洋的 无线电传播和通信试验并获得成功。使有的科学家意识到,在地球大气层上空 可能有一由游离电子组成的层状结构使无线电波返回地球。20世纪20年代, 一些科学家用不同方法观测到了存在于大气层上空的游离电子层,并测得了它 的分层情况,命名为电离层,开创了电离层物理和电磁波在电离层中的传播这 一学科领域,并为建立远距离短波无线电通信以及广播提供了科学依据。 一、实验目的 1、了解电磁波综合测试仪的结构,掌握其工作原理; 2、利用相干波原理,测定自由空间内电磁波波长λ,确定电磁波的相位常数K和波速v; 3、研究电磁波在良导体表面的反射。 二、实验仪器 三厘米固态信号发生器1台,电磁波综合测试仪1套,反射板(金属板)2块,半透射板(有机玻璃板)1块。 三、实验原理 1、电磁波参量的测量 变化的电场和磁场在空间的传播称为电磁波,几列电磁波同时在同一媒质中传播时,几列波可以保持各自的特点(波长、波幅、频率、传播方向等)同时通过媒质,在几列波相遇或叠加的区域内,任一点的振动为各个波单独在该点产生的振动的合成。而当两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波源所发出的波叠加时,在空间总会有一些点的振动始终加强,而另一些点的振动始终减弱或完全抵消,因而形成干涉现象。 干涉是电磁波的一个重要特性,利用干涉原理可对电磁波传播特性进行很好的探索。利用迈克尔逊干涉原理测量电磁波波长的原理图如图1所示

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。 离地面50~90公里的称作口层。D层白天存在,晚上消失。D层的密度最小,对电波不易反射。当电波穿过口层时,频率较低的被吸收得较多。 90公里~140公里的是E层。通常情况下E层的密度也较小,只有对中波可以反射。在一些特定条件下,E层有可能反射高频率的无线电波。在盛夏或是隆冬,E层对电波的反射现象总是有规律地出现,你可以清楚地接收到远距离小功率电台发射的信号,而且可以发现可听别的范围是在有规律地变化。所以,爱好者们对这种不稳定的E层总是抱着极大的兴趣在进行观测研究。 高空200~300公里的是F1层,300~400公里是F2层。夏季以及部分春秋季的白天,F1层和F2层同时存在,且F2层的密度最大。到了夜晚,F1和F2合并成一个F2层,高度上升。F2层对电波的反射能力最强,它的存在是短波能够进行远距离通信的主要条件。 电离层示意阁请看图5.1。 2.电离层对电波传播的影响 人们发现,当电波以一定的入射角到达电离层时,它也会象光学中的反射那样以相同的角度离开电离层。显然,电离层越高或电波进入电离层时与电离层的夹角越小,电波从发射点经电离层反射到达地面的跨越距离越大。这就是利用天波可以进行远程通信的根本原出。而且,电波返回地面时又可能被大地反射而再次进入电离层,形成电离层的第二次、第三次反射,如图5.2所示。

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