無線電波的傳播特性

1、無線電波的傳播特性傳播特性（一）移動通信的一個重要基礎(chǔ)是無線電波的傳播，無線電波通過多種方式從發(fā)射天線傳播到接收天線， 我們按照無線電波的波長人為地把電波分為長波（波長 1000 米以上），中波（波長 100-1000 米） ，短波（波長10-100 米） ，超短波和微波（波長為10 米以下）等等 . 為了更好地說明移動通信的問題，我們先介紹一下電波的各種傳播方式：1表面波傳播表面波傳播是指電波沿著地球表面?zhèn)鞑デ闆r. 這時電波是緊靠著地面?zhèn)鞑サ?，地面的性質(zhì)，地貌，地物等的情況都會影響著電波的傳播. 當(dāng)電波緊靠著實際地面- 起伏不平的地面?zhèn)鞑r，由于地表面是半導(dǎo)體，因此一方面使電波發(fā)生變化和引起

2、電波的吸收. 另一方面由于地球表面是球型，使沿它傳播的電波發(fā)生繞射. 從物理課程中我們已經(jīng)知道，只有當(dāng)波長與障礙物高度可以比較的時候，才能有繞射功能. 由此可知，在實際情況中只有長波，中波以及短波的部分波段能繞過地球表面的大部分障礙到達(dá)較遠(yuǎn)的地方. 在短波的部分波段和超短波，微波波段，由于障礙高度比波長大，因而電波在地面上不繞射，而是按直線傳播. 2天波傳播短波能傳至地球上較遠(yuǎn)的地方，這種現(xiàn)象并不能用繞射或其他的現(xiàn)象做解釋. 直到 1925年，利用在地面上垂直向上發(fā)射一個脈沖，并收到其反射回波，才直接證明了高層大氣中存在電離層 . 籍此電離層的反射作用，電波在地面與電離層之間來回反射傳播至較遠(yuǎn)

3、的地方.我們把經(jīng)過電離層反射到地面的電波叫天波. 電離層是指分布在地球周圍的大氣層中，60km以上的電離區(qū)域. 在這個區(qū)域中，存在有大量的自由電子與正離子，還可能有大量的負(fù)離子，以及未被電離的中性離子. 發(fā)現(xiàn)電離層后，尤其近三四十年來，隨著火箭與衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，利用這些工具對電離層進(jìn)行了深入的試驗和研究 . 當(dāng)前電離層的研究已經(jīng)成為空間物理的一個重要的組成部分，其研究的空間范圍和頻段也日益寬廣. 在電離層中， 當(dāng)被調(diào)制的無線電波信號在電離層內(nèi)傳播時，組成信號的不同頻率成分有著不同的傳播速度. 所以波形會發(fā)生失真. 這就是電離層的色散性. 同時，由于自由電子受電波電場作用而發(fā)生運動，所以當(dāng)電波經(jīng)

4、過電離層，其能量會被吸收一部分. 而且，從電離層吸收電波的規(guī)律看，若使用電波的工作頻率太低，則電離層對電波的吸收作用很強(qiáng). 所以天波傳播中有一個最低可用頻率，低于這個頻率， 就會因為電離層對電波的吸收作用太大而無法工作 . 傳播特性（二）1空間波傳播當(dāng)發(fā)射以及接收天線架設(shè)得較高的時候，在視線范圍內(nèi)， 電磁波直接從發(fā)射天線傳播到接收天線，另外還可以經(jīng)地面反射而到達(dá)接收天線. 所以接收天線處的場強(qiáng)是直接波和反射波的合成場強(qiáng)， 直接波不受地面影響，地面反射波要經(jīng)過地面的反射，因此要受到反射點地質(zhì)地形的影響 . 空間波在大氣的底層傳播，傳播的距離受到地球曲率的影響. 收，發(fā)天線之間的最大距離被限制在視

5、線范圍內(nèi)，要擴(kuò)大通信距離，就必須增加天線高度. 一般地說，視線距離可以達(dá)到 50km左右 . 空間波除了受地面的影響以外，還受到低空大氣層即對流層的影響. 移動通信中，電波主要以空間波的形式傳播. 類似的還有微波傳播. 2散射傳播大氣對流層中， 除了有規(guī)則的片狀或?qū)訝顨饬魍猓€存在有不規(guī)則的，這類似于水流中漩渦的不均勻體. 相應(yīng)的， 在電離層中則有電子密度的不均勻性. 當(dāng)天線輻射出去的電波，投射到這些不均勻體的時候，類似于光的散射和反射現(xiàn)象，電波發(fā)生散射或反射，一部分能量傳播到接收點的這種傳播稱為散射傳播. 這種通信方式通信距離可達(dá)300 800km,適用于無法建立微波中繼站的地區(qū)，例如用于海

6、島之間和跨越湖泊，沙漠，雪山等地區(qū). 但是，由于散射信號相當(dāng)微弱，所以散射傳播接收點的接收信號也相當(dāng)微弱，即傳播損耗很大，這樣，散射通信必須采用大功率發(fā)射機(jī)，高靈敏度接收機(jī)和高增益天線. 3外層空間傳播電磁波由地面發(fā)出（或返回），經(jīng)低空大氣層和電離層而到達(dá)外層空間的傳播，如衛(wèi)星傳播，宇宙探測等均屬于這種遠(yuǎn)距離傳播. 由于電磁波傳播的距離很遠(yuǎn)，且主要是在大氣以外的宇宙空間內(nèi)進(jìn)行，而宇宙空間近似于真空狀態(tài)，因而電波在其中傳播時，它的傳輸特性比較穩(wěn)定 . 我們可以把電波穿過電離層外面的空間傳播，基本上當(dāng)作自由空間中的傳播來研究. 至于電波在大氣層中傳播所受到的影響，可以在考慮這一簡單的情況基礎(chǔ)上加以

7、修正. 傳播特性（三）前面我們對電磁波的各種傳播方式做了介紹，在這里， 我們簡單地介紹一下各個波段的傳播特點， 我們按照無線電波的波長人為地把電波分為長波（波長 1000 米以上），中波（波長 100-1000 米） ，短波（波長10-100 米） ，超短波和微波（波長為10 米以下）等等 . 各個波段的傳播特點如下：1長波傳播的特點由于長波的波長很長，地面的凹凸與其他參數(shù)的變化對長波傳播的影響可以忽略. 在通信距離小于300km時，到達(dá)接收點的電波，基本上是表面波. 長波穿入電離層的深度很淺，受電離層變化的影響很小，電離層對長波的吸收也不大. 因而長波的傳播比較穩(wěn)定. 雖然長波通信在接收點的

8、場強(qiáng)相當(dāng)穩(wěn)定，但是它有兩個重要的缺點：由于表面波衰減慢，發(fā)射臺發(fā)出的表面波對其他接受臺干擾很強(qiáng)烈. 天電干擾對長波的接收影響嚴(yán)重，特別是雷雨較多的夏季. 2中波傳播的特點中波能以表面波或天波的形式傳播，這一點和長波一樣. 但長波穿入電離層極淺，在電離層的下界面即能反射.中波較長波頻率高，故需要在比較深入的電離層處才能發(fā)生反射.波長在 3000 2000 米的無線電通信，用無線或表面波傳播，接收場強(qiáng)都很穩(wěn)定，可用以完成可靠的通信， 如船舶通信與導(dǎo)航等. 波長在 2000200m的中短波主要用于廣播，故此波段又稱廣播波段 . 3短波傳播的特點與長，中波一樣，短波可以靠表面波和天波傳播. 由于短波頻率較高，地面吸收較強(qiáng)，用表面波傳播時，衰減很快， 在一般情況下，短波的表面波傳播的距離只有幾十公里，不適合作遠(yuǎn)距離通信和廣播之用. 與表面波相反， 頻率增高， 天波在電離層中的損耗卻減小. 因此可利用電離層對天波的一次或多次反射，進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線電通信. 4超短波和微波傳播的特點超短波， 微波的頻率很高，表面波衰減很大；電波穿入電離層很深，甚至不能反射回來，所以超短波， 微波一般不用表面波，天波的傳播方式，而只能用空間波，散射波和穿透外層空間的傳播方式. 超短波， 微波， 由