微波傳輸基本理論ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-26 00:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 對(duì)微波的諧振 吸收 ?云 、 雨 、 霧 、 雪等水滴對(duì)微波的 散射 ?對(duì)流層溫度隨高度的增加而下降 ， 使電波發(fā)生折射 、 反射 、散射 、 吸收等衰減現(xiàn)象 ， 其中最主要的是 大氣折射 。 大氣對(duì)微波的折射 1． 大氣折射對(duì)微波軌跡的影響 在真空中電波傳播速度為： 8001 3 1 0 /v c m s??? ? ? ?而在大氣中，介電常數(shù) , 導(dǎo)磁率 ，故： 0 r? ? ?? 0???001rrcv? ? ? ???式中， 為相對(duì)介電常數(shù)，于是大氣層絕對(duì)折射率為： r?rv ???因?yàn)榇髿馐欠蔷鶆蛐诺?，大氣層? 及 n是 h的函數(shù)。 r?2． 等效地球半徑 由于大氣折射的作用，使實(shí)際的電波傳播不是按直線進(jìn)行，而是連續(xù)折射彎曲的曲線，為分析方便引入 “ 等效地球半徑 Re”概念。引入 Re后，便可把電波仍視為直射線，而真正地球半徑 R（ 6370km）變成了 Re。此時(shí)電波不是在真實(shí)地球上傳播，而是在等效地球上傳播。 等效條件是：等效前后電波射線軌跡上各點(diǎn)與地面之間垂直距離處處不變。 由幾何學(xué)知，若兩曲線的曲率差相等，則它們之間距離處處相等，等效條件是電波路徑與地面之曲率差應(yīng)相等。 等效條件是： ?111 ??RR edhdnRRRRRe????11?變換后： 引入等效地球半徑系數(shù) K： dhdnRRRK e???113． 正負(fù)折射及標(biāo)準(zhǔn)折射 根據(jù)電波在大氣層折射的軌跡，即 K值的大小，大氣折射可分為以下幾類： dhdnRRRK e???11標(biāo)準(zhǔn)折射 在溫帶氣候條件下 ， 通過大量試驗(yàn)得到的 平均值為： dndhRdhdn41??34)41(11????RRK得 ?在溫帶， K＝ 4/3時(shí)的大氣稱為“標(biāo)準(zhǔn)大氣”， Re＝（ 4/3）R=8500km稱為標(biāo)準(zhǔn)等效地球半徑， K＝ 4/3的大氣折射稱為標(biāo)準(zhǔn)折射。 ?在赤道 ， 標(biāo)準(zhǔn)等效地球半徑為： Re =（ 4/3~3/2） R ?在兩極 ， 標(biāo)準(zhǔn)等效地球半徑為： Re =（ 6/5~4/3） R 極限距離 d：兩個(gè)相鄰天線之間最長的可視距離。 h tR eoAd1Cd2 BhrtehRd 21 ? rehRd 22 ?視距傳播的極限距離為： )(221 rte hhRddd ????在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下， Re=8 500km, 故： )( rt hhd ??由于地球等效半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天線高度 ,有 : 式中 ht、 hr的單位是 m， d的單位是 km 在平原地面上相鄰兩微被站間，其地形剖面圖是一段弧 ,弧上各點(diǎn)至 AB的垂直距離稱為該點(diǎn)的 地面凸起高度，記為 h 由于 DE ： EB＝ AE ： EF 而 AE＝ d1， EB＝ d2， 又 EFDE， EF≈2R， 故得： C點(diǎn)是路徑上電波的反射點(diǎn)位置 R是地球?qū)嶋H半徑 . h’ d2 d1 Rddh221?d1’’ d2’’ ? 考慮電波折射 ,等效地面突起高度 he : he=d1d2/2Re= d1d2/2KR 將 R＝ 6370km代入式中得： he= ? 反射點(diǎn)余隙的變化 △ hc=△ h=hhe=d1d2/2Rd1d2/2kR=d1d2(k1)/2KR 因此考慮了折射因素后的 等效余隙 hce 等效余隙 hce =hc+△ hc=hc+d1d2(k1)/2kR 可見 K1（正折射）時(shí)，等效余隙 hce增大； K1時(shí)，等效余隙 hce減小；正折射時(shí)， K越大，等效余隙 hce越大。 12451ddK2. 復(fù)雜地形余隙的計(jì)算 球形地面上復(fù)雜地形單障礙物時(shí)地形路徑的典型斷面圖 ， 實(shí)際微波電路多類似為這種斷面 。 ( m ) )()( 3211122 ece hHddHhdHhh ??????考慮大氣折射后的等效余隙 hce ： h h2為發(fā)射、接收天線對(duì)山頂?shù)母叨?(m)； d d2為反射點(diǎn)到發(fā)、收兩端的距離； H H2為發(fā)射、接收點(diǎn)山頂高度（ m），注意，它是海拔高度，不是山頂至山腳之高。 H3為反射點(diǎn)海拔高（ m）； he為反射點(diǎn)等效地球的地面凸起高度（ m）。 K值及余隙的選擇 在天線高度設(shè)計(jì)中 ， K值非常重要 。 在溫帶平均情況下 ，取 K＝ 4/3， 其變化范圍為 2/3～ ∞， 若 K值較小 ， 余隙 hc將會(huì)變小 ， 電波衰減增大 ， 故天線不能太低 。 反之 ， 若天線較高 ， 而氣象變化使 K增大 ， 則 hc增大 ， 顯得天線太高造成浪費(fèi) 。 如果 hc等于費(fèi)涅爾區(qū)半徑 ， 則可能使地面反射波削弱主波 。 為此 ， 對(duì)所選天線高度 ， 應(yīng)按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查： （ 1） ρ≤， 即地面反射系數(shù)較小 ， 此時(shí)主要防止障礙阻擋過大 ， 標(biāo)準(zhǔn)為 k＝ 時(shí) ， hc≥(一般障礙物 ),或 hc≥0(刃形障礙物 ) k＝ 時(shí) ， hc≈F1 k＝ 時(shí) ， hc不能等于偶數(shù)費(fèi)涅爾區(qū)半徑 2343?（ 2） ≥， 即地面反射系數(shù)較大 ， 此時(shí)主要防止反射衰落過大 ， 標(biāo)準(zhǔn)為： k＝ 時(shí) ， hc≥（ 一般障礙物 ） ， 或 hc≥0（ 刃形障礙物 ） ； k＝ 時(shí) ， hc≈F1； k＝ 時(shí) ， hc≤ F1 hc≤ F1 是根據(jù) Lr不大于 （ 6～ 8） dB而得 。 若以上標(biāo)準(zhǔn)不能滿足 ， 則改變路由 ， 或改變天線高度 ，以便減小障礙物阻擋損耗及反射損耗 。 ?2343ρ 例：設(shè)微波中繼通信采用 f＝ 8GHz， 站距為 50km， 路徑為光滑球形地面 。 求 （ 1） 不計(jì)大氣折射 ， 保證自由空間余隙 時(shí) ， 等高收發(fā)天線的最小高度； （ 2）在 k＝ 時(shí)，收發(fā)天線最小高度。 0h43? cf ?893 108 10??h0＝ = ＝ ＝ 12ddd? 63 25 25 1050 10????解：（ 1）地形為光滑球面，線路中點(diǎn)之地面凸起高度 h最大，可設(shè)中點(diǎn)為反射點(diǎn)（一般以地形最高點(diǎn)為反射點(diǎn)），d1=d2=25km 而 ＝ ＝ ，于是自由空間余隙為： Rddh221?632 5 2 5 1 02 6 3 7 0 1 0????＝ ＝ 49m 地面突起高度 確定收發(fā)天線高度時(shí) ， 應(yīng)使地面凸起高度最大處還留有h0 的傳播空間 ， 故 Hmin＝ h0＋ h＝ +49＝ （ 2） k＝ 時(shí)，地面凸起高度 he＝ ＝ ＝ Hmin＝ +＝ 4312451ddK64 2 5 2 5 1 045 1 ( )3????可見工作頻率提高，天線高度可以降低。 衰落及抗衰落技術(shù) 微波傳播路徑上的大氣不可能總是混合得很均勻，因存在對(duì)流、平流、湍流，以及霧、雨等因素影響，加上地面反射波的干涉，都會(huì)使收信點(diǎn)場強(qiáng)(或電平 )不斷起伏變化。這種變化就稱為信號(hào)的隨機(jī)性。 抗衰落一般采用 分集接收和自適應(yīng)均衡技術(shù) 實(shí)現(xiàn)。 圖 A 各種障礙物引起的反射和散射電磁波 天線 電波在傳輸途徑上遇到各種障礙物都可能產(chǎn)生反射、散射和吸收。實(shí)際上，接收點(diǎn)的電波除直射波以外，還有從各種障礙物（包括地面）產(chǎn)生的反射。 衰落原因及分類 引起衰落的原因大體上可以歸為兩大類：
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