電波傳播§5.1電波傳播概述1.微波技術(shù)2.天線3.電波傳播三者都是研究無(wú)線電技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，它們共同的基礎(chǔ)是電磁場(chǎng)理論，但三者研究的對(duì)象和目的有所不同?！?.1電波傳播概述微波技術(shù)主要研究引導(dǎo)電磁波在微波傳輸系統(tǒng)中如何進(jìn)行有效的傳輸，它希望電磁波按一定要求沿傳輸系統(tǒng)無(wú)輻射地傳輸。天線是將微波導(dǎo)行波變成向空間定向輻射的電磁波，或?qū)⒖臻g的電磁波變?yōu)槲⒉ㄔO(shè)備中的導(dǎo)行波。

轉(zhuǎn)換器功能。電波傳播研究電波在空間的傳播方式和特點(diǎn)。§5.1電波傳播概述無(wú)線電波頻率范圍：頻率從幾十Hz到3000GHz（波長(zhǎng)從幾十兆m到0.1mm）無(wú)線電波傳播：發(fā)射天線或者自然輻射源所輻射的無(wú)線電波，通過媒質(zhì)到達(dá)觀察點(diǎn)的過程無(wú)線電波研究對(duì)象及其應(yīng)用：總體來說就是研究各種媒質(zhì)中電磁波的傳播規(guī)律§5.1電波傳播概述無(wú)線電波研究對(duì)象對(duì)無(wú)線電波傳播媒質(zhì)特性的研究研究媒質(zhì)的電特性對(duì)電波傳播的影響無(wú)線電波研究的應(yīng)用不斷完善對(duì)現(xiàn)有幾種傳播方式的傳播機(jī)制、傳輸特性的研究，提高接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算的準(zhǔn)確度與精度加強(qiáng)對(duì)于新開拓頻段的電波傳播問題的研究不斷擴(kuò)大無(wú)線電波在其他科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用eg：醫(yī)療光子帶隙結(jié)構(gòu)--自然界中的例子

蝴蝶蛋白石海鼠§5.1電波傳播概述電波傳播主要方式：地面波傳播天波傳播視距傳播對(duì)流層散射傳播波導(dǎo)傳播§5.1電波傳播概述地面波傳播無(wú)線電波沿著地球表面?zhèn)鞑?，特點(diǎn)是信號(hào)比較穩(wěn)定，但電波頻率愈高，地面波隨距離的增加衰減愈快。所以，只適用于長(zhǎng)波和中波波段天波傳播電波經(jīng)高空電離層反射回來而到達(dá)地面接收點(diǎn)。長(zhǎng)，中，短波都可以利用天波進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信§5.1電波傳播概述視距傳播收、發(fā)天線離地面高度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)，電波直接從發(fā)射天線傳到接收地點(diǎn)（有時(shí)有地面反射波）。這種傳播方式僅限于視線距離之內(nèi)。目前廣泛應(yīng)用的微波接力電路和衛(wèi)星通信電路的傳播方式均屬這種傳播方式對(duì)流層散射傳播利用對(duì)流層和電離層中介質(zhì)的不均勻性或流星通過大氣時(shí)的電離余跡對(duì)電磁波的散射作用實(shí)現(xiàn)超視距傳播。主要用于超短波和微波遠(yuǎn)距離通信§5.1電波傳播概述波導(dǎo)傳播電波在電離層下緣和地面所組成的同心球殼形波導(dǎo)內(nèi)的傳播。長(zhǎng)波，超長(zhǎng)波或極長(zhǎng)波利用這種傳播方式能以較小的衰減進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。以上五中傳播方式，在實(shí)際通信中往往取其一種作為主要的傳播途徑，但并不排除某些條件下幾種傳播途徑并存的可能性。電波傳播的研究重點(diǎn)電波傳播基本概念無(wú)線電波在自由空間內(nèi)的傳播自由空間嚴(yán)格來講是真空，只是一種理想情況實(shí)際上，總要受到存在媒質(zhì)以及障礙物的不同程度的影響，提出自由空間傳播概念只提供一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化各種信道傳輸損耗的計(jì)算傳輸媒質(zhì)對(duì)電波傳播的影響實(shí)際中電波是在各種空間場(chǎng)所內(nèi)（地表，低空大氣層，電離層等）傳播的，各種媒質(zhì)必然要對(duì)傳輸信號(hào)產(chǎn)生影響，例如使得信號(hào)衰減、畸變或者使電波的極化形式改變；引入干擾、使接收端信噪比下降；改變電波的傳播方向或傳播速度等。此外，某些媒質(zhì)例如電離層的電參數(shù)具有明顯的隨機(jī)性，使得通過它而傳輸?shù)碾娦盘?hào)也是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，因此必須考慮實(shí)際媒質(zhì)對(duì)于電波傳播的影響。電波傳播的研究重點(diǎn)§5.2電波傳播基本概念1傳輸損耗2衰落現(xiàn)象3傳輸失真4電波的折射、反射和繞射現(xiàn)象5干擾與噪聲的影響研究方法幾何光學(xué)法：射線理論—直射、反射、繞射物理光學(xué)法：電流近似積分場(chǎng)論方法：Maxwell方程關(guān)鍵問題損耗定義：實(shí)際接收?qǐng)鰪?qiáng)和自由空間場(chǎng)強(qiáng)之比衰落：吸收性衰落、干涉性衰落失真：隨機(jī)多徑效應(yīng)、色散效應(yīng)地面波傳播天線接近地面，最大輻射方向沿地面時(shí)形成的以地球表面作為導(dǎo)波系統(tǒng)沿地面?zhèn)鞑サ碾姴?。其特點(diǎn)是信號(hào)穩(wěn)定，多徑干擾小。對(duì)于長(zhǎng)波傳播，除高山以外都可以看作平坦地面，最主要的參數(shù)變?yōu)橥寥赖慕殡娤禂?shù)、導(dǎo)電率、介磁常數(shù)、地質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)導(dǎo)電率（西/米）范圍平均范圍平均海水80800.66-6.64淡水80800.001-0.0240.001濕土10-30200.003-0.030.01干土2-640.00001-0.0020.001地面波傳播的菲涅爾區(qū)如上圖所示：電波在空氣（x>0）和地面（X<0）交界面上傳播，以發(fā)射天線中心T和接收天線中心R為焦點(diǎn)的橢球稱為電波傳播過程中的“菲尼爾區(qū)”。當(dāng)收發(fā)距離較遠(yuǎn)時(shí)，橢球非常狹長(zhǎng)，此時(shí)可認(rèn)為場(chǎng)沿y軸幾乎不變。第一菲涅爾區(qū)：§5.3地面波傳播地面波傳播討論地面波傳播時(shí)，一般是將對(duì)流層視為均勻媒質(zhì)，電離層的影響不予考慮，而主要考慮地球表面對(duì)電波傳播的影響。土壤的電參數(shù)：由于大地是半導(dǎo)電媒質(zhì)，因此必須考慮電導(dǎo)率對(duì)電波傳播的影響。設(shè)電磁場(chǎng)隨時(shí)間作簡(jiǎn)諧振蕩（），在無(wú)源線性各向同性、半導(dǎo)電媒質(zhì)內(nèi)，麥?zhǔn)系谝弧⒍匠痰膹?fù)數(shù)形式為§5.3地面波傳播將第一方程改寫為

括號(hào)中可視為等效介電常數(shù)，用表示，即（5-14）（5-13）（5-12）§5.3地面波傳播式中的實(shí)數(shù)部分就是大地的介電常數(shù)，反映媒質(zhì)的極化特性，虛數(shù)部分表示媒質(zhì)的導(dǎo)電情況，表示媒質(zhì)是有耗媒質(zhì)。復(fù)介電常數(shù)是表征地質(zhì)電特性的重要參數(shù)。其相對(duì)復(fù)介電常數(shù)為(5-15)§5.3地面波傳播將真空的介電常數(shù)值代入上式中，得到在交變電磁場(chǎng)的作用下，大地土壤內(nèi)既存在有位移電流又存在有傳導(dǎo)電流，位移電流密度為，傳導(dǎo)電流密度為。通常將傳導(dǎo)電流密度與位移電流密度的比值看作是導(dǎo)體和電介質(zhì)的分界線，若，則媒質(zhì)具有良導(dǎo)體性質(zhì)；，則媒質(zhì)具有電介質(zhì)性質(zhì)。(5-16)地波傳播的理論分析導(dǎo)波一般解流圖

地波傳播的理論分析采用分離變量法同樣可以得到縱向方程變?yōu)椋嚎v向分量沿y方向不變空氣中的場(chǎng)大地中的場(chǎng)地面波傳播的邊界條件1、連續(xù)性邊界條件：在x=0的分界面上要求電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的切向分量連續(xù)，電位移矢量、磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量連續(xù)2、有限邊界條件，在場(chǎng)趨向于0TE（水平極化）Ez=0X>0X<0TE（水平極化）根據(jù)邊界連續(xù)條件（x=0）二者不能滿足意味著地面波傳播中不存在橫電磁波的傳播模式；或者說水平極化波將快速衰減TM（垂直極化）Hz=0X>0X<0TM（垂直極化）邊界連續(xù)條件TM（垂直極化）參數(shù)TM（垂直極化）良導(dǎo)體參數(shù)K1有正的實(shí)部，所以E1的表達(dá)式中取exp(jk1x)，以滿足在x

正無(wú)窮大時(shí)場(chǎng)有限并且由于K1與導(dǎo)電率相關(guān)，所以空氣中場(chǎng)的分布受大地參數(shù)的影響K2有負(fù)的實(shí)部，所以E2的表達(dá)式中取exp(jk2x)，以滿足在x

負(fù)無(wú)窮大時(shí)場(chǎng)有限大地的導(dǎo)電率較大時(shí)，場(chǎng)僅能穿透大地的很淺一部分，但此時(shí)衰減減小。Z方向傳播因子中有一正的實(shí)部，可見由于電磁波沿地表傳播時(shí)具有衰減。TM（垂直極化）X=0處的場(chǎng)量由于E的z分量和x分量幅度的差別，形成了合成場(chǎng)量隨相位呈橢圓變化，在干土中，幾乎成沿長(zhǎng)軸的線極化波。稱為波面傾斜。地面波場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算短距離理想地平面波的場(chǎng)強(qiáng)估算：作業(yè)：電波在濕土表面?zhèn)鞑ヌ炀€