1、Radio Wave Propagation,無線電波傳播 第四講 電波傳播信道及其作用機制（2）,綱要,非均勻媒質(zhì)中電磁波傳播的基本機制 傳播信道對系統(tǒng)特定功能的影響 各頻段傳播信道的主要模式與主要傳播效應,非均勻媒質(zhì)中電磁波傳播的基本機制,1 二次源等效原理 電磁波和不均勻媒質(zhì)相互作用激發(fā)了二次輻射源，這是非均勻媒質(zhì)中各種傳播機制和效應的本質(zhì) 在外來電磁場的作用下，在非均勻邊界將出現(xiàn)感應電流和磁流，從而形成二次輻射源 得,上式表示在無外加激勵源的非均勻媒質(zhì)空間中，電場的散度不為零，這意味著存在二次源的再輻射。 對于媒質(zhì)的參數(shù)、形狀及電尺度等不同的非均勻體，它們可能被稱為障礙體、遮蔽體、反射

2、體、散射體、吸收體及再輻射體或被動天線 只有當不均勻性具有比較規(guī)則的幾何結構，如平面、球面及球體等少數(shù)情況，才可能較容易地精確求得二次場 如：滿足平面反射條件時的鏡像法,一般的情況下，不均勻體的電參數(shù)同時具有空間上的任意分布和時間上的隨機變化 (如對流層和電離層的湍流不均勻性及海面的波浪等媒質(zhì)狀況 ) 。在處理此種媒質(zhì)的反、散射傳播時，通常應用譜函數(shù)方法，即將媒質(zhì)電磁特性空間不均勻性視為不同空間尺度和偏離強度的均勻團（塊）的疊加，而時間變化視為不同時間尺度和偏離強度的平穩(wěn)起伏的疊加。 在不同頻率外加場的作用下，其二次源的激發(fā)及其對外加波場的散射效應，取決于不均勻體時、空譜特性對外加場的諧振響應

3、。,2 折射傳播 不均勻性對電磁波傳播的影響主要表現(xiàn)在波陣面的彎曲（波陣面上各點傳播相速不同）并沿路徑變化，或者說射線彎曲，也就是折射效應 射線方程 設慢變媒質(zhì)的相折射指數(shù)，射線路徑可由費爾馬（Fermat）原理確定：兩點間的射線沿其光程長度取穩(wěn)定值的路徑進行；其數(shù)學表述為 由此條件可導出射線方程。這種極值路徑不一定（但也可能）是最短，但絕不是最長路徑。,3 反射傳播 當媒質(zhì)電參數(shù)的空間變化較為劇烈時，不均勻邊界將對電磁波產(chǎn)生內(nèi)反射，例如，地面及電離層底部邊界的反射。 反射波的幅度和相位與反射體的電特性和表面狀況有關 反射系數(shù)（R）與折射系數(shù)（T）一般為復數(shù)，反映了在反射和折射過程中波場幅度與

4、相位的變化。R和T與波的極化形式有關.,4 波導傳播 在低對流層與地面之間、低電離層與地面之間、上電離層（E層、F層）中以及地殼內(nèi)部，都存在能引導某特定頻段無線電波傳播的波導結構，其機制類似于微波金屬波導。 電波在上下兩層之間通過連續(xù)反射或返回折射能夠傳播較遠的距離，這在實用中具有較重要的意義。 與金屬波導不同之處在于：一般兩壁均勻有耗媒質(zhì)，存在能量損耗與泄漏，兩壁之間也不是真空；此種結構常有較復雜的時空變化，并可能具有各向異性（如電離層波導）。因此，其傳播特性較為復雜，預測難度也較大。,5 繞（衍）射傳播 電磁波繞過障礙物（例如山峰或地球曲面）的傳播稱為繞射。 當傳播路徑上障礙物的尺寸與電波

5、波長相比，差別較小時，繞射現(xiàn)象最為顯著，而當障礙物尺寸遠大于及遠小于電波波長時，將相應地以反射和散射現(xiàn)象為主。 繞射同時還與路徑長度有關。由傳播主區(qū)概念可知，傳播路徑當障礙物高度h未完全遮蔽主區(qū)時，接收點仍能收到發(fā)射點的電波。波長愈長主區(qū)愈大，則繞射效應越顯著，光波波段的繞射能力就很差。甚低頻（VLF）電波，具有顯著的沿球面繞射傳播的能力。,6 散射傳播 當不均勻物體因其反射面小于反射主區(qū)或因主區(qū)內(nèi)過于粗糙而不滿足鏡面反射條件時，將對投射的電磁波產(chǎn)生散射。 散射體主要涉及對流層水汽凝結體和湍流不均勻性、流星余跡、電離層電子密度不均勻性與自由電子以及地、海粗糙面，還有各種人為的目標，如飛機、導彈

6、及海面艦艇等。 入射到不均勻體的波場能量，一部分被散射而另一部分可能被吸收，通常用散射截面和吸收截面來表征其強度。 單目標（或粒子）的電磁波散射 稀疏媒質(zhì)中粒子群體的散射 連續(xù)媒質(zhì)中湍流不均勻性的散射 粗糙表面散射,7 波場的隨機擾動 電磁波通過湍流起伏的隨機媒質(zhì)，例如經(jīng)過對流層和電離層傳播時，除了散射效應外，還引起直通波場振幅和相位的隨機擾動(設媒質(zhì)擾動為準穩(wěn)隨機場，不計波場的頻率起伏)。 大量具有隨機幅、相的散射波到達觀測點疊加于未經(jīng)擾動的波，引起合成波幅度和相位的起伏。,各種無線電系統(tǒng)的空間信道及其傳播效應,與傳播有關的系統(tǒng)參數(shù) 工作頻率（段）和帶寬； 電波極化方式與相應的天線型式； 信號體制與格式及信息處理方案； 發(fā)射機輸出功率； 接收機靈敏度與信噪比。,涉及系統(tǒng)性能指標的電波傳播問題 電子系統(tǒng)的性能隨電波傳播環(huán)境的時-空特性可能具有較大的變化，這并不是系統(tǒng)設計的平均技術參數(shù)都能照顧到的，隨著系統(tǒng)硬設備技術性能的提高，傳播效應的限制將顯得更為突出。為了系統(tǒng)且有效地使用系統(tǒng)，必須全面深入地掌握其傳播信道的特性。 目前，各國的國防軍事部門都將作戰(zhàn)環(huán)境列為武器系統(tǒng)的組成部分，因而電波傳播環(huán)境當然是國防軍事電子系統(tǒng)的重要部分。在系統(tǒng)實際使用中要對傳播效應進行預測，從而提供優(yōu)劣