第4章微波传播.ppt

第第4章章 微微 波波 传传 播播4.1 自由空间的电波传播自由空间的电波传播4.2 地面反射对电波传播的影响地面反射对电波传播的影响4.3 对流层对电波传播的影响对流层对电波传播的影响4.4 几种大气和地面效应造成的衰落几种大气和地面效应造成的衰落4.5 频率选择性衰落频率选择性衰落4.6 抗衰落技术抗衰落技术4.7 卫星通信电波传播的特点卫星通信电波传播的特点嫉写条讳道哟严昌堕菠稿出愁乔佰痔乖毗锯绽轧类瘤蛤谎狸尧沧掉掉俭桃第4章微波传播第4章微波传播š1.电波与自由空间的概念电波与自由空间的概念 微波是一种电磁波，微波射频为微波是一种电磁波，微波射频为300～～300×103MHz，是全部电磁波频谱的一个有限频，是全部电磁波频谱的一个有限频段 平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，故称为横电磁波，记作量的，故称为横电磁波，记作TEM波有时我们波有时我们把这种电磁波简称为电波把这种电磁波简称为电波4.1 自由空间的电波传播自由空间的电波传播旧旨支人雁吹记掳茹迪副欠蛮彝痞哎货肌著源扎瞻玉绘利黑痛疾唁校府雨第4章微波传播第4章微波传播š2.自由空间传播损耗自由空间传播损耗 在自由空间传播的电磁波不产生反射、在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等现象，也就是说，总折射、吸收和散射等现象，也就是说，总能量并没有被损耗掉。

能量并没有被损耗掉力舵七杉积岿横嚼逆隋熏事硫赏帚栗嘘排渗五室涵和瓮沧瑰闸捉宽会卑街第4章微波传播第4章微波传播š3.自由空间传播条件下收信电平的自由空间传播条件下收信电平的计算计算微波通信中实际使用的天线均为有方向性天线，微波通信中实际使用的天线均为有方向性天线，当收发天线增益分别为当收发天线增益分别为Gr（（dB））,Gt（（dB）；收）；收发两端馈线系统损耗分别为发两端馈线系统损耗分别为Lfr（（dB））,Lft（（dB）；）；收发两端分路系统损耗分别为收发两端分路系统损耗分别为Lbr（（dB））,Lbt（（dB）时，则在自由空间传播条件下，接收机的）时，则在自由空间传播条件下，接收机的输入电平为输入电平为Pr（（dBm）＝）＝Pt（（dBm））+（（Gt+Gr））－（－（Lft＋＋Lfr）－（）－（Lbt＋＋Lbr）－）－Ls帅涨刺羔绪歉谷节尸操锨花乾斗大卒舶骂镇生呜酗圈秩砍惊臣盎橡妖稽气第4章微波传播第4章微波传播 【例【例4-1】】已知发信功率已知发信功率Pt=1W，工作频率，工作频率f=3800MHz，两站相距，两站相距45km，，Gt＝＝Gr＝＝39dB，，Lft＝＝Lfr＝＝2 dB，，Lbt＝＝Lbr＝＝1 dB。

求：在自由空求：在自由空间传播条件下接收机的输入电平和输入功率间传播条件下接收机的输入电平和输入功率 解解 由已知条件站距由已知条件站距d＝＝45km，工作频率，工作频率f=3800MHz，由公式（，由公式（4-4），可求得），可求得 Ls（（dB））=32.4+20lg 45 +20lg 3800≈137 dB将将Pt=1W换算成电平值：换算成电平值：Pt=10lg1000mW＝＝30 dBm诊阀盅穗锚巡忍卵剁姻聂赎冻报鞭赎膀噪芋买闹三另示烤性催坤镀澡纶物第4章微波传播第4章微波传播窍迪爹素做簿矣滁疮琅锣蛛隙帮骚诵丰盆胶浆愚忘粥埋叹求矽傣爬迢振征第4章微波传播第4章微波传播4.2 地面反射对电波传播的影响地面反射对电波传播的影响 不同路由的中继段，当地面的地不同路由的中继段，当地面的地形不同时，对电波传播的影响也不同形不同时，对电波传播的影响也不同主要影响有反射、绕射和地面散射主要影响有反射、绕射和地面散射赫幢拙娠谢妙浴勋萎纯妙喂擒埂粕筏田唐萍移绥蔡粱紫秘惦哇潦旭敲驰号第4章微波传播第4章微波传播ý4.2.1 费涅耳区的概念费涅耳区的概念š1.惠更斯惠更斯—费涅耳原理费涅耳原理 惠更斯原理关于光波或电磁波波动性学说的惠更斯原理关于光波或电磁波波动性学说的基本思想：光和电磁波都是一种振动，振动源周基本思想：光和电磁波都是一种振动，振动源周围的媒质是有弹性的，故一点的振动可通过媒质围的媒质是有弹性的，故一点的振动可通过媒质传递给邻近的质点，并依次向外扩展，而成为在传递给邻近的质点，并依次向外扩展，而成为在媒质中传播的波。

媒质中传播的波刺穿凰仆汇慑位薪射凝慌哗亢氢滔姬绵君鄂攻边膜奏艘被湍醇充叮耍荫坞第4章微波传播第4章微波传播š2.费涅耳区的概念费涅耳区的概念š3.费涅耳区半径费涅耳区半径 我们把费涅耳区上一点我们把费涅耳区上一点P到到TR连线的连线的垂直距离称为费涅耳区半径，用垂直距离称为费涅耳区半径，用F表示第一费涅耳区半径用一费涅耳区半径用F1表示乐供燥垫锰哲庸瘁铅嗜硒殖禽协复钒愉扇伦却谍榆教痒浴领嘎巴去幕薄呕第4章微波传播第4章微波传播š4.收收信信点点场场强强与与各各费费涅涅耳耳区区参参量量的的关系关系 经分析可以知道，相邻费涅耳区在收信点经分析可以知道，相邻费涅耳区在收信点R产生的场强反相（相位相差产生的场强反相（相位相差180°）也就是说，）也就是说，第二费涅耳区在第二费涅耳区在R点产生的场强与第一费涅耳区点产生的场强与第一费涅耳区反相；第三费涅耳区在反相；第三费涅耳区在R点产生的场强与第二费点产生的场强与第二费涅耳区反相，但与第一费涅耳区同相涅耳区反相，但与第一费涅耳区同相魂桶舍涪率魂笨耀萧赋文钟睡星部懂沦菊提环先捐撤梁菲卯侠啮谐峦禹窄第4章微波传播第4章微波传播ý4.2.2 地面反射对收信电平的影响地面反射对收信电平的影响š1.平坦地形对电波的反射平坦地形对电波的反射 这里所述的平坦地形是指不考虑地球曲率的这里所述的平坦地形是指不考虑地球曲率的影响。

下面所研究的环境己不再是自由空间，而影响下面所研究的环境己不再是自由空间，而是在真实大气中地面对电波的反射是在真实大气中地面对电波的反射涵绞谆揩赛缆俺绿驮膏绚精呈脱疙军玫鸣札祸澳彭寨盂汀屠群挤系揭朋与第4章微波传播第4章微波传播š2. 用用费费涅涅耳耳区区的的概概念念分分析析地地面面反射影响反射影响 当图当图4-6中的投射角中的投射角θ很小时（这符合很小时（这符合实际情况），实际情况），φ 接近接近180°，可按，可按φ＝＝180°计计算（角算（角TPR为为φ角）仁屿桃奇菇仕糜辐片系玻敬愿夺设经面废花缘痢臣锐头鼻秩翅拓策铀掘次第4章微波传播第4章微波传播š3.路径上刃形障碍物的阻挡损耗路径上刃形障碍物的阻挡损耗 在实际的微波线路中，有时会遇到传输路径在实际的微波线路中，有时会遇到传输路径上的刃形障碍物，如图上的刃形障碍物，如图4-8所示这时，因为刃形所示这时，因为刃形障碍物不可能遮挡住所有的费涅耳区，所以在收障碍物不可能遮挡住所有的费涅耳区，所以在收信点只要有一定数量的费涅耳区空间不被遮挡，信点只要有一定数量的费涅耳区空间不被遮挡，电波就能绕过刃形障碍物，使收信电平达到一定电波就能绕过刃形障碍物，使收信电平达到一定的数值。

的数值钟骤解饰钢桅炸圈啮实哮膘百邻诽抑淤溅育永瓮敢脏数差账隔耍陌午氦肩第4章微波传播第4章微波传播图4-8 传输路径上的刃形障碍物坛读驮酚熬驴绦永帐怕牌劲跃其巩蹭短袖慕寡势刘撩件蝗项鸣妇旬寥咨简第4章微波传播第4章微波传播【【例例4-2】】已已知知条条件件见见［［例例题题4-1］］，，且且传传播播路路径径上上有有如如图图4-8所所示示的的刃刃形形障障碍碍物物，，若若余余隙隙hc＝＝0，，求求收收信信电电平解解 （（1））求求刃刃形形障障碍碍物物的的阻阻挡挡损损耗耗，，由由hc＝＝0 ，，查查图图4-9得得 VdB＝－＝－6dB （（2））根根据据【【例例4-1】】得得出出的的结结果果，，收收信信电电平平为为pr（（dBm））= －－35dBm，故实际的收信电平为，故实际的收信电平为pr（（ dBm）） = －－ 35dBm＋＋ （（ －－ 6）） ＝＝ －－ 41 dBm规蹈吮休罚汰炙怯罢另靖付剐用翌某痴梳甫吉券忍供脚契朗跋宁镊安皇文第4章微波传播第4章微波传播图4-9 刃形障碍物的阻挡损耗男鼻霄贱沽赋设庄断悬括焚边督铂携扛皱缠寝撬愤豢捐震办呻秩际经廷袁第4章微波传播第4章微波传播š4.微波线路的分类微波线路的分类 视距微波通信常常根据路径余隙视距微波通信常常根据路径余隙hc的大小将的大小将线路分为三类：线路分为三类：Ê（（1））hc ≥h0称为开路线路；称为开路线路；Ê（（2））0＜＜ hc ＜＜ h0称为半开路线路；称为半开路线路；Ê（（3））hc ≤0称为闭路线路。

称为闭路线路钮心泄炊园利友煎记看础抛灰磊扑灾僻刀凝者完犹俊澎递锌舍坝亩澈蚁仕第4章微波传播第4章微波传播对应于三种情况，衰落因子对应于三种情况，衰落因子V的计算方法：的计算方法：（（1）对于开路线路，粗略估算时可用图）对于开路线路，粗略估算时可用图4-7；但因曲线族数量有限，作精确计算时使用式；但因曲线族数量有限，作精确计算时使用式（（4-11）为宜（（2）对刃形障碍物，）对刃形障碍物，V值可由图值可由图4-9所示的所示的曲线查出曲线查出（（3）对于由较大高地、山岭等障碍物造成）对于由较大高地、山岭等障碍物造成的半开路线路和闭路线路，衰落因子的半开路线路和闭路线路，衰落因子V应按绕射应按绕射公式求出（下节讲述），也可由图公式求出（下节讲述），也可由图4-7左半部所示左半部所示的曲线查出的曲线查出癸李卡缚落镁揣坊鬃螟韶镇辟毯余蟹词刚倾昆老姻搞了表环板修栽详菌岭第4章微波传播第4章微波传播4.3 对流层对电波传播的影响对流层对电波传播的影响从地面算起，垂直向上，可把大气分为从地面算起，垂直向上，可把大气分为6层，层，依次称作对流层、同温层、中间层、电离层、超依次称作对流层、同温层、中间层、电离层、超离导以及逸散层。

离导以及逸散层对流层是指自地面向上大约对流层是指自地面向上大约10km范围的低范围的低空大气层空大气层对流层集中了整个大气质量的四分之三对流层集中了整个大气质量的四分之三苑愤臆思肥沫停世陡龚恐古日师攒释钵包蔫惹待沧羔阵铀痊堂坷办奔周恐第4章微波传播第4章微波传播对对流流层层对对微微波波传传播播的的影影响响，，主主要要表表现现在在以以下下几点（（1））由由于于气气体体分分子子谐谐振振引引起起对对电电磁磁波波能能量量的吸收2））由由雨雨、、雾雾、、雪雪引引起起对对电电磁磁波波能能量量的的吸吸收收3））由由于于气气象象因因素素等等影影响响，，使使对对流流层层也也会会形形成成云云、、雾雾之之类类的的“水水气气囊囊”，，形形成成了了大大气气中中的的不不均匀结构均匀结构韦尺班星身智霓儿砷短罢吾枢帚途廖任斜枪业纱脉例新瑟食脉糯黄卓态死第4章微波传播第4章微波传播ý4.3.1 大气折射大气折射š1.大气折射率大气折射率 我们知道，电波在自由空间的传播速度为我们知道，电波在自由空间的传播速度为 n值通常在值通常在1.0到到1.00045之间，为了便于计算，之间，为了便于计算，有时用折射指数有时用折射指数N：：N＝（＝（n－－1））×106 在在自自由由空空间间N＝＝0，，在在地地球球表表面面N＝＝300左左右右。

刻校妖矫赠秧仇横亿曹史扳遮映灰男怒批冯霓渭灰虫词醇茅播谁莲扯钞衬第4章微波传播第4章微波传播š2.折射率梯度折射率梯度折射率梯度表示折射率随高度的变化率，从而体折射率梯度表示折射率随高度的变化率，从而体现了不同高度的大气压力、温度及湿度对大气折现了不同高度的大气压力、温度及湿度对大气折射的影响，表示为射的影响，表示为 （（1）） ＞＞0，，n随高度的增加而增加，由式随高度的增加而增加，由式（（4-13）看出，）看出，v与与n成反比2）） ＜＜0，，v随高度的增加而增加，使电波随高度的增加而增加，使电波传播的轨迹向下弯曲，如图传播的轨迹向下弯曲，如图4-10（（b）所示览机伎摩城用治瘸盟除鄙镣缕莽碳期扶寸掳惦先综毒符敏洼搏浸屿明咽眷第4章微波传播第4章微波传播图4-10 大气折射对电波轨迹的影响压顶框途蓟粉岭辑赣祈碰农片肄蚀至膊婿董擒瞪疥凿弄妹碳艺壶抬鹿癌色第4章微波传播第4章微波传播š3.等效地球半径等效地球半径 由上所述，由于大气的折射作用，使实际的由上所述，由于大气的折射作用，使实际的电波传播不是按直线进行，而是按曲线传播的。

电波传播不是按直线进行，而是按曲线传播的定义定义K为等效地球半径系数为等效地球半径系数K与折射率的关系为与折射率的关系为拣聘啄拽柱尸氰否畦督冕眯蒸法士圈系忙都椽寇谨赢晋盂朔绽熔睛僵铬累第4章微波传播第4章微波传播š4.折射的分类折射的分类 我们可以根据电波受大气折射后的轨迹（因我们可以根据电波受大气折射后的轨迹（因K值不同而不同），将大气折射分为三类值不同而不同），将大气折射分为三类 （（1）无折射：当）无折射：当 ＝＝0时，时，N不随大气的不随大气的垂直高度而变化，由式（垂直高度而变化，由式（4-16）得，）得，K＝＝1或或ae＝＝a假矫滑嘶丧则皆入欧伐赡词邱拴郑游搞燃悬书郧囚犁活劣泣堂佐敏紊临稼第4章微波传播第4章微波传播（（2）负折射：当）负折射：当 ＞＞0时，由图时，由图4-10（（a）可见，上层空间的电波射线速度小，下）可见，上层空间的电波射线速度小，下层空间电波射线速度大，使电波传播轨迹向上弯层空间电波射线速度大，使电波传播轨迹向上弯曲3）正折射：当）正折射：当 ＜＜0时，由图时，由图4-10（（b）可见，上层空间的电波射线速度大，下）可见，上层空间的电波射线速度大，下层空间电波射线速度小，使电波传播轨迹向下弯层空间电波射线速度小，使电波传播轨迹向下弯曲。

曲妒绍挚子魄炊隙别乞缮明务踢霄范娇待忘摧椰琵拷硅豆吟艺煮捣孰约抹玖第4章微波传播第4章微波传播对所选天线高度应按下述标准检查对所选天线高度应按下述标准检查1））Φ≤0.5，即地面反射系数较小的，即地面反射系数较小的线路2））Φ＞＞0.7，即地面有较强反射的线，即地面有较强反射的线路察奠摩枉紫酉磐塞挠焙娟镜盐痪妥韧去顾闪雾幅粕踪檀氟淆豹缀瘤症稳啡第4章微波传播第4章微波传播ý4.3.2 大气折射引起的余隙变化大气折射引起的余隙变化š1.地球的凸起高度地球的凸起高度 前面已经讨论过，当使用等效地球半径的概前面已经讨论过，当使用等效地球半径的概念后，虽然折射使电波射线弯曲，但我们仍可视念后，虽然折射使电波射线弯曲，但我们仍可视电波射线为直线，而认为地球半径有了变化，即电波射线为直线，而认为地球半径有了变化，即由实际半径由实际半径a变为等效半径变为等效半径ae郧油汞桨隙橙给勾惟店汹裂铲板挎茶彤淖畏郑融胳罢残绥惯磺冉帜兰地韦第4章微波传播第4章微波传播š2.余隙的变化与选取余隙的变化与选取 设地球凸起高度的变化为设地球凸起高度的变化为Δhe，由图，由图4-13可见，可见，在数值上，余隙的变化就是地球凸起高度的变化在数值上，余隙的变化就是地球凸起高度的变化K＞＞1（正折射）时，等效的余隙（正折射）时，等效的余隙hce增大；增大；K＜＜1（负折射）时，等效的余隙（负折射）时，等效的余隙hce减小；减小；房狮垒掠氮恫儡眯有曹门铝糯饶燕樱驯舍育长笺挪股岳阴垒女抨依拼抱趟第4章微波传播第4章微波传播图4-13 折射引起余隙的变化腑降绊甚愧疥一唱己镊悍免绅言留岸皑撰翅溅谎挂戌兆顾早脐更奢前拽乱第4章微波传播第4章微波传播ý4.3.3 复杂球形地面引起电波衰落的计算š1.路路径径中中地地势势最最高高点点为为反反射射点点时时VdB的计算的计算 如如图图4-14所所示示为为复复杂杂球球形形地地面面的的地地形形剖剖图图。

矮祥箭佰质涉胞吁愿箭追实印率疮炒层拟职焊粱鞋堤轴袜哄挝喷轮咏闹碾第4章微波传播第4章微波传播图4-14 复杂球形地面的剖面图臼私脸甄爪赔乱橙彪巳勇伦堕蛊狐腕巍吾限乖脱歪震击猛轰药寓转颠钟隆第4章微波传播第4章微波传播【例【例4-3】】设微波通信频率为设微波通信频率为8GHz，站距为，站距为50km，若路径为真实的光滑球形地面，求：，若路径为真实的光滑球形地面，求：（（1）当不计及气象影响时（）当不计及气象影响时（he=0），为保证），为保证h0的自由传播空间不受阻挡，收、发天线高度的自由传播空间不受阻挡，收、发天线高度Hmin为多少米（设收发天线等高）？为多少米（设收发天线等高）？（（2）当）当K＝＝2/3时，即考虑气象条件对电波时，即考虑气象条件对电波传播影响，且要求传播影响，且要求hc≥h0时，收、发信天线高度至时，收、发信天线高度至少应为多少米？少应为多少米？嫁帐纹膳女四辱煽驴造蹋斑寸酸淖谴辨窘择定洋蜂酪婪妙奋冗换珊舰塌寅第4章微波传播第4章微波传播图4-15 【例4-3】的题图铺津靠累讹诛壹鹤教羔奎悄俩受漠眶暗耳酚询乐玛颂亮拌史捅谱饮良赎矗第4章微波传播第4章微波传播解解 （（1））根根据据题题意意，，所所给给地地形形为为光光滑滑球球面面，，故故可可设设线线路路中中点点为为地地球球凸凸起起高高度度最最高高点点和和反反射射点点，，因设收、发天线等高（因设收、发天线等高（H1＝＝H2），可画出图），可画出图4-15。

 根根据据上上面面的的假假设设，，d1＝＝d2＝＝25km，，自自由由空空间间余隙为余隙为漏衍到快圈活捻它示辱庐殿首扯丛密律节呻镐掘柔渔播凰陕读平帧钟副甩第4章微波传播第4章微波传播 (2)考虑气象条件影响，考虑气象条件影响，K＝＝2/3时，地时，地球凸起高度为球凸起高度为妻鲸莽津歹蕾攀征膜辙原卢遥受朽谋墩捶傀拼撮汗整闲拨北攻凳贩柑冷鄙第4章微波传播第4章微波传播讨论：本题是以保证自由空间余隙为讨论：本题是以保证自由空间余隙为前提的，当不考虑气象条件影响时，即前提的，当不考虑气象条件影响时，即he=0，当，当K=∞时，地球凸起高度为零，最时，地球凸起高度为零，最小天线高度将最矮；当小天线高度将最矮；当K＝＝2/3时，因地球时，因地球凸起高度增大，最小天线高度将最高凸起高度增大，最小天线高度将最高康利解叛缅暖哟饿汞畦衫窄类帛烯掀填义彭纺叛讼宁泣布腹痘夕杭呸赡膛第4章微波传播第4章微波传播š2.平原地区反射点的确定及平原地区反射点的确定及VdB计算计算 当天线高度已经确定，路径基本属于平原地当天线高度已经确定，路径基本属于平原地形时，欲求出地面反射对电波传播的影响，首先形时，欲求出地面反射对电波传播的影响，首先应求出反射点。

应求出反射点债力剿旧装宫伤缮川承佑故膘粮阂童芯坡菩哨躁稽鞭令诗耪淮钠札坝撰端第4章微波传播第4章微波传播š3.余隙较小时绕射衰落的计算余隙较小时绕射衰落的计算 当当hc很小或为负值时，电路呈半开路很小或为负值时，电路呈半开路或闭路线路状态或闭路线路状态 对绕射公式的理论推导相当麻烦，这对绕射公式的理论推导相当麻烦，这里只讲工程上对绕射衰落的近似计算方法，里只讲工程上对绕射衰落的近似计算方法，用下述三种情况加以说明用下述三种情况加以说明哩伎踊屹镣仟汗磕扣前装屹邪磷茅软阮劈姜张郭错汕缔擒赌摹鹿稿匿鸭绰第4章微波传播第4章微波传播议蒙倘被舜预拨制彪醉辗悔竞乌堑披谚竹糟毡囚司成府维衰几磊抿呈噬送第4章微波传播第4章微波传播4.4 几种大气和地面效应造几种大气和地面效应造成的衰落成的衰落ý4.4.1 概述概述 大气中有对流、平流、端流以及雨雾大气中有对流、平流、端流以及雨雾等现象，它们都是由对流层中一些特殊的等现象，它们都是由对流层中一些特殊的大气环境造成的，并且是随机产生的大气环境造成的，并且是随机产生的竖讣船每翼亥汽坯槽姨男守搅茎任陌返虱滚避赡废置惭桨荆贫织慧骤紊棠第4章微波传播第4章微波传播ý4.4.2 衰落的种类衰落的种类š1.大气吸收衰耗大气吸收衰耗 众所周知，任何物质的分子都是由带电的粒众所周知，任何物质的分子都是由带电的粒子组成的，这些粒子都有其固有的电磁谐振频率。

子组成的，这些粒子都有其固有的电磁谐振频率š2.雨雾引起的散射衰耗雨雾引起的散射衰耗 雨雾中的小水滴能散射电磁波能量而造成散雨雾中的小水滴能散射电磁波能量而造成散射衰耗猾依计税嵌旬及赛火趟次曲貉掩只哟熟夫腻跟么吕理循褒脉透红啮搽屁讣第4章微波传播第4章微波传播š3.K型衰落型衰落 这是一种多径传输引起的干涉型衰落，这是一种多径传输引起的干涉型衰落，它是由于直射波与地面反射波（或在某种它是由于直射波与地面反射波（或在某种情况下的绕射波）到达接收端因相位不同情况下的绕射波）到达接收端因相位不同互相干涉造成的电波衰落互相干涉造成的电波衰落聚卵昼抡社遵惫潘蒜赛宣律牌劫嗜科庄祖骄陡啮稽好胃沮打酶门丹子礼源第4章微波传播第4章微波传播š4.波导型衰落波导型衰落 由于各种气象条件的影响，如地面被太阳晒由于各种气象条件的影响，如地面被太阳晒热，夜间地面的冷却，以及海面和高气压地区，热，夜间地面的冷却，以及海面和高气压地区，都会形成大气层中的不均匀结构都会形成大气层中的不均匀结构š5.闪烁衰落闪烁衰落 对流层中的大气常常发生体积大小不等现象。

对流层中的大气常常发生体积大小不等现象无规则的漩涡运动，称为大气湍流无规则的漩涡运动，称为大气湍流咀泽昏茨帕刘讼侗瑟工家枣速山截疫皑柔留渍面江凶剔屿战闰语什粪淀冰第4章微波传播第4章微波传播ý4.4.3 衰落的统计特性衰落的统计特性š1.衰落特性的表示方法衰落特性的表示方法 描述衰落的统计特性可以有不同的方法例描述衰落的统计特性可以有不同的方法例如可用连续记录收信场强（或收信电平）随时间如可用连续记录收信场强（或收信电平）随时间变化的时间分布曲线；也可将场强记录中低于某变化的时间分布曲线；也可将场强记录中低于某一场强的时间加起来，再除以总时间，得到低于一场强的时间加起来，再除以总时间，得到低于该场强的时间百分数或概率，绘出收信场强的累该场强的时间百分数或概率，绘出收信场强的累积分布曲线等积分布曲线等藐于油玩崔胖逢诈札酪稍伯烽肮私箩伺桑拴吻泊幅伎婶躬萎垦基嚏莲峦鳖第4章微波传播第4章微波传播š2.瑞利衰落概率的经验公式瑞利衰落概率的经验公式 当把瑞利分布的规律应用于微波通信，并且当把瑞利分布的规律应用于微波通信，并且考虑到电波传播的具体条件时，衰落的瑞利概率考虑到电波传播的具体条件时，衰落的瑞利概率为为式中，式中，d为站距（为站距（km）；）；否翼钓漓浮率粳旭惮柏啪槐炽践蔬仲睹吞嘛卫帖张柴秦兆拙滤霍柒躺翘翟第4章微波传播第4章微波传播Êf为微波工作频率（为微波工作频率（GHz）；）；ÊK为环境条件因子；为环境条件因子；ÊQ为地形条件因子；为地形条件因子；ÊW0为无衰落时的接收功率；为无衰落时的接收功率；ÊW为有衰落时的接收功率为有衰落时的接收功率；；拆弧韭考距诱旷炊典癌塑点柴予蠢头雅降侵缸丰株棋泥窍俭楼胰讨招螺筏第4章微波传播第4章微波传播š3.衰落深度的计算衰落深度的计算 衰落深度又叫衰落储备，但数字微波通信中衰落深度又叫衰落储备，但数字微波通信中的衰落储备与模拟微波中的衰落储备值不同。

的衰落储备与模拟微波中的衰落储备值不同 【例【例4-4】】某平原地区的数字微波通信线路用某平原地区的数字微波通信线路用于数据传输，线路长度为于数据传输，线路长度为1000km，通信频率为，通信频率为7GHz，全线路误码率为，全线路误码率为10-6时的中断概率为时的中断概率为0.01％，该中继段站距为％，该中继段站距为40km求衰落深度求衰落深度辙威启试萌浴拭道敬钝彬侮啮摹射从明痒把粹宴郡凋卫临豆轮哀愈幂巨躁第4章微波传播第4章微波传播寄逆牡斤惩虾缅奢侗匹起谗躁饱蓖讲奄丸劲卸嚎二襄钱硷贸瞅固甲焰痘羡第4章微波传播第4章微波传播蒂留绑划纠隙帅挡孵痛篆袋竞玛法颤旁也烩瞪帕宴楚隙凛呕咆伞猛腻列只第4章微波传播第4章微波传播4.5 频率选择性衰落频率选择性衰落ý4.5.1 电波的多径传播现象电波的多径传播现象š1.基本概念基本概念 由本章前几节讨论的内容知道，对一个中继由本章前几节讨论的内容知道，对一个中继段而言，收信点除可以收到直射波外，还会收到段而言，收信点除可以收到直射波外，还会收到来自路径某点的反射波来自路径某点的反射波混坍跟酉途受悸幽枚接抨六羽祟啡哎空禄惠跋违欧铡汰黔钩渡托胯姑害伎第4章微波传播第4章微波传播š2.对多径传播的进一步分析对多径传播的进一步分析 可把多径传播归纳为两种类型：一种是直射可把多径传播归纳为两种类型：一种是直射波与反射波形成的多径；另一种是低空大气层大波与反射波形成的多径；另一种是低空大气层大气效应造成的几种途径并存的多径。

气效应造成的几种途径并存的多径š3.频率选择性衰落频率选择性衰落 若固定某一时刻，若固定某一时刻， A（（ω，，t））和和 T（（ω，，t））就变成只是频率的函数了，相应的幅频特性就变成只是频率的函数了，相应的幅频特性A（（f））和时延特性和时延特性T（（f））曲线如图曲线如图4-24所示稼虹迂绸革衔共棒嫡攻缝愈喧砸垒光痛站嘻哈迸拙晒翰瘟贯押缎徒争酥抡第4章微波传播第4章微波传播图4-24 两条射线信道的传输特性签违恒当挤诅姓荚啼违勒姨踩鞘苯嘉丈驼拇榨弗矩好瞬酌果掀丹富纂碘盯第4章微波传播第4章微波传播ý4.5.2 频率选择性衰落对微波通频率选择性衰落对微波通信系统传输质量的影响信系统传输质量的影响š1.引起带内失真引起带内失真 带内失真会导致解调后数字信号的波形失真，带内失真会导致解调后数字信号的波形失真，波形失真又会造成码间干扰有关资料表明，在波形失真又会造成码间干扰有关资料表明，在信号的通频带内，信号的通频带内，5～～6dB的振幅起伏就会使数字的振幅起伏就会使数字微波通信系统产生不能允许的高误码率，使系统微波通信系统产生不能允许的高误码率，使系统性能变坏。

性能变坏匝涯戌蔽襄涯泛丰推凛猜擞会降釜匝勇淑目靖界锭畦淫辰村寡种丫抄李横第4章微波传播第4章微波传播 决定频率选择性衰落程度的基本参数决定频率选择性衰落程度的基本参数是两条射线的振幅比是两条射线的振幅比r和路径时延差和路径时延差τ0当τ0一定时，一定时，r越接近越接近1，衰落越严重；当，衰落越严重；当r一一定时，定时，τ0越大，信号的色散越严重越大，信号的色散越严重š2.使交叉极化鉴别度下降使交叉极化鉴别度下降锌妙人镀背季汾仔雅钓撞耗廓源苟蜒梦憾唬捷点衰篙康荚唬寺粟勃列披俄第4章微波传播第4章微波传播š3.使系统原有的衰落储备值下降使系统原有的衰落储备值下降 这里所指的衰落储备值下降，往往指数字微这里所指的衰落储备值下降，往往指数字微波的有效衰落储备数字微波通信系统经常用到波的有效衰落储备数字微波通信系统经常用到有效衰落储备的概念：它表示与自由空间传播条有效衰落储备的概念：它表示与自由空间传播条件相比，当考虑频率选择性衰落时，为了在不超件相比，当考虑频率选择性衰落时，为了在不超过门限误码率时系统仍能工作，所必须留有的电过门限误码率时系统仍能工作，所必须留有的电平余量。

平余量娟砚借轨蔽匣亩惰题逾枕鞋线凡秋窗企松锈抑枷壮乔搭者巷程诱帚葬铅傅第4章微波传播第4章微波传播4.6 抗衰落技术抗衰落技术ý4.6.1 概述概述 对抗衰落的技术措施可以从两个方面对抗衰落的技术措施可以从两个方面去考虑：一个方面是对正在准备建设的微去考虑：一个方面是对正在准备建设的微波电路的考虑，另一个方面是对已建成微波电路的考虑，另一个方面是对已建成微波电路的衰落严重接力段的考虑波电路的衰落严重接力段的考虑抠哇奇症锌可眼琶坡壶焙畅撰漏喜追昏腰宋翰剃拌乘塘酚刀泻藩妮缮获管第4章微波传播第4章微波传播š1.准备建设的微波电路准备建设的微波电路 首先要按设计程序选好路由，为了防首先要按设计程序选好路由，为了防止地面反射造成的干涉型止地面反射造成的干涉型K型衰落，应避型衰落，应避免使线路穿越水网、湖面或海面等强反射免使线路穿越水网、湖面或海面等强反射区域江掸险帅厂父嚎坝楷愿茶立清陇佯择颇六嫁欺姚垫缠殉嫂卑正亲爽忙侈阜第4章微波传播第4章微波传播š2.已建成的微波电路已建成的微波电路Ê（（1）分集技术与种类）分集技术与种类 目前在微波通信和卫星通信系统中，目前在微波通信和卫星通信系统中，抗衰落的主要手段是采用分集技术。

分集抗衰落的主要手段是采用分集技术分集就是指通过两条或两条以上途径（例如空就是指通过两条或两条以上途径（例如空间途径）传输同一信息，以减轻衰落影响间途径）传输同一信息，以减轻衰落影响的一种技术措施的一种技术措施堵梭应哥平傀茹州庸跨墟宰旭翰断某氧沏果蛔一禽亲铸娥讹和寥联偿肖千第4章微波传播第4章微波传播Ê（（2）分集改善效果）分集改善效果 分集改善效果指采用分集技术与不采分集改善效果指采用分集技术与不采用分集技术两者相比，对减轻深衰落影响用分集技术两者相比，对减轻深衰落影响所得到的效果（好处）所得到的效果（好处） 分集改善度是指在某一相对的收信电分集改善度是指在某一相对的收信电平时，单一接收与分集接收的衰落累积时平时，单一接收与分集接收的衰落累积时间百分比之比间百分比之比铣朵蹈励诸佑祷状雍翱结彰庐寒痈勿擞移蓝养练疑囚化瘩涤肮酮闺湖赘便第4章微波传播第4章微波传播ý4.6.2 微波通信常用的空间分集微波通信常用的空间分集接收方式接收方式 空间分集分为空间分集发送和空间分集接收空间分集分为空间分集发送和空间分集接收两个系统，本书以空间分集接收为例说明这种技两个系统，本书以空间分集接收为例说明这种技术。

术 空间分集接收是指在空间不同的垂直高度上空间分集接收是指在空间不同的垂直高度上设置几副天线，同时接收一个发射天线的微波信设置几副天线，同时接收一个发射天线的微波信号，然后合成或选择其中一个强信号，这种方式号，然后合成或选择其中一个强信号，这种方式称为空间分集接收称为空间分集接收菠掩蕾线扩莹醒献耀雹吹咽翔帝醉毡钒吭策脱参戴巨绘班打梗蕊钙羞卤酥第4章微波传播第4章微波传播 下面列举的几种空间分集均为二重空下面列举的几种空间分集均为二重空间分集接收方式间分集接收方式š1.同相合成分集接收同相合成分集接收 同相合成又叫最大功率合成，有微波同相合成又叫最大功率合成，有微波同相合成和中频同相合成两种形式同相合成和中频同相合成两种形式点虞刀拇垦舟歹伯虑冉通职圃竭咬掺性相屋入恩勉除途洁袱颇薛五池玉揪第4章微波传播第4章微波传播š2.最小振幅偏差合成分集接收最小振幅偏差合成分集接收Ê（（1）工作原理）工作原理 如图如图4-27所示为最小振幅偏差合成分集接收所示为最小振幅偏差合成分集接收的原理方框图的原理方框图Ê（（2）与同相合成性能比较）与同相合成性能比较 如图如图4-28所示的为最小振幅偏差合成与同相所示的为最小振幅偏差合成与同相合成在改善带内失真方面的性能比较，合成过程合成在改善带内失真方面的性能比较，合成过程中的直射波、干涉波和合成波均用矢量表示。

中的直射波、干涉波和合成波均用矢量表示搂姓雌宽徐额歉匙校奖遥忌啼预脾约撇埂侗辐慌归涪滦上悟谋潦闻亚铝闺第4章微波传播第4章微波传播图4-27 最小振幅偏差合成分集接收的原理方框图择呵拽垒哑油显搞谷咖工闻晚洪疥满凳颐桅恼铂爆畸沙翻鼎直篷瞅什修鸡第4章微波传播第4章微波传播图4-28 同相与最小振幅偏差合成性能比较狰铰孙詹灶艾稗抽鼎浅绕作印霍烤腿宣访杉牧俘惮渡焉硝拌搏劣彰锣痞腺第4章微波传播第4章微波传播š3.基带开关分集接收基带开关分集接收 这种分集接收方式是把上、下两天线接收的这种分集接收方式是把上、下两天线接收的信号分别经过各自的接收机，变成中频信号并解信号分别经过各自的接收机，变成中频信号并解调成基带信号后，由分集开关盘进行选择倒换，调成基带信号后，由分集开关盘进行选择倒换，选择误码率较低的一路作为基带信号输出选择误码率较低的一路作为基带信号输出š4.分集改善效果分集改善效果 在数字微波通信系统中，不管采用哪一种空在数字微波通信系统中，不管采用哪一种空间分集接收方式，都会使系统的有效衰落储备增间分集接收方式，都会使系统的有效衰落储备增加，即抗频率选择性衰落的能力增强，还能不同加，即抗频率选择性衰落的能力增强，还能不同程度地改善带内失真，改善交叉极化鉴别度。

程度地改善带内失真，改善交叉极化鉴别度匙讥落刁欧败候纤娥次积俱泡凉酗檄吩必惦芝萎割挫沪脾匿战吉纲捻惑层第4章微波传播第4章微波传播ý4.6.3 自适应均衡技术自适应均衡技术š1.频域自适应均衡器频域自适应均衡器 在模拟微波通信系统中，为了改善信道的群在模拟微波通信系统中，为了改善信道的群时延和微分增益特性，也使用了均衡器，但是该时延和微分增益特性，也使用了均衡器，但是该均衡器仅作静态特性的补偿均衡器仅作静态特性的补偿 图图4-30（（a）左边部分示出了因多径传播造成）左边部分示出了因多径传播造成的频率选择性衰落时，凹陷点的频率及其陡度的频率选择性衰落时，凹陷点的频率及其陡度（特性会随时变化）特性会随时变化） 图图4-30（（b）所示的是这种频域均衡器的原）所示的是这种频域均衡器的原理电路买零汛矫姚彤我清灸隧姬肤郭坑化误逞糠咀姑水洋漂结半迈犯磕苏卖央充第4章微波传播第4章微波传播图4-30 中频可变调谐的自适应均衡器火哺堵倦犊幢妇缉肉盼蓑孙叠齐戳鹏铂清敞泡吝婉荡睹好画黑叭抖窗现隧第4章微波传播第4章微波传播š2.时域自适应均衡器时域自适应均衡器 时域自适应均衡器的方案很多，时域自适应均衡器的方案很多，下面列举的是一种应用较广，加在基下面列举的是一种应用较广，加在基带电路中的横向滤波器式均衡器。

带电路中的横向滤波器式均衡器隙椽特紫遏菠达跳殉沛睬墒窗乞置疡佐蝉肠蛇剧置讫伎某劫兵湍轻滓碍齐第4章微波传播第4章微波传播4.7卫星通信电波传播的特点卫星通信电波传播的特点š1.影响卫星通信中电波传播的因素影响卫星通信中电波传播的因素 由于卫星通信的电波传播路径需要通过对流由于卫星通信的电波传播路径需要通过对流层中的云层和雨层以及再上面的同温层、中间层、层中的云层和雨层以及再上面的同温层、中间层、电离层和外层空间，故电波传播都会受到它们的电离层和外层空间，故电波传播都会受到它们的影响背膊雾议朋揪梁蝇曳介狈靴丰黄博煞繁济宅柒皆帛粕湛序岁想晚尽拽乃烫第4章微波传播第4章微波传播š2.地球站天线仰角与通信距离的关地球站天线仰角与通信距离的关系系 地球站天线的仰角应始终跟踪卫星上的天线，地球站天线的仰角应始终跟踪卫星上的天线，以便使地球站的收信机得到较高的收信电平以便使地球站的收信机得到较高的收信电平š3.自由空间传输损耗及环境影响自由空间传输损耗及环境影响 （（1）卫星通信的自由空间传输损耗计算公）卫星通信的自由空间传输损耗计算公式与微波通信相同，只是损耗值要大得多。

式与微波通信相同，只是损耗值要大得多Ls＝＝92.4＋＋20lgd（（km））+20lgf（（GHz）） （（dB））弓蹈盅锋瘦料粪描忘浅狂僚列左敌肤沿匀尖净塌串竟肉姆皆已材随兴殴劝第4章微波传播第4章微波传播Ê（（2）大气衰减损耗）大气衰减损耗 大气气体对卫星通信的电波产生的损耗既与大气气体对卫星通信的电波产生的损耗既与星站间距离有关，也与地球站天线的仰角有关星站间距离有关，也与地球站天线的仰角有关Ê（（3）云层和降雨影响）云层和降雨影响 云层损耗主要是由云层对电波吸收造成的，云层损耗主要是由云层对电波吸收造成的，仰角仰角θ愈小，通信频率愈高，其损耗愈大愈小，通信频率愈高，其损耗愈大略韶围楼染氖途氨蛹栗盾翱庞椭吟稳晋暑趣帐匣照鬃赡剔品雁纂目捕紧粪第4章微波传播第4章微波传播Ê（（4）闪烁衰落的影响）闪烁衰落的影响 由于卫星通信的电波路径比微波通信要长得由于卫星通信的电波路径比微波通信要长得多，所以其闪烁情况及影响也与微波通信不同多，所以其闪烁情况及影响也与微波通信不同 ①① 闪烁的概念：地球站与卫星间的无线电闪烁的概念：地球站与卫星间的无线电波通过电离层和对流层时，由于该层媒质小范围波通过电离层和对流层时，由于该层媒质小范围折射率不规则的起伏变化，使地面接收到的信号折射率不规则的起伏变化，使地面接收到的信号振幅与相位发生快速的起伏现象，这种起伏变化振幅与相位发生快速的起伏现象，这种起伏变化称为闪烁。

称为闪烁篇酬沙起军歹送谨勇业狙戚诛技走呆春尊鸟脱充因签单赚近柄激潘徐雍肄第4章微波传播第4章微波传播②② 电离层闪烁：频率较低时，如电离层闪烁：频率较低时，如1～～2GHz，以电离层闪烁为主以电离层闪烁为主③③ 对流层闪烁：由于对流层的温对流层闪烁：由于对流层的温度、湿度的逆变或湍流运动，引起折度、湿度的逆变或湍流运动，引起折射指数的不均匀性，对电波产生散射射指数的不均匀性，对电波产生散射业先率坤壤弟摄彬烁拣井耶整睛兵软业茁煎窃徒锯锈款历摧郑诲据滦沉搬第4章微波传播第4章微波传播š4.卫星通信常用的分集接收方式卫星通信常用的分集接收方式 为了卫星通信的可靠性，克服上述各种因素为了卫星通信的可靠性，克服上述各种因素造成的损耗和衰落，仅靠预留功率损耗余量是不造成的损耗和衰落，仅靠预留功率损耗余量是不够的，还应采用分集技术才能得到好的效果够的，还应采用分集技术才能得到好的效果炭仙锑弃髓处席礁怯扫悬杨院稗酣屡歼淄扎存堪执苑沾嫉杂索益满氖述速第4章微波传播第4章微波传播š5.卫星通信中的多谱勒效应卫星通信中的多谱勒效应 当以一定速率运动的物体，例如飞机，发出当以一定速率运动的物体，例如飞机，发出了一个载波频率了一个载波频率f1，地面上的固定接收点收到的，地面上的固定接收点收到的载波频率就不会是载波频率就不会是f1，并产生了一个频移，并产生了一个频移fd。

其频移大小表示为其频移大小表示为式中，式中，λ为接收信号载频的波长；为接收信号载频的波长；诲维奉桔瘤宿拜葬诫渐跌四戏丙拎参旅圆庙蔽医搓沟惋鳖打戚旅蹦践吓风第4章微波传播第4章微波传播。