电波传播.pptx
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1、西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院 9.19.1概述概述概述概述 一、使用波长一、使用波长一、使用波长一、使用波长在长、中波波段和短波的低频段(在长、中波波段和短波的低频段(在长、中波波段和短波的低频段(在长、中波波段和短波的低频段(10103 310106 6Hz)Hz)均可用这种传均可用这种传均可用这种传均可用这种传播方式。(播方式。(播方式。(播方式。(波长波长波长波长200m200m 的中长波段)的中长波段)的中长波段)的中长波段)无无线线电电波波沿沿地地无无线线电电波波沿沿地地球球表表面面传传播播的的传传球球表表面面传传播播的的传传播播方方式式称称为为地地面面播播方方式式
2、称称为为地地面面波波传传播播波波传传播播,当当天天线线低低当当天天线线低低架架于于地地面面架架于于地地面面,且且最最大大且且最最大大辐辐射射方方向向沿沿地地面面辐辐射射方方向向沿沿地地面面时时时时,这这时时主主要要是是地地这这时时主主要要是是地地面面波波绕绕射射传传播播面面波波绕绕射射传传播播。由于大地表面是导体,当电磁波在其表面传播时,一部分能量由于大地表面是导体,当电磁波在其表面传播时,一部分能量由于大地表面是导体,当电磁波在其表面传播时,一部分能量由于大地表面是导体,当电磁波在其表面传播时,一部分能量将被损耗掉,且频率越高,趋附效应越明显,衰减越大。将被损耗掉,且频率越高,趋附效应越明显
3、,衰减越大。将被损耗掉,且频率越高,趋附效应越明显,衰减越大。将被损耗掉,且频率越高,趋附效应越明显,衰减越大。西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院一、使用波长一、使用波长一、使用波长一、使用波长在长、中波波段和短波的低频段(在长、中波波段和短波的低频段(在长、中波波段和短波的低频段(在长、中波波段和短波的低频段(10103 310106 6Hz)Hz)均可用这种传均可用这种传均可用这种传均可用这种传播方式。(播方式。(播方式。(播方式。(波长波长波长波长200m200m 的中长波段)的中长波段)的中长波段)的中长波段)由于大地表面是导体,当电磁波在其表面传播时,一部分能量由于大地表
4、面是导体,当电磁波在其表面传播时,一部分能量由于大地表面是导体,当电磁波在其表面传播时,一部分能量由于大地表面是导体,当电磁波在其表面传播时,一部分能量将被损耗掉,且频率越高,趋附效应越明显,衰减越大。将被损耗掉,且频率越高,趋附效应越明显,衰减越大。将被损耗掉,且频率越高,趋附效应越明显,衰减越大。将被损耗掉,且频率越高,趋附效应越明显,衰减越大。信号稳定,受气候影响较小,无多径效应,使用于远距离通信。信号稳定,受气候影响较小,无多径效应,使用于远距离通信。信号稳定,受气候影响较小,无多径效应,使用于远距离通信。信号稳定,受气候影响较小,无多径效应,使用于远距离通信。二、电波极化形式及地表介
5、电特性二、电波极化形式及地表介电特性二、电波极化形式及地表介电特性二、电波极化形式及地表介电特性假设地面是假设地面是假设地面是假设地面是“理想导体光滑理想导体光滑理想导体光滑理想导体光滑”面,根据镜像原理可知,水平极面,根据镜像原理可知,水平极面,根据镜像原理可知,水平极面,根据镜像原理可知,水平极化天线镜像为负象,垂直极化天线为镜像为正象,所以水平极化化天线镜像为负象,垂直极化天线为镜像为正象,所以水平极化化天线镜像为负象,垂直极化天线为镜像为正象,所以水平极化化天线镜像为负象,垂直极化天线为镜像为正象,所以水平极化天线在接收点场强为零,垂直极化天线在接收点场强加强。天线在接收点场强为零,垂
6、直极化天线在接收点场强加强。天线在接收点场强为零,垂直极化天线在接收点场强加强。天线在接收点场强为零,垂直极化天线在接收点场强加强。西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院二、电波极化形式及地球表面介电特性二、电波极化形式及地球表面介电特性二、电波极化形式及地球表面介电特性二、电波极化形式及地球表面介电特性假设地面是假设地面是假设地面是假设地面是“理想导体光滑理想导体光滑理想导体光滑理想导体光滑”面,根据镜像原理可知,水平极面,根据镜像原理可知,水平极面,根据镜像原理可知,水平极面,根据镜像原理可知,水平极化天线镜像为负象,垂直极化天线为镜像为正象,所以水平极化化天线镜像为负象,垂直极化
7、天线为镜像为正象,所以水平极化化天线镜像为负象,垂直极化天线为镜像为正象,所以水平极化化天线镜像为负象,垂直极化天线为镜像为正象,所以水平极化天线在接收点场强为零,垂直极化天线在接收点场强加强。天线在接收点场强为零,垂直极化天线在接收点场强加强。天线在接收点场强为零,垂直极化天线在接收点场强加强。天线在接收点场强为零,垂直极化天线在接收点场强加强。地波传播只适用于垂直极化波传播;地波传播只适用于垂直极化波传播;地波传播只适用于垂直极化波传播;地波传播只适用于垂直极化波传播;或者说水平极化波传播距离很短。或者说水平极化波传播距离很短。或者说水平极化波传播距离很短。或者说水平极化波传播距离很短。若
8、大地是理想导体平面若大地是理想导体平面若大地是理想导体平面若大地是理想导体平面,则接收天线则接收天线则接收天线则接收天线接收到的仍是垂直极化波。接收到的仍是垂直极化波。接收到的仍是垂直极化波。接收到的仍是垂直极化波。实际上实际上实际上实际上,大地是非理想导电媒质大地是非理想导电媒质大地是非理想导电媒质大地是非理想导电媒质,垂垂垂垂直极化波的电场沿地面传播时直极化波的电场沿地面传播时直极化波的电场沿地面传播时直极化波的电场沿地面传播时,就在地就在地就在地就在地面感应出与其一起移动的正电荷面感应出与其一起移动的正电荷面感应出与其一起移动的正电荷面感应出与其一起移动的正电荷,进而进而进而进而形成电流
9、形成电流形成电流形成电流,从而产生欧姆损耗从而产生欧姆损耗从而产生欧姆损耗从而产生欧姆损耗,造成大地造成大地造成大地造成大地对电波的吸收对电波的吸收对电波的吸收对电波的吸收;并沿地表面形成较小的并沿地表面形成较小的并沿地表面形成较小的并沿地表面形成较小的电场水平分量电场水平分量电场水平分量电场水平分量,致使波前倾斜致使波前倾斜致使波前倾斜致使波前倾斜,并变为椭并变为椭并变为椭并变为椭圆极化波圆极化波圆极化波圆极化波西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院二、电波极化形式及地球表面介电特性二、电波极化形式及地球表面介电特性实际上实际上,大地是非
10、理想导电媒质大地是非理想导电媒质,垂垂直极化波的电场沿地面传播时直极化波的电场沿地面传播时,就在地就在地面感应出与其一起移动的正电荷面感应出与其一起移动的正电荷,进而进而形成电流形成电流,从而产生欧姆损耗从而产生欧姆损耗,造成大地造成大地对电波的吸收对电波的吸收;并沿地表面形成较小的并沿地表面形成较小的电场水平分量电场水平分量,致使波前倾斜致使波前倾斜,并变为椭并变为椭圆极化波圆极化波在交变场的作用下介质内有在交变场的作用下介质内有位移电流位移电流传导电流传导电流通常把通常把看成看成导体与电介质的分界线导体与电介质的分界线地壳的电特性影响电波传播地壳的电特性影响电波传播.1良导体良导体:海水海
11、水(中中波波)1电介质电介质:湿土湿土,干土干土(长波长波)可以看到介电特性与频率(波长)有关可以看到介电特性与频率(波长)有关电介质转化电介质转化地球的介电特性进一步解释了地波传播适合波段的原因,地球的介电特性进一步解释了地波传播适合波段的原因,“导电特性导电特性”说明了地波传播适合垂直极化波传播。说明了地波传播适合垂直极化波传播。j西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院实际上实际上,大地是非理想导电媒质大地是非理想导电媒质,垂垂直极化波的电场沿地面传播时直极化波的电场沿地面传播时,就在地就在地面感应出与其一起移动的正电荷面感应出与其一起移动的正电荷,进而进而形成电流形成电流,从而产
12、生欧姆损耗从而产生欧姆损耗,造成大地造成大地对电波的吸收对电波的吸收;并沿地表面形成较小的并沿地表面形成较小的电场水平分量电场水平分量,致使波前倾斜致使波前倾斜,并变为椭并变为椭圆极化波圆极化波1良导体良导体:海水海水(中中波波)1电介质电介质:湿土湿土,干土干土(长波长波)可以看到介电特性与频率(波长)有关可以看到介电特性与频率(波长)有关电介质转化电介质转化地球的介电特性进一步解释了地波传播适合波段的原因,地球的介电特性进一步解释了地波传播适合波段的原因,“导电特性导电特性”说明了地波传播适合垂直极化波传播。说明了地波传播适合垂直极化波传播。j二、电波极化形式及地球表面介电特性二、电波极化
13、形式及地球表面介电特性在交变场的作用下介质内有在交变场的作用下介质内有位移电流位移电流传导电流传导电流通常把通常把看成看成导体与电介质的分界线导体与电介质的分界线地壳的电特性影响电波传播地壳的电特性影响电波传播.西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院通过测量可以得出的等效介电参数,进而研究地波传播通过测量可以得出的等效介电参数,进而研究地波传播等效电特性,对中频以下主要是等效导电率等效电特性,对中频以下主要是等效导电率,基本的测量方法,基本的测量方法有两种。一是表面阻抗有两种。一是表面阻抗(或波前倾斜或波前倾斜)法。二是传播衰减法,发射法。二是传播衰减法,发射源一般采用中波广播台、长波
14、与超长波标准时间台与导航台的信源一般采用中波广播台、长波与超长波标准时间台与导航台的信号号.1电介质电介质:湿土湿土,干土干土(长波长波)在交变场的作用下介质内有在交变场的作用下介质内有位移电流位移电流传导电流传导电流通常把通常把看成看成导体与电介质的分界线导体与电介质的分界线地壳的电特性影响电波传播地壳的电特性影响电波传播.j1良导体良导体:海水海水(中中波波)可以看到介电特性与频率(波长)有关可以看到介电特性与频率(波长)有关电介质转化电介质转化西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院通过测量可以得出的等效介电参数,进而研究地波传播通过测量可以得出的等效介电参数,进而研究地波传播等效
15、电特性,对中频以下主要是等效导电率等效电特性,对中频以下主要是等效导电率,基本的测量方法,基本的测量方法有两种。一是表面阻抗有两种。一是表面阻抗(或波前倾斜或波前倾斜)法。二是传播衰减法,发射法。二是传播衰减法,发射源一般采用中波广播台、长波与超长波标准时间台与导航台的信源一般采用中波广播台、长波与超长波标准时间台与导航台的信号号1电介质电介质:湿土湿土,干土干土(长波长波)在交变场的作用下介质内有在交变场的作用下介质内有位移电流位移电流传导电流传导电流通常把通常把看成看成导体与电介质的分界线导体与电介质的分界线地壳的电特性影响电波传播地壳的电特性影响电波传播.j1良导体良导体:海水海水(中中
16、波波)可以看到介电特性与频率(波长)有关可以看到介电特性与频率(波长)有关电介质转化电介质转化西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院 地地地地球球球球形形形形似似似似一一一一略略略略扁扁扁扁的的的的球球球球体体体体,平平平平均均均均半半半半径径径径为为为为6370km6370km6370km6370km。根根根根据据据据地地地地震震震震波波波波的的的的传传传传播播播播证证证证明明明明,地地地地球球球球从从从从里里里里到到到到外外外外可可可可分分分分为为为为地地地地核核核核、地地地地幔幔幔幔和和和和地地地地壳壳壳壳三三三三层层层层。表表表表层层层层7070707080km80km80km
17、80km厚厚厚厚的的的的坚坚坚坚硬硬硬硬部部部部分分分分,称称称称为为为为地地地地壳壳壳壳,地地地地壳壳壳壳各各各各处处处处的的的的厚厚厚厚度度度度不不不不同同同同,海海海海洋洋洋洋下下下下面面面面较较较较薄薄薄薄,最最最最薄薄薄薄处处处处约约约约5km5km5km5km,陆陆陆陆地地地地处处处处的的的的地地地地壳壳壳壳较较较较厚,总体的平均厚度约厚,总体的平均厚度约厚,总体的平均厚度约厚,总体的平均厚度约33km33km33km33km。西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院 地地地地壳壳壳壳的的的的表表表表面面面面是是是是电电电电导导导导率率率率较较较较大大大大的的的的冲冲冲冲积积
18、积积层层层层。由由由由于于于于地地地地球球球球内内内内部部部部作作作作用用用用(如如如如地地地地壳壳壳壳运运运运动动动动、火火火火山山山山爆爆爆爆发发发发等等等等),以以以以及及及及外外外外部部部部的的的的风风风风化化化化作作作作用用用用,使使使使得得得得地地地地球球球球表表表表面面面面形形形形成成成成高高高高山山山山、深深深深谷谷谷谷、江江江江河河河河、平平平平原原原原等等等等地地地地形形形形地地地地貌貌貌貌,再再再再加加加加上上上上人人人人为为为为所所所所创创创创建建建建的的的的城城城城镇镇镇镇田田田田野野野野等等等等,这这这这些些些些不不不不同同同同的的的的地地地地质质质质结结结结构构构
19、构及及及及地地地地形形形形地地地地物物物物,在在在在一一一一定定定定程程程程度度度度上上上上影影影影响响响响着着着着无无无无线电波的传播。线电波的传播。线电波的传播。线电波的传播。西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院土壤的介电土壤的介电特性、电导率特性、电导率与含水量及水与含水量及水的类别和温度的类别和温度有密切关系,有密切关系,而且与温度和而且与温度和含水量呈正相含水量呈正相关!关!西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院土壤的介电土壤的介电特性、电导率特性、电导率与电磁波的频与电磁波的频率密切相关,率密切相关,但是变化关系但是变
20、化关系比较复杂。比较复杂。西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院三、接收点处电场分布特点三、接收点处电场分布特点三、接收点处电场分布特点三、接收点处电场分布特点当垂直极化波在地面附近时遇到当垂直极化波在地面附近时遇到当垂直极化波在地面附近时遇到当垂直极化波在地面附近时遇到“边界边界边界边界”(即传输环境发生了变化),(即传输环境发生了变化),(即传输环境发生了变化),(即传输环境发生了变化),将会在地将会在地将会在地将会在地面上感应出面上感应出面上感应出面上感应出“电荷电荷电荷电荷”(边界条件),当波(边界条件),当波(边界条件),当波(边界条件),当波前向前传播时候,在前向前传播时候
21、,在前向前传播时候,在前向前传播时候,在z z方向产生感应电流,方向产生感应电流,方向产生感应电流,方向产生感应电流,有电压降有电压降有电压降有电压降在在在在z z方向产生了新的场分量方向产生了新的场分量方向产生了新的场分量方向产生了新的场分量E E2z2zE E2z2z由边界条件:由边界条件:由边界条件:由边界条件:I IE E1z1z西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院E1zE2zE2xH2y列翁托维奇边界条件列翁托维奇边界条件列翁托维奇边界条件列翁托维奇边界条件西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院地波传播中场分量关系地波传播中场分量关系西安电子科技大学西安电子科技大学
22、 理学院理学院J思考思考思考思考请问为什么地面波传播请问为什么地面波传播需要垂直接收天线;这需要垂直接收天线;这指的是在哪儿接收;如指的是在哪儿接收;如果在地下接收应该用什果在地下接收应该用什么天线,解释为什么?么天线,解释为什么?9.2地面波传播特性地面波传播特性1.地波是横磁波地波是横磁波(H没有没有z分量分量)(地上地上)西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院1.1.地波是横磁波地波是横磁波地波是横磁波地波是横磁波(H(H没有没有没有没有z z分量分量分量分量)(地上地上地上地上)倾角倾角倾角倾角2.2.2.2.直立天线本身辐射垂直极化波直立天线本身辐射垂直极化波直立天线本身辐射
23、垂直极化波直立天线本身辐射垂直极化波天线方向天线方向SzSx沿地面传播时沿地面传播时沿地面传播时沿地面传播时,大地吸收产生大地吸收产生大地吸收产生大地吸收产生代表了损耗代表了损耗代表了损耗代表了损耗或或或或损耗损耗损耗损耗适合于长波适合于长波适合于长波适合于长波,中波、超长波中波、超长波中波、超长波中波、超长波西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院3.可分析倾斜角可分析倾斜角,使用相应天线使用相应天线,有效接有效接收收等分量等分量大气部分大地中地面用直立天线收地面用直立天线收地下用水平天线收地下用水平天线收1.地波是横磁波地波是横磁波(H没有没有z分量分量)(地上地上)倾角倾角2.2.
24、直立天线本身辐射垂直极化波直立天线本身辐射垂直极化波天线方向SzSx沿地面传播时沿地面传播时,大地吸收产生大地吸收产生代表了损耗代表了损耗或或损耗损耗适合于长波适合于长波,中波近距、超长波中波近距、超长波西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院 9.39.3地波场强的计算地波场强的计算地波场强的计算地波场强的计算 地波场强计算复杂地波场强计算复杂地波场强计算复杂地波场强计算复杂,采用国际无线电咨询委员会采用国际无线电咨询委员会采用国际无线电咨询委员会采用国际无线电咨询委员会CCIRCCIR的曲线图的曲线图的曲线图的曲线图计算计算计算计算.使使用用条条件件地面光滑地面光滑地面光滑地面光滑,
25、地质均匀地质均匀地质均匀地质均匀发射天线使用发射天线使用发射天线使用发射天线使用的直立天线的直立天线的直立天线的直立天线发射条件条件是发射条件条件是发射条件条件是发射条件条件是:可算出可算出可算出可算出再用公式计算其余分量再用公式计算其余分量再用公式计算其余分量再用公式计算其余分量西安电子科技大学西安电子科技大学 理学院理学院使使用用条条件件地面光滑地面光滑地面光滑地面光滑,地质均匀地质均匀地质均匀地质均匀发射天线使用发射天线使用发射天线使用发射天线使用的直立天线的直立天线的直立天线的直立天线发射条件条件是发射条件条件是发射条件条件是发射条件条件是:可算出可算出可算出可算出再用公式计算其余分量
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