《天线技术》课件第12章.ppt

图12-9频率一定时通信距离与入射角的关系4）最佳工作频率fopt电离层中自由电子的运动将耗散电波的能量，使电波发生衰减，但电离层对电波的吸收主要是在n1层和n2层。因此，为了减少电离层对电波的吸收，电波传播应尽可能采用较高的工作频率。然而当工作频率过高时，电波需要到达电子浓度很大的地方才能被“反射”回来，这就大大增加了电波在电离层中的传播距离，随之也增大了电离层对电波的衰减。为此，通常取最佳工作频率fopt为fopt=0.85fmax还需要注意的是，电离层的n1层对电波的吸收是很严重的。因此当夜晚n1层消失时，天波信号将增强，这正是晚上能接收到更多短波电台的原因。(12-3-7)总之，电离层通信具有以下特点：(1)频率的选择很重要，频率太高，电波将穿透电离层射向太空；频率太低，电离层吸收太大，以至不能保证必要的信噪比。因此，通信频率必须选择在最佳频率附近。而这个频率的确定，不仅与年、月、日、时有关，还与通信距离有关。同样的电离层状况，通信距离近的，最高可用频率低，通信距离远的，最高可用频率高。显然，为了通信可靠，必须在不同时刻使用不同的频率。但为了避免换频的次数太多，通常一日之内使用两个（日频和夜频）或三个频率。(2)电离层传播的随机多径效应严重，多径时延较大，信道带宽较窄。因此，它对传输信号的带宽有很大限制。特别是对于数字通信来说，为了保证通信质量，在接收时必须采用相应的抗多径措施。(3)电离层传播不太稳定，衰减严重，在设计电路时必须考虑衰减的影响，使电路设计留有足够的电平余量。(4)电离层所能反射的频率范围是有限的，一般是短波范围。由于波段范围较窄，因此短波电台特别拥挤，电台间的干扰很大。尤其在夜间，由于电离层吸收减小，电波传播条件有所改善，台间干扰更大。(5)由于电离层传播是靠高空电离层的反射进行的，因而受地面的吸收及障碍物的影响较小，也就是说这种传播方式传输损耗较小，因此能以较小功率进行远距离通信。(6)电离层通信，特别是短波通信，建立迅速，机动性好，设备简单，是短波、天波传播的优点之一。2．外层空间传播电磁波由地面发出（或返回），经低空大气层和电离层而到达外层空间的传播方式称为外层空间传播，如卫星传播，宇宙探测等均属于这种远距离传播。由于电磁波传播的距离很远，且主要是在大气以外的宇宙空间内进行的，而宇宙空间近似于真空状态，因而电波在其中传播时，它的传输特性比较稳定。我们可以把电波穿过电离层而到达外层空间的传播，基本上当作自由空间中的传播来研究。至于电波在大气层中传播所受到的影响，可以在考虑这一简单情况的基础上加以修正。地面波又称表面波。地面波传播是指电磁波沿着地球表面传播的情况。当天线低架于地面，天线架设长度比波长小得多且最大辐射方向沿地面时，电波是紧靠着地面传播的，地面的性质、地貌、地物等情况都会影响电波的传播。在长、中波波段和短波的低频段（103～106Hz）均可用这种传播方式。12.4地面波传播地面波沿地球表面附近的空间传播，地面上有高低不平的山坡和房屋等障碍物，根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们，中波和中短波也能较好地绕过；短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本领就很差了。由于障碍物的高度比波长大，因而短波和微波在地面上不能绕射，而是沿直线传播。为了使表面波的传播效率更高，表面波适宜用垂直极化波。这是因为水平分量在地面上会引起较大的传导电流，从而增加功率损失。也就是说，地面对水平极化波吸收大，因此表面波多采用垂直极化波，故需要采用垂直于地面的直立天线。设有一直立天线架设于地面之上，它辐射的垂直极化波沿地面传播时，若大地是理想导体，则接收天线接收到的仍是垂直极化波（如图12-10所示）。实际上，大地是非理想的导电媒质，垂直极化波的电场沿地面传播时，会在地面感应出与其一起移动的正电荷，进而形成电流，从而产生欧姆损耗，造成大地对电波的吸收；并沿地表面形成较小的电场水平分量，致使波前倾斜，并变为椭圆极化波，如图12-11所示。显然，波前的倾斜程度反映了大地对电波的吸收程度。图12-10理想导电地面的场结构图12-11非理想导电地面的场结构从以上内容可以得到如下结论：(1)垂直极化波沿非理想导电地面传播时，由于大地