电波传播—2只是课件.ppt

*,西安电子科技大学 理学院,电波传播2,二、电波极化形式及地球表面介电特性,假设地面是“理想导体光滑”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；或者说水平极化波传播距离很短。,若大地是理想导体平面,则接收天线接收到的仍是垂直极化波。,实际上,大地是非理想导电媒质,垂直极化波的电场沿地面传播时,就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,二、电波极化形式及地球表面介电特性,实际上,大地是非理想导电媒质,垂直极化波的电场沿地面传播时,就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,在交变场的作用下介质内有,位移电流,传导电流,通常把,看成,导体与电介质的分界线,地壳的电特性影响电波传播,.,1,良导体:海水(中波),1,电介质:湿土,干土(长波),可以看到介电特性与频率（波长）有关,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，“导电特性”说明了地波传播适合垂直极化波传播。,j,实际上,大地是非理想导电媒质,垂直极化波的电场沿地面传播时,就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,1,良导体:海水(中波),1,电介质:湿土,干土(长波),可以看到介电特性与频率（波长）有关,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，“导电特性”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,在交变场的作用下介质内有,位移电流,传导电流,通常把,看成,导体与电介质的分界线,地壳的电特性影响电波传播,.,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，基本的测量方法有两种。一是表面阻抗(或波前倾斜)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号.,1,电介质:湿土,干土(长波),在交变场的作用下介质内有,位移电流,传导电流,通常把,看成,导体与电介质的分界线,地壳的电特性影响电波传播,.,j,1,良导体:海水(中波),可以看到介电特性与频率（波长）有关,电介质转化,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，基本的测量方法有两种。一是表面阻抗(或波前倾斜)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号,1,电介质:湿土,干土(长波),在交变场的作用下介质内有,位移电流,传导电流,通常把,看成,导体与电介质的分界线,地壳的电特性影响电波传播,.,j,1,良导体:海水(中波),可以看到介电特性与频率（波长）有关,电介质转化,地球形似一略扁的球体，平均半径为6370km。根据地震波的传播证明，地球从里到外可分为地核、地幔和地壳三层。表层7080km厚的坚硬部分，称为地壳，地壳各处的厚度不同，海洋下面较薄，最薄处约5km，陆地处的地壳较厚，总体的平均厚度约33km。,地壳的表面是电导率较大的冲积层。由于地球内部作用（如地壳运动、火山爆发等），以及外部的风化作用，使得地球表面形成高山、深谷、江河、平原等地形地貌，再加上人为所创建的城镇田野等，这些不同的地质结构及地形地物，,在一定程度上影响着无线电波的传播。,土壤的介电特性、电导率与含水量及水的类别和温度有密切关系，而且与温度和含水量呈正相关！,土壤的介电特性、电导率与电磁波的频率密切相关，但是变化关系比较复杂。,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“边界”（即传输环境发生了变化），,将会在地面上感应出“电荷”（边界条件），当波前向前传播时候，在z方向产生感应电流，有电压降在z方向产生了新的场分量E,2z,E,2z,由边界条件：,I,E,1z,E,1z,E,2z,E,2x,H,2y,列翁托维奇边界条件,地波传播中场分量关系,思考,请问为什么地面波传播需要垂直接收天线；这指的是在哪儿接收；如果在地下接收应该用什么天线，解释为什么？,9.2地面波传播特性,1.,地波是横磁波,(H,没有z分量,),(地上),1.,地波是横磁波,(H,没有z分量,),(地上),倾角,2.直立天线本身辐射垂直极化波,天线方向,S,z,S,x,沿地面传播时,大地吸收产生,代表了损耗,或,损耗,适合于长波,中波、超长波,3.可分析倾斜角,使用相应天线,有效接收,等分量,大气部分,大地中,地面用直立天线收,地下用水平天线收,1.,地波是横磁波,(H,没有z分量,),(地上),倾角,2.直立天线本身辐射垂直极化波,天线方向,S,z,S,x,沿地面传播时,大地吸收产生,代表了损耗,或,损耗,适合于长波,中波近距、超长波,9.3地波场强的计算,地波场强计算复杂,采用国际无线电咨询委员会,CCIR,的曲线图计算,.,使用,条件,地面光滑,地质均匀,发射天线使用,的直立天线,发射条件条件是,:,可算出,再用公式计算其余分量,使用,条件,地面光滑,地质均匀,发射天线使用,的直立天线,发射条件条件是,:,可算出,再用公式计算其余分量,注意：计算场强为E,1x,的有效值，单位为,使用,条件,地面光滑,地质均匀,发射天线使用,的直立天线,发射条件条件是,:,可算出,再用公式计算其余分量,横坐标为传播距离,虚线,自由空间或者理想导电地面的场强有效值,发射功率,方向性系数,传播距离,衰减因子,包含了大地吸收损耗，绕射传播损耗,如果P,r,1；D,3则,其它场分量，依照场分量之间的关系得出,图中表示出不同波长的无线电波沿地表面传播时的振幅变化情况。在同样的距离上，波长越长，则场强的衰减越小。,中实线表示平地上的电场衰减，虚线表示球面地上的电场衰减。,研究地表面波的经典方法，是在给定的边界条件下求解由麦克斯韦方程导出的波动方程。理论计算的主要任务是求出衰减因子A的表示公式。,实际的地面并不都具有相同的电参数，也不能认为都是光滑而无起伏的。当从陆地到海面传播时，地面性质突变，会使电波的主要传播方向发生偏折；在起伏不平的地面上传播时又会产生散射，使能量转移，而且波长越短散射现象越严重；当传播距离增大时，电波由发射天线斜向投射到电离层，所产生的反射波会在接收点与沿地面传播的表面波相干涉而引起信号强度的起伏变化。,按照地波传播的规律，在远距离通信时，波长越长越有利。但后来发现，利用电离层可以用较短的波长以较多的信息容量和较小的功率来实现远距离通信。这样，单纯用地表面波进行通信的范围就受到了限制。不过，地表面波信号比较稳定,在长波和中波的广播、导航,以及短波乃至于超短波的近距离通信中仍广泛使用地表面波。,9.4地面不均匀性对地面波传播的影响,实际的地面并不都具有相同的电参数，也不能认为都是光滑而无起伏的。当从陆地到海面传播时，地面性质突变，会使电波的主要传播方向发生偏折；在起伏不平的地面上传播时又会产生散射，使能量转移，而且波长越短散射现象越严重；当传播距离增大时，电波由发射天线斜向投射到电离层，所产生的反射波会在接收点与沿地面传播的表面波相干涉而引起信号强度的起伏变化。,9.4地面不均匀性对地面波传播的影响,多种不同电参数组成的混合路径的传播场强计算,我们一起从几个侧面学习解决这种问题的方法。,第一：学明白书上所给出的提示。,第二：如果分段不是两段而是三段甚至n段你将如何解决。,第三：反思一下解决问题过程中给出你什么启示。,如果路径没有不均匀性则场强如何计算，也即在A点发射在B点接收到的场强如何计算？,9.4地面不均匀性对地面波传播的影响,第一：学明白书上所给出的提示。,如果路径没有不均匀性则场强如何计算，也即在A点发射在B点接收到的场强如何计算？,多种不同电参数组成的混合路径的传播场强计算,我们一起从几个侧面学习解决这种问题的方法。,第二：如果分段不是两段而是三段甚至n段你将如何解决。,第三：反思一下解决问题过程中给出你什么启示。,发射功率,方向性系数,传播距离,衰减因子,包含了大地吸收损耗，绕射传播损耗,我们的目的是计算C点的场强，C点场强是在B点结果的基础上依2中条件继续传播，但是现有公式中参量没有场量。,智慧的人采取了“等效”的方法，而等效的原理正是采用了场量关系。,于是C点的场强等效于发射功率为P,r,，路径条件为2时传播了r,1,r,2,的距离。,第一：学明白书上所给出的提示。,于是C点的场强等效于发射功率为P,r,，路径条件为2时传播了r,1,r,2,的距离。,第一：学明白书上所给出的提示。,总的说来，在研究此问题的过程中采用了“等效”的思路，“等价”变形的手段。,但计算结果不满足互易定理,线性无源网络中，当激励与响应的位置互换则对于同一激励源则响应相同,互易定理,第一：学明白书上所给出的提示。,但计算结果不满足互易定理,线性无源网络中，当激励与响应的位置互换则对于同一激励源则响应相同,所以工程上用“密林顿”公式计算其近似解,计算方法同上,第一：学明白书上所给出的提示。,但计算结果不满足互易定理,线性无源网络中，当激励与响应的位置互换则对于同一激励源则响应相同,所以工程上用“密林顿”公式计算其近似解,计算方法同上,第二：如果分段不是两段而是三段甚至n段你将如何解决。,如何计算场强；满足互易定理！应该是我们思考的问题,如果你在自学，看到这个公式如何结合我们详细推导内容来解释和理解该公式；该结果与我们所讲结果有什么差别。,第二：如果分段不是两段而是三段甚至n段你将如何解决。,仍然按,CCIR,标准,:,第三：反思一下解决问题过程中给出你什么启示。,发射功率,方向性系数,传播距离,衰减因子,包含了大地吸收损耗，绕射传播损耗,其它场分量，依照场分量之间的关系得出,考虑均匀(,、,、,与空间位置,r,无关,)、导电（,0）、无源(,0,)媒质中电磁场的特性。,简谐电磁场满足的方程为：,将最后一式进一步简化：,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,