地球凸起高度与传播余隙汇总课件

1、5-7 地球凸起高度与传播余隙的计算与选择一、地球凸起高度 如图5-22所示，在地球表面上QP两点间某一点C的地球凸起高度 ，是由C点至QP弦之间的垂直高度CO确定，有几何关系可求得 由于在微波中继通信中，QP的长度相对于地球的周长来说是很小的，所以 与 可看成是地面上的距离，而有DO约等于地球半径的二倍 ，则上式可写成式中各个量都取相同的单位。传播路径上地球表面各点的凸起高度算出后 ，即可判定球形地面是否阻挡电波的传播。 (5-72) 例如站距 50km，中点处的 ，若收发天线的高度也是50m，视线恰好擦过地表面。但实际传播的电波是一波束，收发天线之间的联线只是这一波束的中心线，所以此时有部

2、分电波将被地球表面所阻挡，无法保证第一菲涅尔区内电波无阻挡的要求，不能实现正常通信。这时应适当增加收发两天线的高度，使最小菲涅尔区内无阻挡这一要求得到满足。 由图5-3可查得第一菲涅尔区半径 ，通过式(5-7)可得到最小菲涅尔区半径 ，然后计算天线应架设的高度。若工作频率为6GHz，上述例子中两端天线的高度至少还要增加14.4m。 以上计算地球凸起高度时，没有考虑大气折射的影响，但实际问题计算时必需考虑之，此时需将式(5-72)中的地球半径 换成等效地球半径 ，即可得到 ，即(5-73) 式中 与 的单位为公里，高度单位用米。 在两点间距离的中点处，地球凸起高度为最大，将 代入，即可求得地球凸

3、起的最大高度：(5-75) 图5-23 为计算地球凸起高度的列线图。当给定 ， 后，用虚线将其连接起来相交于C线，然后将相交点与给定的K值连接起来并延长相交于 ，即可得到地球凸起高度 。 地面上由于存在着山岗、丘陵、凹地、建筑物等，所以微波中继通信电路各线段的地面形状与光滑球面有很大的差别。即使以球面计算的地球凸起高度不挡住视线，地面上的山地丘陵、建筑物等也可能对电波起阻挡作用，因此需要引用另一个物理量传播余隙，用 表示。 为了估算传播余隙，最简单的方法是在直角坐标中以横轴表示站距，然后逐点按式(5-72)算出地球凸起高度 ，画出地球表面的剖面图，然后再把实测得到的或从地图上查得的山地起伏高度

4、和其它阻挡物标于图上，即可得到如图5-24所示的地形剖面图。二、 传播余隙 地形起伏的最高点与收发天线联线之间的垂直距离 即为传播余隙。从图上的几何关系可得则路径的传播余隙为 。式中 、 分别为两端天线的高度， 为地形最高点处的地球凸起高度， 为自地面（如海平面 ）起算的地形最高点的高度。 将式（5-72）代入可求得传播余隙的表达式为(5-76) 根据 的情况，应用菲涅尔区的概念，可把传播电路分为三种类型，即当时， 称为开电路 时， 称为半开电路时， 称为闭电路F0是由式（5-7）给出的最小菲涅尔区半径。 上述第一种情况，接收点的场强可能达到自由空间传播时的信号强度；第二、三种情况都不可能保证

5、这一点。在微波地面中继系统中，除特殊情况外，均采用开电路。通过一个例子说明计算方法如下：可利用图5-3求出该处的第一菲涅尔区半径；由式（5-7）计算出最小菲涅尔区半径；将此值与从剖面图上量得的传播余隙值 比较，即可判定此电路属于哪一种类型的电路。 以上讨论没有考虑到大气折射率的影响，若考虑大气折射的影响时，传播余隙的计算公式为：式中K为等效地球半径因子，它与折射率的垂直梯度 有关。当 变化时，随着K值的变化，地球凸起高度的改变，余隙 随之变化，如图5-25所示。(5-77) (5-78) 利用微分方法可求得K的变化量 与余隙变化量 的关系为 可以看出传播余隙的变化有如下一些特点： （1）大气折

6、射率变化越大， 也越大，余隙的变化量 变大。 （2）当折射率的变化使K值增加，即 时，等效地球半径变大，地球凸起高度降低，此时余隙变大。如图5-25图5-26所示。 （3）在路径的不同点上，地球凸起高度不同，因此余隙的变化量与所处的位置有关。 （4）余隙的变化大小与站距 有关。 从以上的几点结论可知，传播余隙与K值的变化量、路径上的障碍物位置、站距长短等因素有关。 所以在设计中继电路的时候，要考虑上述三种因素的影响，合理选择余隙的大小。即要做到余隙大时，通过的菲涅尔带数目不为偶数，又要使余隙变化时，电波射线不受阻挡。 若地面是光滑的，且没有障碍物时，则 ，式（5-76）变为(5-80) 此时若

7、大气的折射使等效地球半径因子K向负折射方向变化，射线下凹，球面绕射损耗增加，这种损耗称为阴影损耗。 图5-27为K1的几种不良折射情况下，阴影损耗随距离变化的情况。纵坐标A为实际接收场强E相对于自由空间场强 的衰减因子，即当A1时，分贝数为正。(5-81) 三、传播余隙的选择 电路的传播余隙不一定愈大，通过的菲涅尔带数目愈多愈好，实际上有重要意义的是要求达到自由空间场强所需要的最小余隙。从图5-31可见，三种典型地形障碍（平面地，光滑球面，刃形山峰），当 约为0.577时，都达到了第一个自由空间的场强值。 因此，把获得自由空间场强振幅的最小余隙定为第一菲涅尔区半径 的0.6倍，即 左右。 考虑

8、大气折射的影响，故确定余隙的原则应为：在一个传播段上，相应于最小K值的传播余隙 应等于 左右。 在不计及强地面反射的情况下，余隙选择的规则应为：（1） 时， ；（2） 时， ；（3） 时， 。 当障碍物偏于一端时，由于障碍物处的地球凸起高度下降，第一菲涅尔区半径减小，最小余隙 也随之减小，电路的传播条件有较大的改善。故在路由选择时，为了使障碍物偏于一端，采用高低天线的方法（即一个站的天线高于另一个站的天线高度），这是在不良的折射条件下避免或减轻障碍损耗的一种良好的办法。 在确定传播余隙时，要注意到当传播条件变化时，能保证获得自由空间传播的最小余隙，并使余隙的位置靠近两站中的一端，为此很少使用大开电路。但当地面反射系数很小，余隙足够大，通过的菲涅尔区数目 ，此时大开电路的传播，其效果也是很好的。 若沿线的地形地物比较复杂，不易判断传播条件的变化情况时，最好进行实地电测，以得到余隙及其可能变化范围的资料，以及地面反射系数与障碍物绕射损耗值等。（3）障碍物靠近一端的站址。可用经纬仪确定障碍物的位置和高度，此时可直观地判定其属于何种类型的电路，不必进行电测。（2）水面和平原上的电路。因可以根据反射干涉场的的计算来解决；（1）山区上的大开电路。因它接近于自由空间传播； 但在下面一些地形上的电路可不做电测试验：