自由空间与地反射理论传播模型

1、10-1电波传播理论第10章自由空间与地反射理论传播模型基本要求：1.掌握自由空间传播模型的基本概念；2. 掌握地面反射，特别是光滑平坦地面对无线电波传播的影响；3.了解地面反射的几何参数；4.了解计及平坦地面反射影响时基本传输损耗的几种预测模型。第10章 自由空间与地反射理论传播模型110-2电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型10.1 自由空间传播模型当电波传播路径远离地面、地物并且大气对电波传播的影响也可以忽略时，可以近似地认为无线电波的传播是自由空间传播，此时传播预测可以采用自由空间传播模型。在其他复杂传播条件下，自由空间传播模型虽然已不再适用但可作为一个参考标准。是否可

2、以忽略大气对电波传播的影响，与电波的频率有极大的关系。例如，在短波、超短波频段，对流层大气的气体分子对电波能量的吸收以及降雨对电波的衰减是可以忽略不计的，而在微波和毫米波频段就不能忽略这些传播效应；再比如，微波可以直接穿透电离层不受其影响，而短波则不能，投射到电离层的短波信号会被电离层反射、吸收、衰减后返回地面。是否可以忽略地面、地物对电波传播的影响，也与频率有关，这个问题实质上是电波传播的通道问题。210-3电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型自由空间基本传输损耗的几个重要公式：自由空间模型可应用于任何频率。工程实践中，在HF、VHF、UHF频段，频率通常以MHz为单位，此时宜

3、使用 式（10.3）计算自由空间传输损耗；但是，对于微波和毫米波频段，使用式（10.4）是比较方便的，通常在微波和毫米波频段习惯使用GHz作为频率的单位。（10.1）（10.2）（10.3）（10.4）310-4电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型自由空间的接收电平： 自由空间接收电平； 发射功率； 发射天线增益； 接收天线增益； 发射端馈线损耗（含插入损耗）； 接收端馈线损耗（含插入损耗）。 自由空间基本传输损耗 相对于各向同性天线的增益（10.5）410-5电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型10.2 地面反射理论传播模型在工程实践中，考虑地反射对电波传播的影响

4、，需要计算以下参数：反射点离发射站的水平距离，反射点离接收站的水平距离；入射线和地反射线的起始点和终结点的空间座标；反射区的大小，即反射区费涅尔椭圆的长轴和短轴；地面反射系数以及地面反射损耗等。510-6电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型10.2.1 反射点离发射站和接收站的水平距离地面反射点F到发射端T和接收端R的距离公式中各有关参数的定义说明参见教材。 （10.6）（10.7）610-7电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型10.2.2 入射线和地反射线的作图发射点T、接收点R和地面反射点F在直角坐标系中的坐标 在等效地球的地形剖面上，连接T与R点的直线就是直接

5、射线，连接T与F点的直线就是入射线，连接F和R点的直线即是地面的反射线。710-8电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型10.2.3 地面反射区的第一费涅尔椭圆地面反射的费涅尔区以发射源的镜像和接收点为焦点的费涅尔椭球与地面反射的等效平面相交在地面上截取的部分地面（椭圆面）。地面反射区的第一费涅尔椭圆以发射源的镜像和接收点为焦点的第一费涅尔椭圆与地面反射的等效平面相交在地面上截取的椭圆面。810-9电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型地面反射区的第一费涅尔椭圆中心离发射端的距离 以及椭圆的长轴 和短轴 （10.18）910-10电波传播理论第10章 自由空间与地反射理

6、论传播模型地面反射区的第一费涅尔椭圆代表地面反射的有效作用区域，该区域的地面特性直接决定地面反射波的强弱程度。如果该区域落在粗糙的地面，如山区或森林地区，则地面镜发射分量就很弱，主要是非相干的散射波；如果该区域落在平坦的地面或水面，则地面将出现强烈的镜发射分量，引起接收信号的严重衰落。在设计超短波和微波通信电路时，要避免地面反射区落到平滑的地面或水面，办法是调节收、发两端的天线高度。1010-11电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型10.2.4 地面反射系数无线电波投射到地面，一部分能量被反射回空气中，这称为地面反射波；而另一部分能量则进入地面或被转变为热能，这被称为折射波。通常

7、，定义反射波幅度与入射波幅度之比为反射系数，用以度量地面反射的强弱。对于光滑平面地面而言，其反射系数可用著名的费涅尔反射系数来表达，即 （10.23）1110-12电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型等效反射系数 在粗糙球形地面的反射点上，镜反射线场强与入射线场强之比 粗糙地面的散射引起的损耗 球形地面的扩散系数 真实地反映了球形粗糙地面的综合的镜反射能力。 无法有效计算出来的，而且也很难实际测量； 理论上可以计算，但实际上也是无法单独测量出来的。等效反射系数 是可以用实验测量出来的。 （10.28）1210-13电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型有效反射系数 考

8、虑收、发天线的方向性图以及地面、地物的阻挡时在接收点反射线场强比直接射线场强衰减的倍数 发射天线波瓣对入射波的衰减系数 接收天线波瓣对地面反射波的衰减系数 地面地物的阻挡对入射线场强的衰减系数 地面地物的阻挡地反射线场强的衰减系数在粗糙球形地面的反射点上的有效反射系数 （10.29）（10.30）1310-14电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型10.2.5 地反射损耗地面反射引起的损耗 上式已经考虑了地面反射时引起的180度相位跳变，所以其中的有效反射系数是指反射系数的大小，即是一个正数。 最大地反射损耗 （10.33）（10.31）1410-15电波传播理论第10章 自由空间

9、与地反射理论传播模型不同地面的经验等效反射系数 10.3 平地模型（理想平地模型和修正平地模型）10.4 精确的二射线模型10.5 理想光滑平坦地面的理论传播模型1510-16电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型传输损耗、传播损耗、自由空间损耗和地反射损耗发射功率 和接收功率 发射端馈线损耗 和接收端馈线损耗传输损耗 传播损耗自由空间传播损耗地反射损耗（10.59）（10.3）（2.38）（10.31）1610-17电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型地反射损耗的计算接收点直射射线的场强（自由空间接收场强）接收点反射射线的场强有效反射系数地反射损耗（10.29）（10.31）1710-18电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型有效反射系数发射天线波瓣对入射波的衰减系数接收天线波瓣对地面反射波的衰减系数地面地物的阻挡对入射线场强的衰减系数地面地物的阻挡地反射线场强的衰减系数等效反射系数粗糙地面的散射引起的损耗球形地面的扩散系数（10.29）（10.28）（10.27）1810-19电波传播理论第10章 自由空间与地反射理论传播模型费涅尔反射系数相对于反射面的发射天线等效高度