无线电波传播第四讲电波传播信道及其作用机制2课件

RadioWavePropagation无线电波传播第四讲电波传播信道及其作用机制（2）纲要非均匀媒质中电磁波传播的基本机制传播信道对系统特定功能的影响各频段传播信道的主要模式与主要传播效应非均匀媒质中电磁波传播的基本机制

1二次源等效原理

电磁波和不均匀媒质相互作用激发了二次辐射源，这是非均匀媒质中各种传播机制和效应的本质

在外来电磁场的作用下，在非均匀边界将出现感应电流和磁流，从而形成二次辐射源

得一般的情况下，不均匀体的电参数同时具有空间上的任意分布和时间上的随机变化(如对流层和电离层的湍流不均匀性及海面的波浪等媒质状况)。在处理此种媒质的反、散射传播时，通常应用谱函数方法，即将媒质电磁特性空间不均匀性视为不同空间尺度和偏离强度的均匀团（块）的叠加，而时间变化视为不同时间尺度和偏离强度的平稳起伏的叠加。

在不同频率外加场的作用下，其二次源的激发及其对外加波场的散射效应，取决于不均匀体时、空谱特性对外加场的谐振响应。

2折射传播

不均匀性对电磁波传播的影响主要表现在波阵面的弯曲（波阵面上各点传播相速不同）并沿路径变化，或者说射线弯曲，也就是折射效应

射线方程 设慢变媒质的相折射指数，射线路径可由费尔马（Fermat）原理确定：两点间的射线沿其光程长度取稳定值的路径进行；其数学表述为

由此条件可导出射线方程。这种极值路径不一定（但也可能）是最短，但绝不是最长路径。

3反射传播当媒质电参数的空间变化较为剧烈时，不均匀边界将对电磁波产生内反射，例如，地面及电离层底部边界的反射。

反射波的幅度和相位与反射体的电特性和表面状况有关

反射系数（R）与折射系数（T）一般为复数，反映了在反射和折射过程中波场幅度与相位的变化。R和T与波的极化形式有关.

5绕（衍）射传播电磁波绕过障碍物（例如山峰或地球曲面）的传播称为绕射。当传播路径上障碍物的尺寸与电波波长相比，差别较小时，绕射现象最为显著，而当障碍物尺寸远大于及远小于电波波长时，将相应地以反射和散射现象为主。绕射同时还与路径长度有关。由传播主区概念可知，传播路径当障碍物高度h未完全遮蔽主区时，接收点仍能收到发射点的电波。波长愈长主区愈大，则绕射效应越显著，光波波段的绕射能力就很差。甚低频（VLF）电波，具有显著的沿球面绕射传播的能力。

6散射传播当不均匀物体因其反射面小于反射主区或因主区内过于粗糙而不满足镜面反射条件时，将对投射的电磁波产生散射。散射体主要涉及对流层水汽凝结体和湍流不均匀性、流星余迹、电离层电子密度不均匀性与自由电子以及地、海粗糙面，还有各种人为的目标，如飞机、导弹及海面舰艇等。入射到不均匀体的波场能量，一部分被散射而另一部分可能被吸收，通常用散射截面和吸收截面来表征其强度。

单目标（或粒子）的电磁波散射

稀疏媒质中粒子群体的散射连续媒质中湍流不均匀性的散射粗糙表面散射7波场的随机扰动电磁波通过湍流起伏的随机媒质，例如经过对流层和电离层传播时，除了散射效应外，还引起直通波场振幅和相位的随机扰动(设媒质扰动为准稳随机场，不计波场的频率起伏)。

大量具有随机幅、相的散射波到达观测点叠加于未经扰动的波，引起合成波幅度和相位的起伏。

涉及系统性能指标的电波传播问题

电子系统的性能随电波传播环境的时-空特性可能具有较大的变化，这并不是系统设计的平均技术参数都能照顾到的，随着系统硬设备技术性能的提高，传播效应的限制将显得更为突出。为了系统且有效地使用系统，必须全面深入地掌握其传播信道的特性。

目前，各国的国防军事部门都将作战环境列为武器系统的组成部分，因而电波传播环境当然是国防军事电子系统的重要部分。在系统实际使用中要对传播效应进行预测，从而提供优劣传播环境的信息，并采取必要的修正技术充分实现系统的良好工作性能。主要问题:作用距离与覆盖空域。

对系统特定功能的影响

可通时间概率与可靠性

传播信道对系统特定功能的影响

系统类别功能信息传播影响传播效应性能限制通信、数传、广播、电视语音、图文、数据、动画相干带宽内的频率特性与相位稳定性；幅度衰落特性；自然与人为噪声干扰信息容量、速率、误码率、保真度及清晰度，入地入海传播困难雷达跟踪定位目标仰角、俯角、方位角、距离、运动速度甚高频以上雷达的大气折射；高频天波超视距雷达电离层反射的斜距变化定位的传播误差（预测、修正残差）导航LF、VLF地面导航台链：测量相位差换算距差；GPS系统：时延、微分相位入海传播衰减严重：传播相位随距离的不同具有非线性特性；并具有较复杂的时空变化，电离层色散、电离层闪烁入水深度；平均相速预测和修正误差影响定位精度；稳定性与定位误差测向未知源的方位——距离信息来波极化特性及其变化对方位测量的影响；电波幅度与相位随距离的不同具有非线性特性测向检测精度遥感环境媒质不均匀结构的反射、散射特性；环境物质辐射特性；超短脉冲探测的瞬态响应传播反演的多值性；传播路径效应与待测区效应的分离精度；传播衰减对遥感范围（特别是地下遥感）的限制测量、反演精度电子信息对抗陆、海、空国防军事电子信息系统的侦察、干扰、攻击和摧毁及对己方系统的防护高能武器的激光与微波传输效应；电磁干扰；信道媒质扰动压制干扰、欺骗干扰性能破坏能量传输如太阳能卫星采用微波将大功率能量传送给其它在轨飞行器及地面大气吸收和散射损耗；电离层加热变态传输损耗对环境的扰动影响低频LF(30～300kHz)远程通信、广播，远程地波导航、时频标准传送，地波稳定通信；地下通信与探测电离层反射，地波绕射传播（*），地下传播（*）电离层反射，地（海）面绕射，脉冲传播可分离天地波电离层吸收及其变化，绕射与地层吸收损耗中频MF(300～3000kHz)中、近距广播，通信中、近距导航，定向地下通信，电离层探测电离层反射，地波传播，地下、侧波传播（*），电离层反射电离层反射，地面引导电离层吸收，地面绕射与地层吸收高频HF(3～30MHz)广播、通信，超视距天波雷达，超视距地波雷达，电离层探测电离层反射、波导及滑行传播，电离层反射与返回散射，地波与返回散射，电离层反射、吸收电离层反射，波导引导，地（海）面引导电离层吸收、最高可用频率变化，地面绕射损耗米波VHF（30～300MHz）广播，通信（接力、移动），航空导航，电离层探测，MST大气探测雷达空间波，对流层、电离层及流星余迹散射，电离层不均匀性相干散射，卫星信标空间波，湍流散射电离层不均匀性及流星余迹散射（*），大气湍流散射、对流层折射地球曲率，山地遮蔽，多径干涉，电离层极化旋转分米波UHF（300～3000MHz）电视广播，卫星通信、导航系统，卫星跟踪、数传，警戒雷达，蜂窝无线电系统，电离层探测MST大气探测雷达，探地雷达空间波，目标反（散）射波，卫星信标非相干散射，湍流散射，地下目标散射自由电子散射、湍流散射电离层不均匀性散射，对流层折射，地物反（散）射、多径干涉，山地遮蔽，地层吸收厘米波SHF(3～30GHz)多路语音与电视，卫星通信、遥感，军用雷达，散射计，辐射计空间波，地面、地物散（辐）射，目标散射，大气沉降物散（辐）射

对流层不均匀及大气沉降物散射与吸收毫米波EHF（30～3