基本介紹
- 中文名：視距電波傳播
- 性質：無線點播
- 主要內容：地面和地物對電波的繞射等
- 影響因素：大氣折射
簡介,衰落,大氣折射,
簡介
無線電波在視線範圍內的傳播，即發射點和接收點都在對方的無線電視線範圍以內。在光滑地面上，發射點和接收點分別在有限高度h1和h2時，由於地球凸起的阻擋，所能到達的最大視線距離為式中K為等效地球半徑係數（K因子），表示大氣折射的影響;a為地球半徑。視距傳播是人們最早認識並利用的電波傳播方式。第二次世界大戰前，視距傳播僅用於超短波以下頻率。戰時，厘米波雷達和地面微波中繼通信得到發展，戰後發展尤為迅速。利用視距傳播的微波中繼通信和衛星通信電路已遍世界各地，成為遠距離大容量通信的主要方式。
視距傳播研究的主要內容有：地面和地物對電波的繞射、反射和散射；大氣層，特別是近地對流層（包括層結）對電波的折射、反射、吸收和散射；大氣層水汽凝結體（雨、霧、雲、雪、雹等）和沙暴、塵埃、鳥群等懸浮物對電波的吸收和散射；以及由上述傳播機理所引起的信號幅度衰落、多徑時延、到達角起伏和去極化現象。
地面、地物的繞射 射線空隙HC（射線至地面、地物的垂直距離，又稱余隙，射線在地面、地物的上方時，HC為正值，反之為負值）的大小影響接收信號的強弱。通常用費涅爾旋轉橢球描述傳播效果相同的、在路徑不同位置上所欲求的射線空隙。這一橢球以發射點和接收點為焦點。發射點和接收點之間距離為d、波長為λ，當橢球面上任一點到發射點和接收點距離之和與d相減等於nλ/2(n=1，2，3，…)時，過此點的橢球橫截面稱為n階費涅爾區,此點到發射點和接收點連線的垂直距離稱為n階費涅爾半徑Fn式中d1和d2分別為垂足到發射點和接收點的距離。對於中繼通信所用的頻率,地面、地物對電波的繞射損耗(接收信號電平相對於自由空間電平的分貝數)Ld取決於相對空隙(u=HC/F1)和地面、地物的形狀。相對空隙最小處為主障礙。圖中為刃形山峰和光滑地球的繞射損耗Ld的理論曲線，橫坐標。中等起伏地形的繞射損耗曲線處於圖中兩曲線之間。無論何種地形,Ld都大約在P=1（相應）處為零,這時信號達到自由空間電平值，Ld與P大體成線性關係。對於中等起伏地形,這種線性關係的係數可由實驗確定。為了保證必要的傳播空隙（如K=4/3時，u≥1，K=2/3時，u≥0.3）,可升高發射天線和接收天線；當障礙物太高時，在某些地形情況下，也可用反射板或對接拋物面天線等無源轉接方法人為改變射線傳播方向而越過障礙。 地反射干涉 越是光滑的地面越能形成強烈的地反射。地反射射線與直射線在接收點形成干涉。地反射干涉損耗Lr取決於地面的有效反射係數絕對值Re和兩射線之間的相位差墹φ當相位差為π的奇數倍時，干涉損耗最大，信號出現谷值；為π的偶數倍時,損耗最小（正值，實際上是增益），信號出現峰值。適當選擇天線高度，可以保證在正常條件下電路工作在峰值附近。
視距傳播研究的主要內容有：地面和地物對電波的繞射、反射和散射；大氣層，特別是近地對流層（包括層結）對電波的折射、反射、吸收和散射；大氣層水汽凝結體（雨、霧、雲、雪、雹等）和沙暴、塵埃、鳥群等懸浮物對電波的吸收和散射；以及由上述傳播機理所引起的信號幅度衰落、多徑時延、到達角起伏和去極化現象。
地面、地物的繞射 射線空隙HC（射線至地面、地物的垂直距離，又稱余隙，射線在地面、地物的上方時，HC為正值，反之為負值）的大小影響接收信號的強弱。通常用費涅爾旋轉橢球描述傳播效果相同的、在路徑不同位置上所欲求的射線空隙。這一橢球以發射點和接收點為焦點。發射點和接收點之間距離為d、波長為λ，當橢球面上任一點到發射點和接收點距離之和與d相減等於nλ/2(n=1，2，3，…)時，過此點的橢球橫截面稱為n階費涅爾區,此點到發射點和接收點連線的垂直距離稱為n階費涅爾半徑Fn式中d1和d2分別為垂足到發射點和接收點的距離。對於中繼通信所用的頻率,地面、地物對電波的繞射損耗(接收信號電平相對於自由空間電平的分貝數)Ld取決於相對空隙(u=HC/F1)和地面、地物的形狀。相對空隙最小處為主障礙。圖中為刃形山峰和光滑地球的繞射損耗Ld的理論曲線，橫坐標。中等起伏地形的繞射損耗曲線處於圖中兩曲線之間。無論何種地形,Ld都大約在P=1（相應）處為零,這時信號達到自由空間電平值，Ld與P大體成線性關係。對於中等起伏地形,這種線性關係的係數可由實驗確定。為了保證必要的傳播空隙（如K=4/3時，u≥1，K=2/3時，u≥0.3）,可升高發射天線和接收天線；當障礙物太高時，在某些地形情況下，也可用反射板或對接拋物面天線等無源轉接方法人為改變射線傳播方向而越過障礙。 地反射干涉 越是光滑的地面越能形成強烈的地反射。地反射射線與直射線在接收點形成干涉。地反射干涉損耗Lr取決於地面的有效反射係數絕對值Re和兩射線之間的相位差墹φ當相位差為π的奇數倍時，干涉損耗最大，信號出現谷值；為π的偶數倍時,損耗最小（正值，實際上是增益），信號出現峰值。適當選擇天線高度，可以保證在正常條件下電路工作在峰值附近。
衰落
大氣折射率梯度的隨機變化引起電路空隙的隨機變化,從而導致接收信號的隨機變化,形成障礙衰落。克服障礙衰落的辦法是保證在極端負折射的情況（一般相應於K=2/3或大氣折射率梯度為78.5N單位/公里）下射線有足夠的空隙。大氣折射率梯度的隨機變化也使直射線與地反射射線之間形成相位差，因而接收信號幅度隨之變化，形成地反射干涉衰落。反射地面越光滑（如水面），則衰落幅度越大，如Re=0.95時,Lr的谷值達26分貝。對於中等起伏地形,如Re為0.6時,Lr的谷值為8分貝。適當選擇天線高度可控制反射點位置並減小反射射線空隙，使反射波削弱；或者加大發射天線和接收天線高差，使干涉損耗對於K因子的依賴變得遲鈍,從而消除或削弱干涉衰落。在這些措施無法實現時，最常採用的辦法是空間分集，即用掛在不同高度的兩個天線同時接收。兩天線之間的高度間隔的選取，應使在正常傳播條件下，一天線工作在干涉損耗曲線的峰值，而另一天線工作在谷值。因而總能保證其中一個天線有較強的信號。採用頻率分集也能改善傳播效果，但必須使用二個間隔足夠大的頻率。這兩種衰落周期較長，一般由分計直至小時計，故又稱慢衰落。視距傳播的快衰落是由大氣層結反射射線所引起的多徑衰落，周期一般由秒直至分。與直接射線相干涉的多徑射線可有若干條，但最嚴重的是具有相等幅度的兩射線的干涉，衰落幅度很大。在反氣旋、逆溫和陸－海空氣對流的情況下，大氣層中容易出現波導和折射率分布不連續的層結，因而也容易出現多徑傳播和多徑衰落。在水面和平坦地面電路中，在夏季，晚間和寧靜天氣容易出現衰落。衰落深度（接收電平低於無衰落時的分貝數）大於15分貝的多徑衰落服從瑞利分布，衰落深度大於F的機率為式中d為電路長度（公里）;f為頻率（吉赫）;A、B和C為常數。根據國際無線電諮詢委員會公布的實驗結果，B=0.85～1.5，C=2～3.5(多數為3.0～3.5);對於中等起伏地形的溫帶陸地和中緯度海島地區，A=10-7～10-9。多徑衰落除使信噪比降低之外，它的頻率選擇性和時延特性會引起傳輸信道的帶內幅度和相位失真，誤碼率增大。這對於大容量寬頻數字通信系統特別不利，在中繼通信中可用分集和均衡技術加以克服。
去極化 即交叉極化解析度（或隔離度）的降低。在大約10吉赫以下的頻率上，多徑衰落是去極化的主要原因,它們之間有較高的相關性,天線的交叉極化方向性圖越尖銳去極化就越嚴重。在10吉赫以上的頻率上，非球形雨滴引起的去極化占主要地位。大氣層結和反射地面的側向傾斜、粗糙表面和大氣不均勻體的散射也會引起去極化。去極化使單頻雙極化通信系統產生交叉極化干擾，系統性能降低。空間分集同樣有助於克服多徑衰落和去極化。但設計分集間隔時須保證兩天線信號的相關係數小於0.6。
去極化 即交叉極化解析度（或隔離度）的降低。在大約10吉赫以下的頻率上，多徑衰落是去極化的主要原因,它們之間有較高的相關性,天線的交叉極化方向性圖越尖銳去極化就越嚴重。在10吉赫以上的頻率上，非球形雨滴引起的去極化占主要地位。大氣層結和反射地面的側向傾斜、粗糙表面和大氣不均勻體的散射也會引起去極化。去極化使單頻雙極化通信系統產生交叉極化干擾，系統性能降低。空間分集同樣有助於克服多徑衰落和去極化。但設計分集間隔時須保證兩天線信號的相關係數小於0.6。
大氣折射
大氣折射是影響視距傳播效果的主要因素。在10吉赫以上的頻率上，大氣、大氣層中水汽凝結體和懸浮物的吸收和散射是重要的。
廣義說來，地-空和空-空傳播也屬視距傳播。在這些傳播方式中，主要考慮大氣和大氣層中沉降物的影響，地面、地物和近地對流層的影響比地面視距傳播的小，有時甚至可以忽略不計。
廣義說來，地-空和空-空傳播也屬視距傳播。在這些傳播方式中，主要考慮大氣和大氣層中沉降物的影響，地面、地物和近地對流層的影響比地面視距傳播的小，有時甚至可以忽略不計。
