Xidian University 第五部分对流层传播
第五部分 对流层传播
电波传播概论 Xidian University 对流层传播(Tropospheric Radio Propagation)(含 平流层或同温层(Stratesphere).传播)，当频率高于 10GHz时需考虑大气的吸收和降水的衰减等，一般需 选择大气窗口频率。 传播机制主要有： 1视线传播，用于微波中继通信、超短波和微波定位测 速等。 2对流层散射传播，米波和分米波 3障碍绕射传播，主要在短波高端、超短波和微波无线 通信线路。 4大气波导传播，主要在米波至厘米波波段。 物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 对流层传播（Tropospheric Radio Propagation）（含 平流层或同温层（Stratesphere）传播），当频率高于 10GHz 时需考虑大气的吸收和降水的衰减等，一般需 选择大气窗口频率。 传播机制主要有： 1 视线传播，用于微波中继通信、超短波和微波定位测 速等。 2 对流层散射传播，米波和分米波 3 障碍绕射传播，主要在短波高端、超短波和微波无线 通信线路。 4 大气波导传播，主要在米波至厘米波波段
电波传播概论 Xidian University 对流层折射 在真空中，电（光）波传播的三个基本规律： 1直线传播； 2速度真空光速c; 3 Doppler:频率正比于到目标的径向几何距离的变化率 (目标对观察，点的径向速度)。 在实际大气中，电（光）波传播的三个基本规律： 1不再是直线传播；曲线、折线； 2速度小于真空光速c; 3 Doppler频率不（严格）正比于到目标的径向几何距离 的变化率（目标对观察点的径向速度)。 由于折射指数不等于1引起的效应，统称为折射效应。 物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 3 一、对流层折射 在 真 空 中 ， 电 （ 光 ） 波传播的三个基本规律： 1 直线传播； 2 速度真空光速c； 3 Doppler频率正比于到目标的径向几何距离的变化率 （目标对观察点的径向速度）。 在实际大气中，电（光）波传播的三个基本规律： 1 不再是直线传播；曲线、折线； 2 速度小于真空光速c； 3 Doppler频率不（严格）正比于到目标的径向几何距离 的变化率（目标对观察点的径向速度）。 由于折射指数n不等于1引起的效应，统称为折射效应
电波传播概论 Xidian University 1、球面分层大气中的折射 在低层大气层中，大气折射指数沿高度的变化远远大于沿 水平方向的变化。因此，一般情况下，可以认为大气的折射 指数是球面分层水平均匀的，也即 n=n(r)=n(h) 其中 r=ro+h一地心至观察点的距离 ro-a+hs h一从地面算起的高度 a—地球半径 h、—地面海拔高度 n仅是高度h或至地心距离r的函数，与水平坐标无关。 物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 1、球面分层大气中的折射 在低层大气层中, 大气折射指数n沿高度的变化远远大于沿 水平方向的变化。 因此，一般情况下, 可以认为大气的折射 指数n是球面分层水平均匀的,也即 n n r n h = = ( ) ( ) 其中 r=r0+h——地心至观察点的距离 r0=a+hs h——从地面算起的高度 a——地球半径 hs——地面海拔高度 n仅是高度h或至地心距离r的函数，与水平坐标无关
电波传播概论 Xidian Universit 球面大气中的斯奈尔定律 在这种球面分层大气中，折射指数梯度为 dn r Vn二 dr 显然，它的方向是沿着地心至观察点的矢径的方向， 经过把它转换到电波传播射线上，则射线上始终保持 r×(nl)=常矢量 1,—沿射线的单位矢量。 物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 球面大气中的斯奈尔定律 在这种球面分层大气中,折射指数梯度为 d d n n r r = r 显然, 它的方向是沿着地心至观察点的矢径r的方向, 经过把它转换到电波传播射线上,则射线上始终保持 0 r nl = ( ) 常矢量 l0——沿射线的单位矢量
电波传播概论 Xidian University r×(l,)=常矢量 讨论： +民+ 1、在射线的每一点上，rX(nl)这个矢量 射线 的方向都相同，也即r和l所在平面的取向 +dn 不变，因此射线是平面曲线； 地面 2、rX(l)的绝对值在射线上等于常数， 即 nrsing const φ是从地心引出的矢径与射线的夹角，也即 是射线的天顶角。 通常习惯于使用射线的仰角0，显然0=) 所以有 nrcos const 物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 0 r nl = ( ) 常矢量 讨论： 1、 在射线的每一点上, r×(nl0 ) 这个矢量 的方向都相同, 也即r和l0所在平面的取向 不变, 因此射线是平面曲线; 2、r×(nl0 )的绝对值在射线上等于常数, 即 nrsin const = φ是从地心引出的矢径r与射线的夹角, 也即 是射线的天顶角。 通常习惯于使用射线的仰角θ，显然 π 2 = − 所以有 nrcos const =
电波传播概论 Xidian University nrcos const R +0+t 个 Y= +8+0 假设在射线的初始出发，点的折射 指数为n0,射线的仰角为0o,初始 出发点至地心的距离为ro=a+hs, 人射线 则 n+dn nrcose norcose 地面 d 球面分层大气的斯奈尔定律 如果球面的半径为无限大，也即球 440= 面退化成平面，此时rro=1+h/ro≈1。 则平面分层情况下的折射公式，即 ncose ncose 物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 nrcos const = 假设在射线的初始出发点的折射 指数为n0 , 射线的仰角为θ0 , 初始 出发点至地心的距离为r0=a+hs , 则 0 0 0 nrcos n r cos = ——球面分层大气的斯奈尔定律 如果球面的半径为无限大, 也即球 面退化成平面, 此时r/r0=1+h/r0≈1。 则平面分层情况下的折射公式,即 0 0 ncos n cos =
电波传播概论 Xidian University 射线描迹 R Y= 及+0+t +6+0 2 为了清楚地描述射线的轨道，在 已知o,ro,c0s0的情况下，可用 人射线 地面上的距离d和高度h的函数关 n+dn 系代表射线的轨迹方程。 一组d和h的数据可以惟一地确定 地面 d 射线上对应点的位置。 在射线上，令点Q的相应坐标是d 和h,由点Q移动到P点时，相应的 半径r和高度h的变化为 dr dh tanerdo 物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 射线描迹 为了清楚地描述射线的轨道, 在 已知n0 , r0 , cosθ0的情况下, 可用 地面上的距离d和高度h的函数关 系代表射线的轨迹方程。 一组d和h的数据可以惟一地确定 射线上对应点的位置。 在射线上, 令点Q的相应坐标是d 和h, 由点Q移动到P点时, 相应的 半径r和高度h的变化为 dr dh tan rd = = ·
电波传播概论 Xidian University dr dh tane rdo R Y= π+0+ +8+0 其中，d0为地心张角的变化 2 do=dd I r 、射线 dd为地面距离d的变化，将其代 n+dn 入上式，并考虑r=ro+h,可得 地面 dd- dd cot0 dh 1+h/o 440=1 将上式积分，便得到对于高度， 射线在地面上的投影距离d为 cot O d= dh 1+h/ 物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 其中，dφ为地心张角的变化 dr dh tan rd = = · 0 d dd r = / dd为地面距离d的变化，将其代 入上式，并考虑r=r0+h，可得 0 cot d d 1 / d h h r = + 将上式积分, 便得到对于高度ht , 射线在地面上的投影距离d为 t 0 0 cot d 1 / h d h h r = +
电波传播概论 Xidian University cot O 讨论 d dh Jo 1+h1ro 1、cot0的计算 由snel定理 nrcose nocose 可得 cos=noo cos cot0 cos0 nr co 20 物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 t 0 0 cot d 1 / h d h h r = + 讨论 1、cot 的计算 0 0 0 由snell定理 nrcos n r cos = 可得 0 0 0 cos cos n r nr = 1 2 2 0 0 0 cos sin 1 n r nr = − 0 1 2 2 2 0 0 0 cos cot cos nr n r = −