Xidian University 电波传播概论 Principle of Radio Wave Propagation 主讲：李仁先 rxli@mail.xidian.edu.cn https://faculty.xidian.edu.cn/LRX2/zh CN/index.htm
电波传播概论 Principle of Radio Wave Propagation 主讲： 李仁先 rxli@mail.xidian.edu.cn https://faculty.xidian.edu.cn/LRX2/zh_CN/index.htm
电波传播概论 Xidian University 课程简介 学 时：32 学分：2 考试方式：考试50%、大作业40%、平时（出勤、作业等）10% 课程类型：必修（电波传播与天线）、学院限选（电 辅助课程：电磁场理论（电磁场与电磁波、电动 后续课程：对流层传播、电离层传播、等等 参考教材： ,电波传播概论+讲义(PPT) 电磁波空间传播 > 张瑜，电磁波空间传播，西安电子科技 > John A.Richards,Radio wave propagati Non-Specialist,Springer,2008. 谢益溪，无线电波传播：原理与应用，人民 ,吕保维、王贞松，无线电波传播理论及 H.Sizun,Radio Wave Propagation for Tele 商牙供酷 Springer,2005. 物理与光电工程学院电波传播研究所 2 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 2 课程简介 学 时: 32 学分: 2 考试方式：考试50%、大作业40%、平时(出勤、作业等)10% 课程类型：必修(电波传播与天线)、学院限选(电子信息科学与技术) 辅助课程：电磁场理论（电磁场与电磁波、电动力学）、天线理论 后续课程：对流层传播、电离层传播、等等 参考教材: ➢ 电波传播概论+讲义(PPT) ➢ 张瑜，电磁波空间传播，西安电子科技大学出版社，2007。 ➢ John A. Richards, Radio wave propagation- An Introduction for the Non- Specialist, Springer, 2008. ➢ 谢益溪,无线电波传播:原理与应用,人民邮电出版社，2008。 ➢ 吕保维、王贞松 , 无线电波传播理论及其应用, 科学出版社，2003。 ➢ H. Sizun, Radio Wave Propagation for Telecommunication Applications， Springer, 2005
THE ELECTROMAGNETIC SPECTRUM Wavelength 102102101 10110210310410510%10210810101010111012 (in meters) longer Size of a wavelength Protein Water Molecule Common name of wave RADIO WAVES INFRARED JLTRAVIOLE日 HAR了XRA MICROWAVE图 SOFTX RAYS CAMMA RAYS Sources MRa的Mowe L Bado Frequency (waves per second) 1051010810101e10110210131014101510t6107101610191020 Energy of one photon (electron volts) 10-910810210610510410310210111031021031010310
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 什么是电波？ 电波又称无线电波，指频率从几十赫兹（甚至更低）到3000 千兆赫兹左右（波长从几十兆米到0.1毫米左右）频谱范围内 的电磁波。 什么是无线电波传播？ 发射天线或自然辐射源所辐射的无线电波，通过自然条件下 的媒质到达接收天线的过程
电波传播概论 Xidian University 无线电波谱 频段 波段 频率 波长 极低频ELF) 极长波 104km 超低频(SLF) 超长波 30300Hz 104.103km 特低频(ULF) 特长波 300—3000Hz 103.102km 甚低频(VLF) 甚长波 3-30KHz 102.10km 低频LF) 长波 30-300KHz 104.103m 中频MF) 中波 0.3-3M1Hz 103-102m 高频HF) 短波 3-30MHz 10210m 甚高频(VHF) 超短波 30300MHz 10-1m 特高频(UHF) 分米波 0.3-3GHz 1-0.1m 超高频(SHF 厘米波 3-30GHz 10-1cm 极高频(EHF) 毫米波 30—300GHz 10-1mm 超极高频 亚毫米波 300-3000GHz 1-0.1mm 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 4 超极高频 亚毫米波 300—3000GHz 1-0.1mm 极高频(EHF) 毫米波 30—300GHz 10-1mm 超高频(SHF) 厘米波 3—30GHz 10-1cm 特高频(UHF) 分米波 0.3—3GHz 1-0.1m 甚高频(VHF) 超短波 30—300MHz 10-1m 102 高频(HF) 短波 3—30MHz -10m 103 -10 中频(MF) 中波 0.3—3MHz 2m 104 -10 低频(LF) 长波 30—300KHz 3m 102 甚低频(VLF) 甚长波 3—30KHz -10km 103 -102 特低频(ULF) 特长波 300—3000Hz km 104 -103 超低频(SLF) 超长波 30—300Hz k m >104 极低频(ELF) 极长波 <30Hz km 频段 波段 频率 波长 无线电波谱
电波传播概论 Xidian University 常用微波波段划分 波段名称 频率范围(GHz 波段名称 频率范围(GH☑ UHF 0.3—1.12 Ka 26.5 -40 L 1.12-1.7 Q 33-50 LS 1.7—2.6 U 4060 S 2.6—3.95 M 50—75 C 3.95-5.85 E 60—90 XC 5.85—8.2 力 90—140 X 8.2—12.4 G 140220 Ku 12.4—18 R 220—325 K 18—26.5 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 5 常用微波波段划分 K 18——26.5 Ku 12.4——18 R 220——325 X 8.2——12.4 G 140——220 XC 5.85——8.2 F 90——140 C 3.95——5.85 E 60——90 S 2.6——3.95 M 50——75 LS 1.7——2.6 U 40——60 L 1.12——1.7 Q 33——50 UHF 0.3——1.12 Ka 26.5——40 波段名称 频率范围(GHz) 波段名称 频率范围(GHz)
电波传播概论 Xidian University 为什么研究电波传播？ 导航 定位 探测 通信 传感 电波的 应用 898 言积火 加热 医疗 成像 制导 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 电波的 应用 导航 探测 传感 加热 成像 制导 医疗 …… 通信 定位 为什么研究电波传播？
电波传播概论 Xidian University 信息源…发送设备…传输媒介…接收设备÷收信者 原始”阶臣 通过语言、人力、马、烽火台等原始 通信手段传递信息。 “编清信“发联注着气·餐避鞋爱类饔信息解码” “印刷”阶段以印刷发明为标志开始的通信阶段。 “电气”阶段以电报、电话和广播的发明开始的阶段 克服距离上的障碍，迅速而准确地传递信息—通信的任务！ 电磁波是人类将信息实时地传送到远处的主要手段之一。 u-uy入4yA■4H 阶 段 理的通信阶段 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 7 信息源 发送设备 传输媒介 接收设备 收信者 “原始” 阶段 通过语言、人力、马力、烽火台等原始 通信手段传递信息。 “书信” 阶段 通过书信、邮政等手段传递信息。 “印刷” 阶段 以印刷发明为标志开始的通信阶段。 “电气” 阶段 以电报、电话和广播的发明开始的阶段。 “信息时代” 阶 段 对语言、数据、图像、文本等多种类信 息实现高效快速准确的传递、储存和处 理的通信阶段 “编码” “发射天线”“信号”传递“接收天线” “解码” 克服距离上的障碍，迅速而准确地传递信息——通信的任务！ 电磁波是人类将信息实时地传送到远处的主要手段之一
电波传播概论 Xidian University 电波传播研究内容有哪些？ 电波传播的实际环境总是涉及各种各样的媒质（如地面、地 下、水面、水下、对流层大气、电离层等)。 一般情况下，电波传播过程就是电波与媒质相互作用的物理 过程。在电波的作用下，媒质产生极化、传导等各种效应， 这些效应反过来又对传播的电波施加各种影响。 电波传播特性既与媒质特性参数有关，又与电波传播特性参 数有关，后者可使同样的媒质表现出极不相同的特性和边界 条件。 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 电波传播的实际环境总是涉及各种各样的媒质（如地面、地 下、水面、水下、对流层大气、电离层等）。 一般情况下，电波传播过程就是电波与媒质相互作用的物理 过程。在电波的作用下，媒质产生极化、传导等各种效应， 这些效应反过来又对传播的电波施加各种影响。 电波传播特性既与媒质特性参数有关，又与电波传播特性参 数有关，后者可使同样的媒质表现出极不相同的特性和边界 条件。 8 电波传播研究内容有哪些？
电波传播概论 Xidian University 在实际媒质中，电波空间传播应主要从以下三方面进行学习和研究： ()电波传播的环境（媒质）特性。主要包括蝶质的电学性质、空间结构 与边界特性以及规则或随机的时空变化。不均匀的空间变化以及非平稳 的随机时间变化过程等复杂现象，是电波传播各种时、空、频域效应的 根源。 (2)电波传播的物理机制与传播模式。电波在各种特性媒质中的传播机制 可能涉及吸收、折射、反射、散射、绕射、导引和谐振以及多径干涉和 多普勒Doppler)频移效应等一系列物理过程。这些过程既取决于媒质的 特性，也与波的特性密切相关。电波传播的状况，取决于电波特性参数 与媒质特性参数及边界条件的匹配。 (③)信号的媒质效应和传播特性。无线电信号在各种媒质的传播过程中， 可能遭受衰减、衰落、极化偏移和时、频域畸变等效应，并因此而具有 复杂的时空变化特性。某些媒质效应对信息传输的质量和可靠性会产生 严重的影响。但在有些情况下，媒质效应也被用以作为信息传输的支撑 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 在实际媒质中，电波空间传播应主要从以下三方面进行学习和研究： (1) 电波传播的环境（媒质）特性。主要包括媒质的电学性质、空间结构 与边界特性以及规则或随机的时空变化。不均匀的空间变化以及非平稳 的随机时间变化过程等复杂现象，是电波传播各种时、空、频域效应的 根源。 (2) 电波传播的物理机制与传播模式。电波在各种特性媒质中的传播机制 可能涉及吸收、折射、反射、散射、绕射、导引和谐振以及多径干涉和 多普勒(Doppler) 频移效应等一系列物理过程。这些过程既取决于媒质的 特性，也与波的特性密切相关。电波传播的状况，取决于电波特性参数 与媒质特性参数及边界条件的匹配。 (3) 信号的媒质效应和传播特性。无线电信号在各种媒质的传播过程中， 可能遭受衰减、衰落、极化偏移和时、频域畸变等效应，并因此而具有 复杂的时空变化特性。某些媒质效应对信息传输的质量和可靠性会产生 严重的影响。但在有些情况下，媒质效应也被用以作为信息传输的支撑 9
电波传播概论 Xidian University 电波传播在工程中应用的基本问题是各个频段不同特性的电信号通过各 种媒质与各种边界条件的传播模式和传播特性； 同时，用电波对环境进行电学探测的基础是电波在不同媒质传播过程中 所携带有关媒质特性的信息。因此，各种媒质中各频段电磁波的传播效 应是电磁波传播研究的主要对象。 电波在媒质中基本以光速传播，是传递信息的理想载体，同时，在传播 过程中，它携带着有关辐射源（特别是自然辐射源）与传播空间媒质特 性的丰富信息，因此，它被广泛应用到各种通信、雷达、遥感等系统中 ,以满足日益增长的信息传递与环境研究的要求。无始无终的简谐波是 不能提供任何信息的。信息传输过程实质上就是将信息变成电信号调制 到某频段的电波上，形成携带信息的复杂调制波并进行发射，在接收端 予以检测解调，经过信息识别和处理，从而得到需要的信息。 物理与光电工程学院电波传播研究所 10 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 电波传播在工程中应用的基本问题是各个频段不同特性的电信号通过各 种媒质与各种边界条件的传播模式和传播特性； 同时，用电波对环境进行电学探测的基础是电波在不同媒质传播过程中 所携带有关媒质特性的信息。因此，各种媒质中各频段电磁波的传播效 应是电磁波传播研究的主要对象。 电波在媒质中基本以光速传播，是传递信息的理想载体，同时，在传播 过程中，它携带着有关辐射源（特别是自然辐射源）与传播空间媒质特 性的丰富信息，因此，它被广泛应用到各种通信、雷达、遥感等系统中 ，以满足日益增长的信息传递与环境研究的要求。无始无终的简谐波是 不能提供任何信息的。信息传输过程实质上就是将信息变成电信号调制 到某频段的电波上，形成携带信息的复杂调制波并进行发射，在接收端 予以检测解调，经过信息识别和处理，从而得到需要的信息。 10