無線電波傳輸－吳雄斌電波傳輸復(fù)習(xí)綱要

第1頁復(fù)習(xí)綱要(1)近地空間結(jié)構(gòu)電離層分層和主要特征電離層電子密度改變主要機(jī)制總電子含量定義對Chapman層電子密度分布模型機(jī)制定性描述電離層不規(guī)則改變有哪些第2頁復(fù)習(xí)綱要(2)Maxwell方程組，連續(xù)性方程LC傳輸線上電壓／電流傳輸方程推導(dǎo)介電常數(shù)微觀解釋（推導(dǎo)）等離子體振蕩頻率推導(dǎo)第3頁復(fù)習(xí)綱要(3)多普勒效應(yīng)，音障脈沖傳輸過程中色散影響基于泰勒展開討論波包傳輸速度（群速度）預(yù)計(jì)雙頻脈沖星到地球距離傳輸信道介質(zhì)類型，及其介電常數(shù)數(shù)學(xué)特征左手材料基本特征第4頁復(fù)習(xí)綱要(4)依據(jù)射線微分方程說明為何電波在均勻各向同性介質(zhì)中以直線傳輸？中性大氣中影響電波信號強(qiáng)度原因接收天線有效面積，電波傳輸自由空間公式推導(dǎo)，星地?zé)o線能量傳輸對菲涅爾帶定性描述傳輸余隙概念為何微波電路設(shè)計(jì)上，要盡可能防止電波從海面或湖面反射抵達(dá)接收點(diǎn)？移動(dòng)通信中傳輸效應(yīng)、信號統(tǒng)計(jì)特征第5頁復(fù)習(xí)綱要(5)對流層中射線曲率半徑與大氣折射率高度梯度關(guān)系（推導(dǎo)）標(biāo)準(zhǔn)大氣折射指數(shù)梯度，等效地球半徑因子對流層散射傳輸損耗特點(diǎn)，散射通信頻率范圍和特點(diǎn)地波電場特點(diǎn)，地波雷達(dá)應(yīng)用介質(zhì)或?qū)w判斷標(biāo)準(zhǔn)微波大氣波導(dǎo)種類第6頁復(fù)習(xí)綱要(6)電磁波在磁化等離子體中傳輸時(shí)電子所受電磁作用力非磁化等離子體中折射率公式電波被電離層反射條件垂直傳輸中O波、X波偏轉(zhuǎn)幾個(gè)等效定理敘述、證實(shí)和應(yīng)用電離圖基本分析，頂測基本概念斜傳輸傳輸曲線法拉第旋轉(zhuǎn)概念第7頁解：設(shè)大氣單位體積分子數(shù)N，從地面到高度為h環(huán)帶面積近似為地球表面積S，計(jì)算所以大氣質(zhì)量99%集中在距離地面36Km左右，同學(xué)們作業(yè)里計(jì)算出大氣質(zhì)量97%集中在30KM也是正確2.4試用壓高公式證實(shí)地球大氣層總質(zhì)量99%集中在離地面30km高度范圍內(nèi)。設(shè)大氣標(biāo)高H=8千米第8頁是H梯度，表示為：所以又N，T是變量，（a）2.5設(shè)標(biāo)高H隨高度線性改變，而大氣分子質(zhì)量和重力加速度可視為常數(shù)，求證對應(yīng)于參考高度密度和標(biāo)高H0,在其它高度上和H滿足以下關(guān)系解：第9頁由（a），（b）得到：即是（b）第10頁且當(dāng)一入射電波電場是：時(shí)，求介質(zhì)中電位移矢量是多少？在各向異性介質(zhì)中，介電常數(shù)以張量形式表示為：3.7第11頁得到：解：直接代入公式第12頁3.19如圖8.7所表示設(shè)地面和電離層為平面模型，一衛(wèi)星從電離層發(fā)出頻率為w平面電磁波，衛(wèi)星軌道為水平，速度為v0,

設(shè)衛(wèi)星在t=0時(shí)過頂，衛(wèi)星高度為h,(1)試求證觀察點(diǎn)接收衛(wèi)星頻率為(2)當(dāng)h=1000千米，f=400MHZ,v0=7km/s時(shí)，求最大多普勒頻移（3）當(dāng)衛(wèi)星過頂點(diǎn)水平距離是500km和1000km時(shí)多普勒頻移各為多少？第13頁解：（1）

v0在觀察方向分量因?yàn)槎嗥绽招?yīng)所以（2）依據(jù)（1）結(jié)論：第14頁或者當(dāng)t無窮大時(shí)（3）水平距離500時(shí)：水平距離1000時(shí)：第15頁3.20在射線理論中，我們選取射線微分方程（3.121）中參變量u是射線實(shí)際弧長s,試證實(shí)此時(shí)射線偏微分方程為并由此導(dǎo)出電波經(jīng)過兩種不一樣介質(zhì)平面界面?zhèn)鬏敃r(shí)折射定律第16頁提醒：第一問參見書本推導(dǎo)第二問當(dāng)電波經(jīng)過兩種不一樣介質(zhì)平面界面?zhèn)鬏敃r(shí)，考慮沿界面坐標(biāo)分量所以有第17頁（1）接收天線轉(zhuǎn)化效率為25%，則接收天線接收到能量為接收天線有效面積是（2）發(fā)射天線到接收天線能量轉(zhuǎn)化效率為25%，太陽能量到衛(wèi)星板效率為10%，那么，太陽能電池面積：4.6第18頁（3）發(fā)射天線發(fā)射能量為假設(shè)這些能量由半徑為r圓面接收，發(fā)射天線發(fā)射波束角度與接收半徑、離里面距離之間關(guān)系：那么發(fā)射天線有效面積是：第19頁4.11一地面雷達(dá)想要檢測10km遠(yuǎn)處100米高處低飛目標(biāo)，為此假設(shè)大氣是標(biāo)準(zhǔn)大氣，地面折射率是1，并可作有效地近似處理，試問為檢測這個(gè)目標(biāo)，雷達(dá)波束仰角是多少？并計(jì)算雷達(dá)波束角和沿從雷到達(dá)目標(biāo)直線與水平面夾角仰角誤差有多大？第20頁解：設(shè)雷達(dá)波束仰角，雷到達(dá)目標(biāo)直線與水平面夾角為，仰角誤差：0.37%第21頁4.15作為一級近似，地球電離層波導(dǎo)可認(rèn)為是自由空間隔開兩平行導(dǎo)電平板，設(shè)平板間距750km。（1）計(jì)算三個(gè)最低模式（m=1,2,3）截止頻率。（2）假如發(fā)射電波頻率是5kHz，其中僅m=1,2?？蓚鬏敚縨>=3模都超出了截止頻率，試問在離發(fā)射臺(tái)5000km外接收，m=1和m=2兩種模式電波抵達(dá)接收時(shí)時(shí)延是多少？第22頁解：（2）（1）第23頁電矢量縱分量與橫分量之比是

電矢量在東西方向頻率為線偏振波于磁赤道垂直入射到電離層，假如層內(nèi)電子濃度僅隨高度慢變，磁旋頻率與高度無關(guān)，忽略碰撞，試寫出受電波作用后電子運(yùn)動(dòng)方程式，導(dǎo)出結(jié)構(gòu)關(guān)系，說明電子運(yùn)動(dòng)情況，并求介質(zhì)折射率為：5.4第24頁得到：提醒：

忽略碰撞后電子運(yùn)動(dòng)方程穩(wěn)態(tài)電離層：兩邊乘以總極化矢量：在平行于電矢量方向做直線運(yùn)動(dòng)，垂直于電矢量平面內(nèi)做橢圓運(yùn)動(dòng)電位移矢量：第25頁5.6低電離層中，電子能夠附在中性分子（如02）上形成負(fù)離子（）,以致在一些條件下不能忽略重離子影響，這中情況下，假如我們不計(jì)碰撞，試求高頻尋常波折射率為：證實(shí)縱傳輸情況下滿足第26頁提醒：那么：離子運(yùn)動(dòng)方程：考慮電子和離子運(yùn)動(dòng)時(shí)極化矢量縱傳輸時(shí)：第27頁高頻尋常波所以第28頁5.10均勻離化介質(zhì)中，不計(jì)碰撞和地磁場影響，一頻率為10