浅谈短波地波传播的影响因素.docx

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1、浅谈短波地波传播的影响因素张宁郑高哲刘燕摘要：短波传播分为天波和地波传播，天波传播信道为变参信道，而地波传播信道近似为恒参信道，基本不受气象影响，且干扰源的逼近查找基本利用地波。本文采用Matlab仿真验证，对地波传播及影响其传播的因素进行深入分析研究，为干扰查找工作提供一定帮助。关键词：短波地波电气参数极化地波场强地波传播一、概述短波地波是沿着地面传播的，因此地波传播的情况主要取决于地面（包括电波能够穿透的地层）的电气特性。地波在导电性能良好的海面上传播时，衰减较小；反之，电波在干燥的砂地上、森林地区或地形起伏很大的山区传播时，衰减则很大。地波衰减与工作频率有密切关系，频率越高，衰减越大。在

2、海面上，通信距离最远可达1000公里；在电气性能相对很差的陆地上，通信距离只有几十公里。由于地表上的地貌、地物以及土壤的电气参数都不会随时间很快的发生变化，而且基本上不受气象影响，因此地波传播几乎不存在日变化和夜变化，利用地波通信，不需要像天波那样，为了维持链路畅通而经常改变工作频率。地波信号稳定，色散效应很小。地波的衰减虽然随地面条件和工作频率而异，但和天波相比，对其衰减进行预测要容易的多。在规划设计短波地波传播链路时，应详细了解链路路径上的地理和地质条件，例如水面情况、土壤种类、地层结构、地形起伏、地表植被等。地面对地波传播的影响情况主要写下面几个方面有关：地面的起伏性、地面的电气参数、无

3、线电波穿透性、频率和传播距离受地球曲率影响、电波的极化等。本文就这五方面根据ITU-R 368-9等建议书及常见的范德波尔公式，结合实际测试情况，利用Matlab软件对地波传播进行深入分析。二、影响地波传播的主要因素1、地面的起伏性实际的地面由于地形地貌的起伏以及介质的变化（尤其是水、陆的变化），并不是均匀光滑的，但当电波波长比地面起伏度大得多时，地面可以近似认为是光滑的；对于短波（10m-100m）而言，一般使用其低端频率（3-5MHZ）。对于中长波（100m-10Km），除高山外都可以看成光滑地面。2、地面的电气参数由于地面的性质、地貌、地物等情况都会影响电波传播，因此对短波地波传播而言，

4、知道传播链路的地面电气参数是必不可少的。任何媒质的电气特性都可以用三个参数来表示，他们是磁导率j电导率。、介电常数。这几个参数按照下述传播系数表达式共同影响着电波的传播，见式1：K = Jj3Mo + ）=j。J（ - j %）（1）这里假定时间相关性的形式为exp（j（Dt）大地的磁导率以通常可以认为等于自由空间的磁导率，即相对磁导率为1。因此在大多数传播问题中，可以只考虑介电常数和电导率。在电磁场的作用下，大地上既存在位移电流又存在传导电流，位移电流密度为oo&E,传导电流密度为u）E。通常根据传导电流密度和位移电流密度的比值”3&=60。入/打来评定媒质的导电性能。当60o人/& 1时，

5、媒质具有良导电性能;当60。人/时,媒质具有电介质性质；当60。人/1g1时，媒质具有半导体性质。表1几种典型地面的60aA/r比值地面种类频率MHz3003030.3海水(& =80)3333潮湿土地=30)2222中等土地(& =15)4444干燥土地(1 =3 )22223、无线电波穿透性无线电波穿入地面的穿透深度6随地面的种类和频率而变化。当电波频率较低，电波穿透性较大，而深部地层的导电率和介电常数和表层有显著差别时.，必须考虑地下分层对电波传播的影响。习惯把振幅值衰减到它在表层值的l/e(e=2.7)的距离叫做穿透深度，也就是大约衰减37%。穿透深度6和频率的函数关系，见式2：8 =

6、(2)图1穿透深度6和频率的函数关系图1中纵坐标表示为穿透深度5 (m),横坐标表示为频率(MHz);A：海水；B：湿润土地；C:淡水；D：中等干燥土地；E:非常干燥土地；F：淡水冰面。4、地球曲率：当发射端和接收端距离小于临界距离时，可以认为地面是一个平面。当收发距离超过临界距离，则必须考虑地球的曲率，把它看成是一个球面；因此我们需要通过临界距离与频率的关系进行经验性描述如下，见式3：图2、临界距离与频率的函数关系cr(km) = 80F-93(MHz)图2示出临界距离与频率的关系。地波传播场强计算应按照路径长度是否大于临界距离分别计算。5、电波极化地波的传播与电波的极化有关,理论计算和实验

7、数据均证明地波传播不适合采用水平极化方式进行传播。当采用水平极化辐射时，路径上的地波衰减将明显变大。这是因为，当电场为水平极化时，电场方向平行地面，传播在地面上引起较大的感应电流，致使电波产生很大的衰减。对于垂直极化波，其电波能量同样要被地面吸收，但由于电场方向与地面垂直,它在地面上产生的感应电流远比水平极化波的要小，所以地面吸收小。另一方面，在电气参数良好的平面上，垂直极化和水平极化衰减的程度差别很大；而电气参数不好的平面上，两种情况的差别就减小。但不论在什么情况下，水平极化的路径衰减都比垂直极化的高，因此，在考虑利用地波传播的短波路径上，一般总是使用垂直极化天线，而不使用水平极化天线。三、

8、地波传播场强计算1、地波场强计算在离开发射点一定距离处的场强根据ITU建议书525-2可得,当地波在自由空间传播，见式4：dkm（4）式4中，P为发射天线的辐射功率；d为接收端到发射端的距离。当地波在平滑均匀的地面上（电气参数大体为常数的平地上）传播时，考虑到地波传播过程中无线电波对地面的穿透损耗和空间传播损耗衰减，在不考虑地球曲率（6 30km、50km 100km共9个点带入Van Boer经验公式计算，见表3,测得场强值标注在相同条件下建议书中传播曲线上，如图3红点所示：表3 Van Boer经验公式计算与ITU-R P. 368-9建议书传播曲线比较场卜距收嵯Hzd=55.5km4MH

9、zd=50.4km5MHzd=46.8km7.5MHzd=40.9km10MHzd=37.1km15MHzd=32.4km20MHzD=29.5km30MHzD=25.7kmEi- E2Ei- E2Ei- E2Ei- E2Ei- E2Ei- E2Ei- E2Ei- E21km4.14.13.782.611.721.251.011.222 km2.341.921.691.231.481.20.570.93 km2.191.861.71350.680.970.880.766 km1.411.211.650.950.860.740.690.6210 km1.190.570.550.920.860.7

10、80.260.720 km0.870.310.830.761.231.181.171.6330 km1.731.191.231.672.161.622.112.5850 km1.271.762.312.772.763.234.224.2100 km3.674.174.736.26.27.679.1711.65注：（1）表中d表示每个频率的临界距离;（2）表格中左上角阴影部分因为传播距离相对波长而言太近，根据天线复坡印亭向量的实部计算公式可知，天线在近场距离内不能有效辐射。（3）表格中右下角阴影部分表示该点大于临界距离在同一距离下，在3-30MHZ频段范围内频率在远场区域，本文模型与ITU-R

11、P.368建议书传播曲线基本吻合；当传播距离大于临界距离时，随着传播距离的变大，Van Boer经验公式计算误差增大。图3 Rec.lTU-R P.368-9传播曲线与Van Boer经验公式比较图，3 f，CMJI M 二*% (、X、y j* E/ TSU e,I MW F m (OOO m M tal*一a”M * lOCMMiM M I 一, S 1!fh FI四、结论综上所述，地面的起伏性、地面的电气参数、无线电波穿透性、频率和传播距离受地球曲率影响以及电波的极化等对短波地波传播的影响是十分显著的。故在实际应用中，尤其在干扰源逼近查找中应深入分析地波传播特性及其影响因素，为短波监测测向工作提供一定帮助。