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1、近地区域中性介质内的电波传播第一页，本课件共有31页4.9 地波传播地波传播4.9.1 地波 当收、发天线离地面一定高度时，视线区内接收点的波场为空间直达波、地面反射波和地波的叠加，当天线高度趋于零时，空间波与反射波相抵消，电波仅以地波方式传播 地波定义地波定义：沿地球表面传播的电磁波叫地波或表面波。地波形式：地波形式：由于地球表面的弯曲，地波主要是由绕射现象形成的围绕地球传播的无线电波。地波波段：地波波段：长波、中波和短波的部分波段。第二页，本课件共有31页（1）当 时，地面近于理想介质；（2）当 时，地面近于理想导体；（3）是临界波长，它可用于判断地面近于介质或导体。复相对介电常数：复相对
2、介电常数：第三页，本课件共有31页4.9.2 地面上表面波的场地波的分类：地波的分类：（1）沿地球表面传播的表面波；（2）直射波和由地球表面反射的波组成的空间波。第六页，本课件共有31页（1）假设条件 a)地面是 z=0 的平面；b)地面是非良导体。（2）表面波场的近似解（4-141）式中，w是一个慢变函数，表示地面的衰减作用。表面波的场：表面波的场：第七页，本课件共有31页在分界面下的介质中，波的电场满足设解具有的形式，则第八页，本课件共有31页于是有：第九页，本课件共有31页第十页，本课件共有31页有关结论l地面上接收宜采用垂直天线；l地下通信中宜采用水平天线；l波前倾斜第十一页，本课件共
3、有31页4.9.3 半导电地面上的场强计算地表上长度为l的偶极子所辐射的地波场强为：这里，w是考虑地面损耗作用的一个衰减函数。索莫菲尔德（A.Sommerferd）求解了垂直天线在半导电地面上辐射场的一般问题，结果表明衰减函数w依赖于所谓数值距离p和相位常数b这两个辅助常数。而p和b由与波长、传播距离和地面电特性有关。第十二页，本课件共有31页对于垂直偏振对于水平偏振（4-149）（4-150）其中：第十三页，本课件共有31页第十四页，本课件共有31页地波在导航与雷达系统的应用地波传播的损耗和相位延迟主要受地表层电导率及地形、地貌、植被等因素的影响，传播特性稳定度高，适用于高精度的无线电导航和
4、授时及雷达等系统。实用中的关键问题之一在于排除电离层反射波的干扰，获得尽可能大的稳定地地波传播距离。至于对流层不均匀性，除要考虑大气折射（借助等效地球半径）外，其他影响对所讨论的频段不是很重要。另一个关键问题是对地波场强和相位延迟的预测，特别是对陆地、山岳、丛林等复杂路径的相位预测，它关系到系统高精度性能要求的实现。第十五页，本课件共有31页低频（LF）地波导航与授时 以美国罗兰(Loran)-C为代表的脉冲-相位双曲线导航系统，是低频地波传播应用的典型应用。罗兰脉冲载频取为100KHz，是综合考虑了收发设备与地波传播特性等各种因素的最佳选择。当频率增高，地波衰减剧增，传播距离太近；频率再低，
5、难于发射并具有陡峭上升前沿的脉冲波形。双曲线导航系统一般由1个主台和2个副台组成固定的台链，同步地发射导航信号，由主台至两副台的距离差为常数，可形成两组位置线，对于已知台链坐标的系统，两位置线的焦点对应于覆盖区内确定的位置。第十六页，本课件共有31页 无线电导航系统测量的主要参数是主副台两条路径电波传播的时间差，系统制订的位置线图（或称海图）是按光速将时差换算为距离差，但实际上，地波的传播速度异于光速并随空间和时间有所变化。因此，使用海图时需要进行电波传播速度预测和修正。罗兰-C导航系统的传播时差是通过测量载频相载频相位差位差来实现，同时利用脉冲定时点脉冲定时点解决相位差测量整周期多值性问题。
6、第十七页，本课件共有31页电波沿路径 r 的传播总相位为微分相速可定义为式中，c为光速，为地波传播二次相位（即相对于自由空间传播附加的）因子。在离开发射点一定距离（陆地约70km，海上约20km）时，随距离的变化接近于线性，即存在一个等效的平均相速。第十八页，本课件共有31页在实测中，经常是测量大距离区间上的相位差，涉及的是平均相速 。由总相位则有：第十九页，本课件共有31页在导航定位过程中，由测量的相位差和给定的平均相速预测值，换算为两条位置线的距离差，则有：第二十页，本课件共有31页海态高频地波超视距雷达l已作专题介绍l填补微波视距雷达和HF天波超视距雷达覆盖不到的区域lBragg散射l海
7、态参数提取（风场、浪场、流场等）l移动目标探测（舰船、飞机、冰山等）第二十一页，本课件共有31页4.10 波导模传播波导模传播 20世纪40年代金属结构的空心波导，用于传输微波能量；20世纪80年代开发的介质波导（如光纤），用于传输数字信号（如声音、数据、图像等）天然波导（如地球电离层波导，对流层波导等），能传播低频和甚低频、超短波和微波频段的无线电波。第二十二页，本课件共有31页4.10.1 平行导电平面之间的波导第二十三页，本课件共有31页 假设电波是水平极化的（横电波或TE波），则电场只有y分量，于是，上行波为（4-153）到达介质1与介质3的表面后，一部分能量透射进入介质3，另一部分能
8、量被反射回来成为下行波为（4-154）波导中的波场：波导中的波场：第二十四页，本课件共有31页（4-157）设介质2和介质3均为理想导体，则有（TE波）（TM波）对这两种类型的波，模条件（4-156）式化简为：或波导的截止条件：波导的截止条件：第二十五页，本课件共有31页（4-158）或图4.53 平行平板间波的传播与截止现象第二十六页，本课件共有31页由此可得到波导的截止条件：相应的截止波长为：（4-159）因此波导的传播条件是（4-160）第二十七页，本课件共有31页（4-161），于是由 可知，等效传播常数为其中，称为波导的截止频率。等效折射率：等效折射率：第二十八页，本课件共有31页 因此，电波的等效折射率是（4-162）相应的相速度和群速度为：第二十九页，本课件共有31页4.10.2 地球电离层波导横传播第三十页，本课件共有31页4.10.3 对流层波导传播第三十一页，本课件共有31页