基于抛物方程的大气波导环境下电波传播的研究

基于抛物方程的大气波导环境下电波传播的研究

1 概述

第二次世界大战以来，雷达已在许多领域得到广泛的应用。人们在利用雷达进行探测时，经常会发现一些电磁波的异常传播现象。其中一种显著的现象是：在一定的气象条件下，在大气边界层尤其是在近地层中传播的电磁波，受大气折射的影响，其传播轨迹弯向地面，当曲率超过地球表面曲率时，电磁波会部分地被陷获在一定厚度的大气薄层内，就像电磁波在金属波导管中传播一样，这种现象称为电磁波的大气波导传播，形成波导传播的大气薄层称为大气波导层。大气波导现象使得雷达有可能观测到数倍于雷达正常探测距离处的目标，实现所谓的超视距探测。

目前，国外在电波传播的抛物方程方法上做了许多研究。抛物方程（PE）方法最早是由Fock在1946年提出，但是直到1973年，随着计算机技术运用，Hardin和Tappert 进一步提出了分步傅立叶方法,抛物方程方法才得以被运用到实际的工程计算中。与其它研究电波传播的方法相比，如几何光学、物理光学和简正模分析法等，抛物方程方法的限制是最小的。这种方法忽略了后向散射场，而且精确计算集中在近轴方向上。

本文介绍了大气折射的基本类型及其存在条件，给出了电波传播的抛物方程模型，并将其与双射线模型进行对比验证其可行性，然后利用该模型计算了标准大气、100m 波导及100-150m波导环境下的传播损耗，最后讨论了大气波导对电波传播及雷达探测的影响。

2 大气波导与抛物方程方法的基本原理

大气波导现象经常发生在海洋大气环境中。针对电磁波在大气波导中的异常传播现象，可用抛物方程方法进行分析计算其传播损耗。

2.1 大气折射与大气波导

1、大气折射的基本类型及其存在条件

影响大气环境中的电磁波传播特性的主要大气因子是大气折射率[1]。对频率在1~100GHz范围内的电磁波，大气折射率n或大气折射指数N(N单位)可表示为大气温度T（单位：K）、大气压力P（单位：hPa）和水汽压e（单位：hPa）的函数f(P,T,e)，其关系由下式给出：

610)4810(6.771),,(-++==T e P T e T P f n （2.1） )4810(6.7710)1(6T e P T n N +=-= （2.2） 当电磁波传播距离很短时，可近似认为地球表面为平面，但若电磁波传播距离较长时，就必须考虑地球曲率的影响，此时，为了将地球表面处理成平面，通常使用进行了地球曲率订正的大气修正折射率m 和大气修正折射指数（又称大气折射指数模数）M （M 单位）更为方便[2][3]，其表达式如下： 0R Z n m += （2.3） 6061010)1(R Z N m M +=-= （2.4）

式中R 0=6.371×106m 为平均地球半径，Z （单位：m ）为地表以上的高度，则式（2.4）简化为：

Z N M 157.0+= （2.5） 将式（2.4）（2.5）分别对高度Z 求导可得：

Z e T Z P T Z T T e P T Z N ??+??+??+-=223732566.77)9620(6.77d d （2.6） 157.0d d d d +=Z N Z M （2.7） 当大气折射指数垂直梯度（单位：m -1）d N /d Z > 0时，电磁波的传播轨迹将背着地球而凸起弯曲，此时的大气为负折射。当d N /d Z = 0时，电磁波的传播轨迹不发生弯曲，沿直线传播，此时的大气为零折射（也称无折射）。当d N /d Z <0时，电磁波的传播轨迹将凹着弯向地球，此时的大气为正折射。正折射包括正常折射（也称标准折射）、超折射、临界折射、陷获折射等[3][4][5]。表2.1给出了各种折射类型的存在条件。

表2.1 大气折射的基本类型及其存在条件

大气折射的基本类型

d N /d Z （单位：m -1） d M /d Z （单位：m -1） 负折射

>0 >0.157 零折射（无折射）

0 0.157 正折射

<0 <0.157

正常折射（标准折射） -0.077~0 0.080~0.157

超折射 -0.157~-0.077 0~0.080

临界折射 -0.157 0 陷获折射 < -0.157 <0

2、陷获折射与大气波导

当d M /d Z <0(即d N /d Z <-0.157 m -1)时，大气呈现陷获折射条件，此时在大气中传播的在一定频率范围内的电磁波，将部分地被陷获在大气波导层内传播[3]。

由式（2.6）（2.7）可知，大气折射指数垂直梯度dN/dZ 或大气修正折射指数垂直梯度dM/dZ 与大气温度、压强、湿度垂直梯度相关。由于大气波导的存在条件是d M /d Z <0，而式（2.6）中?P /?Z <0，即第二项为负值项，所以当?T /?Z >0且?e /?Z <0，或者当?T /?Z 和?e /?Z 两项的综合贡献为负值且数值较大时，才有可能满足条件d M /d Z <0，产生大气波导。

2.2 抛物方程（PE ）模型

1、抛物方程方法的推导

PE 方法是一种忽略电波后向传播，从而将Helmholtz 方程近似为抛物线方程的计算方法。假设在推导过程中时谐因子取为e -jwt ，在直角坐标系中，二维空间波ψ( x , z )满足Helmholtz 方程[6]，即： 0222222=+??+??ψψψn k z x （2.8） 式中，k =2π/λ为真空中的波数，λ为波长，n 为介质的折射率，x 为沿表面的水平距离，z 为距离表面的高度。沿x 轴正向传播的波函数为),(),(z x e z x u jkx ψ-=，代入式（2.8），根据近轴条件x u jk x u ??<

2、分步傅里叶变换（SSFT ）

目前，PE 的数值解法主要有分步傅立叶变换方法（SSFT ）、隐式有限差分法（IFD ）和有限元方法（FEM ）。相对于后两种方法，SSFT 在计算大场景、远距离、低仰角的对流层电波传播问题上具有计算方便（特别是当大气折射率随传播距离和高度变化时）、误差小和计算效率高的优点，因此成为计算对流层电波传播衰减的主要方法[7]。

SSFT 的主要缺点是传播仰角较低，仰角大于15°时会带来较大的计算误差，因此在计算复杂地形及大气环境下电波传播问题时，难以得到准确的解。

抛物方程在x +△x 处的分步傅里叶解为：

)]},([)]2/({ex p[]2/)1(ex p[),(0212z x u F k xp j F x n jk z x x u ???-=?+- （2.10） 式中，p =k sin θ，θ为掠入射角；F ，F -1分别表示傅立叶正变换和傅立叶逆变换；△x 为

水平方向的步长；u (x 0,z )为初始场分布。

3、粗糙海面的阻抗边界条件

PE 必须在一定的初始条件和边界条件下才能求得定解，对于窄角PE 的初始场可以通过对发射天线的方向图函数进行傅里叶变换来求得，粗糙海面的阻抗边界可采用以下的阻抗边界条件来描述： 0),()

,(00=+??==z z z x u z z x u α

（2.11）

其中α为表面阻抗系数，其计算式为： r r jk Γ+Γ-=11sin θα （2.12）

使用Miller-Brown 模型计算有效反射系数为Γr =ρΓ，Γ为光滑海面的反射系数，ρ是粗糙度修正因子，即：

??θ?ρd )()sin 2ex p(-?+∞∞-=P jk （2.13）

其中P (ζ)为浪高服从的概率密度函数。

4、初始场设置

要完成上述步进运算，必须要知道在x = 0处的场源，即初始场。一般情况下，孔径场是不能通过直接方式得到的，但是可以由场源的远场波束方向图通过远近场互换的方法计算需要的初始场。

在近轴方向传播中，初始场的计算公式为： p e p B z u pz j d )(2),0(2?+∞∞-=πλπ （2.14）

式中B 为天线波束方向图函数。

如果要考虑海上对场的反射作用，这里还要加上镜像源，那么公式就变为： p e p B p R p B z u pz j d )]()()([2),0(2?+∞∞-?-+=πλλλπ （2.15）

式中R 为下边界的反射系数。

这样初始场的设置考虑了天线的波束宽度、频率、高度、发射仰角等重要实际参数。考虑到边界条件对初始场的影响，可以获得比较符合实际的仿真预测结果。

5、电波传播损耗

抛物方程方法的结算结果通常是以传播损耗的形式表达的。传播损耗定义为发射天线的辐射功率与接收天线的输出功率之比，通常用L 表示，单位为dB 。

)/lg(10r i P P L = （2.16） 传播损耗通常包括自由空间的传播损耗和由于媒质的传输损耗。根据电波传播理论，传播损耗还可表示为：

A L L bf -= （2.17） 式中，L bf 为自由空间传播损耗，即：

r f L bf lg 20lg 2045.32++= （2.18） 其中r 为发射天线和接收天线之间的距离，单位是km ，f 为频率，单位是MHz 。A 为传播因子，基于PE 模型，蒸发波导环境中的电波衰减因子A 可表示为： )),(lg(20lg 200z x u x E E A == （2.19）

3 MATLAB 电波传播仿真

为模拟电波在大尺度复杂大气和地形环境下的传播，研究其传播特性，基于抛物方程模型，以MATLAB 为开发平台，设计并实现了电波传播的模拟系统。该系统包含对大气和海面的建模及以抛物方程为算法的步进计算，最终输出指定计算区域的电波传播损耗值。

3.1 MATLAB 程序流程图

当使用抛物方程模型对电波传播建模时，按照功能将整个模型封装为PE 初始化模块和PE 步进计算模块两部分。其中PE 初始化模块完成外部输入数的传入和检查，以及核心PE 变量的初始化和计算工作；PE 步进计算模块完成PE 的步进求解工作。

具体流程如图3.1所示。

A.网格划分：单位波长划分20个网格，同时确定仿真频率、极化方式；

B.设置海水的相对介电常数及磁导率：εr =70 F/m ，σ=5 S/m ；

C.设置初始场：天线高25米、半功率波束宽度为15°、激励源为高斯波、俯仰角、极化方式、功率、反射系数；

D.设置大气折射率：导入标准大气及大气波导条件下，大气折射率在水平及竖直方向变化的实测数据；

图3.1 MA TLAB 程序流程图

E.求解传播因子：计算窄角条件下的传播因子；

F.设置边界条件：标准阻抗边界条件；

G.SSFT 计算电波传播场强：分步傅里叶变换求解场强；

H.仿真结果可视化：传播损耗、传播因子、大气折射指数可视化。

3.2 抛物方程模型可行性验证

为了说明 PE 模型计算蒸发波导中电波传播损耗时的可行性，下面通过仿真对比分析了几何光学双射线模型和PE 模型计算电波在标准大气中的传播损耗因子。双射线模型不仅考虑了直射波的影响，同时还考虑了海面反射波的影响，模型如图3.2所示。模型的传播因子表达式为：

|1|r jk e A ?-?Γ+-= （3.1） 式中，Γ为反射系数，k 为自由空间波数，△r 为直射波和反射波的波程差。

图3.1 双射线模型

图3.2和图3.3分别对比了电波为3 GHz和5 GHz时PE模型和双射线模型的传播因子，通过对比可以看出两种模型的传播因子吻合的都比较好，从而验证了PE模型计算电波传播损耗时的可靠性。

图3.2 发射源频率为3 GHz时PE模型和双射线模型计算的结果

图3.3 发射源频率为5 GHz时PE模型和双射线模型计算的结果

3.3 100m大气波导模型仿真

设置激励源频率为5GHz、水平极化、高斯波形、天线高25m、仰角为0°，100m 大气波导修正折射指数与高度的曲线如图3.4所示。

图3.4 100m大气波导修正折射指数

图3.5为5GHz的电波在标准大气中及大气波导高度为100 m时电波传播损耗的仿真图，由图3.5可以看出电磁波在大气波导中的损耗值明显小于在自由空间中的损耗值。

（a）

（b）

（c）

（d）

图3.5 标准大气环境（a、c）及100m大气波导环境下电波的传播损耗

3.4 100-150m大气波导模型仿真

设置激励源频率为5GHz、水平极化、高斯波形、天线高25m、仰角为0°，100-150m 大气波导修正折射指数与高度的曲线如图3.6所示。

图3.6 100-150m大气波导修正折射指数

图3.7为5GHz的电波在100-150 m大气波导环境下电波传播损耗的仿真图，将图3.7与图3.6中100m大气波导环境下电波传播损耗相比，可以看出随着大气波导高度的增加，传播相同距离处的传播损耗值减小，即水平传播距离增加。

（a）

（b）

图3.7 100-150m大气波导环境下电波的传播损耗

PE模型可以很好的预测电波传播损耗，与几何光学双射线模型对比表明，两者具有很好的一致性，且PE模型可以克服双射线模型在预测大气波导等复杂电波传播环境下的不足，得到了很好的应用。仿真分析表明当蒸发波导存在时电波传播损耗值会减少，这有利于电波的远距离传播以及雷达的超视距探测，具有很好的军事价值[8][9]。

4 大气波导的影响及应用

1、大气波导对电波传播的影响

当电波在边界层大气中形成波导传播时，大气波导对其产生的影响主要表现在两个

方面：一是增加传播的距离，二是增加电场强度。由于波导层使得电波来回不断反射，增加了其传播路径中的电场强度，从而使其能量衰减得以大大减缓，因此可使电波波在波导层内进行超长距离传播。通常电波波导传播距离可数倍于其正常的传播距离[9]。

2、大气波导可增加雷达测距、测角、测速的误差

由于大气波导是一种极端的超折射现象，因此其引起的雷达测距、测角、测速的误差比一般折射条件所引起的误差要大很多。在一般折射条件下，雷达的测距误差一般不大于116 m。当存在大气波导且雷达波形成波导传播时，所探测到的目标物的视在距离与实际距离相差甚远，有时可达数十公里至一、二百公里。

由大气折射引起的雷达测角误差为目标的视在仰角与实际仰角之差，当存在大气波导且雷达波形成波导传播时，所探测到的目标物经常会是水平方向很远以外的目标，此时，考虑到地球曲率的影响，目标物的实际仰角应是一个负值，所以大气波导大大增加了雷达测角误差。

大气折射也可引起雷达测速误差。当存在大气波导且雷达波形成波导传播时，按多普勒频移原理测定的目标物径向速度误差同样会因波导传播特性而被放大很多。

3、大气波导可使雷达实现超视距探测和超视距接收

一般雷达的正常探测距离为数十公里范围，但当存在大气波导时，雷达的探测能力可大大提高，往往可探测到数百公里范围内的目标，这就是雷达的超视距探测。对于主动雷达，大气波导条件可使其实现超视距探测，而对于被动雷达，大气波导条件同样可使其实现超视距接收[9]。

5 结论

抛物方程方法与分步傅里叶方法相结合应用，是一种处理海上电波传播问题的有效工具，有助于对电波传播问题的深入分析和研究，对于海上大气波导中的电波传播计算具有良好的准确性。当大气压强、水汽压、温度满足一定条件时，电磁波发生陷获折射，被陷获在波导层内形成波导传播，大气波导层内电波的传播损耗减小，电波传播距离增加。大气波导可增加雷达测距、测角、测速的误差，增强雷达杂波，可使雷达实现超视距探测和接收，并使雷达出现大面积探测盲区。

参考文献

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2012,45(01):7-10.

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[6] 闻映红.天线与电波传播理论[M].北京:清华大学出版社,2007.

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[8] 吴志忠.移动通信无线电波传播[M].北京:人民邮电出版社,2002.

[9] 赵小龙,黄际英,王海华.蒸发波导环境中的雷达探测性能分析[J].电波科学学报,2005,21(06):891-894.

大气波导效应对LTE网络的影响

大气波导效应与解决方案

1 前言 对于时分双工模式（TDD）系统，要求基站保持严格的时间同步。不同基站之间的时间同步包括帧头同步和上下行转换同步。传统的同频干扰可以通过优化频点配置、干扰白噪化、功率控制、干扰协调、波束赋型等方式来对抗。同时，由于TDD系统的上行和下行传输共享同样的频率，TDD系统中除存在传统的小区间的干扰外，还存在远端基站的下行信号干扰目标小区上行信号的情形。 TDD系统的远距离同频干扰发生在相距很远的基站间。随着传播距离的增加，远端发射源的信号经过传播延迟到达近端同频的目标基站后，可能会进入目标基站的其他传输时隙，从而影响近端目标系统的正常工作，如图1所示。由于基站的发射功率远大于终端的发射功率，因此远距离同频干扰主要表现为远端小区下行信号干扰近端目标基站的上行接收。 2 成因分析 产生远距离同频干扰，必然是发生了超过保护间隔以上的超远距离传输。商用的TDD系统，如SCDMA（大灵通）和TD-SCDMA均已证实远距离同频干扰的存在性。远距离同频干扰的发生与信号传输环境和基站高度等有关。 2.1 主要因素 在“低空大气波导”效应下，电磁波好像在波导中传播一样，传播损耗很小（近似于自由空间传播），可以绕过地平面，实现超视距传输。当远处基站达到一定的基站高度级别时，在存在“低空大气波导”现象的情况下，远处基站的大功率

下行信号可以产生远距离传输到达近处基站。由于远距离传输时间超过TDD系统的上下行保护间隔，远处基站的下行信号在近处基站的接收时隙被近处基站收到，从而干扰了近处基站的上行接收，产生TDD系统的远距离同频干扰。 大气波导是一种特殊天气下形成的大气对电磁波折射效应，各地分布不同：南海地区春秋冬季出现较多；东部沿海夏秋季出现较多；西北地区春秋冬季出现较多。我国东南部波导出现傍晚多于早上，西北地区则是早上多于晚上。 2.2 辅助因素 基站的发射天线与接收天线高度要求高于周围的建筑物，否则信号很容易被建筑物阻挡。当天线高度足够高时，远端基站下行信号在“抵抗大气波导”效应下可能会发生超远传输，干扰近端的上行信号。 由于基站发射功率高，终端发射功率低，因此只有基站发射的下行信号，才有可能经过远距离传输后，干扰近端上行。由于终端发射功率较低，经过远距离传输后，不会对近端基站上行信号产生干扰。经过远距离传输后，远处基站发射功率对近端基站的下行干扰也可以忽略。 3 TDD商用系统干扰实例及解决方案参考 商用的SCDMA系统和TD-SCDMA系统针对远距离同频干扰采取了相应的对抗措施，对TD-LTE系统对抗干扰具有参考意义。

第4章-电磁波的传播

第四章 电磁波的传播 1.考虑两列振幅、偏振方向相同、频率分别为ωωd +和ωωd -的线偏振平面波，沿z 轴方向传播。 (a)求合成波，证明波振幅非常数，而是一个波；(b)求合成波的相位传播速度和振幅传播速度。 解：设两列波的电场表达式分别为：)cos()(),(1101t z k t ω-=x E x E ；)cos()(),(2202t z k t ω-=x E x E 则，合成波为12 12 12 12 120(,)(,)2()cos( )cos( )2 2 2 2 k k k k t t z t z t ωωωω++--=+=- - E E x E x E x 其中dk k k +=1，dk k k -=2；ωωωd +=1，ωωωd -=2 所以002()cos()cos(d d )2()exp[()]cos(d d )kz t k z t i kz t k z t ωωωω=-?-?=-?-?E E x E x 相速由t kz ωφ-=确定：d d p z v t k ω = = ；群速由t d z dk ?-?=ωφ'确定，d d d d g z v t k ω= = 2.平面电磁波以=θ45°从真空入射到2=r ε的介质，电场垂直于入射面，求反射系数和折射系数。 解：根据折射定律 222111 sin sin " n μεθθμε= =,可得：30 θ''=o 据菲涅耳公式得:2 1212cos cos "23cos cos "23 R εθεθεθεθ? ?--== ? ?+ +? ? ,23123 T R =-=+ 3.可见平面光波由水入射到空气，入射角为60°，证明这时将会发生全反射，并求折射波沿表面传 播的相速度和透入空气的深度。该波在空气中的波长为501028.6-?=λcm ，水的折射率为n =1.33。 解：由折射定律得，临界角1arcsin 48.75601.33c θθ?? ==?<=? ??? ，所以，将会发生全反射。 由于sin 90sin x k k θ''=o ，所以折射波相速度3sin sin sin 2 p x v c v c k k n ωωθ θ θ ''== = = = ''水 透入空气的深度为15 1 2 2 21 1.710 2sin n λκπ θ--= ≈?-cm 4.频率为ω的电磁波在各向异性介质中传播时，若H B D E ,,,仍按)(t i e ω-?x k 变化，但D 不再与E 平行。 (a)证明0=?=?=?=?E B D B D k B k ，但一般0≠?E k ; (b)证明2 2 [()] k ωμ -?= E k E k D ; (c)证明能流S 与波矢k 一般不在同一方向上。 证明：(a)由0??=B ，得：0) (0)(0=?=?=??=??-?-?B k B k B B x k x k i e i e t i t i ωω，0=?∴B k ，可知：B k ⊥ 由()()000i t i t e i e i ωω?-?-????=?=?=k x k x D =D k D k B 得：0=?D k ，可知：⊥k D 由D H k H H x k ωωi i e t i -=?=??=??-?0)(][，得() 0ωμ ???=-=B k B B D ，可知：B D ⊥ 由B E k E E x k ωωi i e t i -=?=??=??-?0)(][，得()0ω ???= =k E E B E ，可知：B E ⊥ 易知D E k ,,共直于B 的面，又D k ⊥，所以，当且仅当D E //时，k E ⊥。所以，一般0≠?E k 。 (b)2 2 2 () ()k ωμωμ ??-?=- = k k E E k E k D (c)由于ωμ ?= k E H ，2 () ()E ωμωμ ??-?=?= = E k E k k E E S E H 由于一般情况下0≠?E k ，所以能流S 与波矢k 一般不在同一方向上。 5.有两个频率和振幅都相等的单色平面波沿z 轴传播，一个波沿x 方向偏振，另一个沿 y 方向偏振，

大气波导干扰问题分析

大气波导干扰问题分析 1、概述 在一定的气象条件下，在大气边界层尤其是在近地层中传播的电磁波，受大气折射的影响，其传播轨迹弯向地面，当曲率超过地球表面曲率时，电磁波会部分地被陷获在一定厚度的大气薄层内，就像电磁波在金属波导管中传播一样，这种现象称为电磁波的大气波导传播，形成的大气薄层称为大气波导层，目前天津大气波导主要影响郊县区域的F频段，一般出现凌晨和上午。 经验证，在F频段站点存在大气波导干扰时，“大气波导启动开关”可有效降低接通、掉线指标恶化程度，提升用户感知，要配合上行频选功能使用，开的话改为上行PRB随机化[6]，开启三天MR的时候改为RB位置子带分配（频选）[1]。 2、大气波导干扰规律 1、干扰范围 远距离同频干扰影响范围较大，农村及城郊受影响小区明显多于市区，干扰扇区具有明显的方向性，干扰小区会随着时间的推移逐渐流动 2、时间规律 干扰发生在晚12点至次日上午9点之间，9点之后自动消失；一般在晴朗有风的时候容易出现 3、指标影响 在大面积干扰出现时段，无线接通率和切换成功率明显降低，无线掉线率明显升高 4、干扰频段 大气波导主要影响F频段，在大气波导较为严重的时候，D频段也会受轻微的影响

由以上两图看出， 当出现大气波导干扰时，对3大指标均有不同程度的恶化且严重降低了用户感知。 3、干扰小区分布情况 天津市内大气波导干扰小区主要分布在环外区域，例如武清、北辰、静海、宁河等区域下图为2017年1月4日大气波导干扰小区分布图，受干扰小区基本集中在郊县区域 4、大气波导特征 TDD无线通信系统中，在某种特定的气候、地形、环境条件下，远端基站下行时隙传输距离超过TDD系统上下行保护时隙（GP）的保护距离，干扰到了本地基站上行时隙。这就是

LTE大气波导干扰缓解之特殊子帧配比回退方法外场测试规范(一阶段) -

LTE大气波导干扰缓解之特殊子帧配比回退方案外场测试规范(一阶段) 版本号：

目录

前言 近期以江苏为代表的多个省份F频段LTE小区经常受到大范围上行强干扰,综合考虑基站检测得到的干扰信号时域频域特征、频谱仪扫频结果、干扰发生的时间规律以及和全球波导预警信息的匹配程度，认为所受干扰为远端基站下行信号经大气波导远距离低损耗传输后对近端基站上行产生的干扰，即大气波导干扰。 大气波导干扰可大幅抬升上行底噪，严重影响KPI和用户体验，甚至引发断服情况。为减轻大气波导干扰造成的影响,可将F频段LTE小区特殊子帧配比由9:3:2回退为3:9:2。由于增大了下行与上行间的保护间隔（GuardPeriod,GP），理论分析可避免对220公里（信号传播距离）范围内的基站造成干扰。 考虑现网急迫程度和产业支持情况，特殊子帧配比回退方案的测试验证分两阶段进行： 第一阶段，集团网络部统一组织相关省公司固定将LTE小区的特殊子帧配比由9:3:2修改为3:9:2。 第二阶段，LTE基站根据上行干扰检测和特征序列检测情况，自适应的进行特殊子帧配比调整，在大气波导干扰发生时回退为3:9:2，在大气波导干扰消失时恢复为9:3:2。

范围 本标准规定了LTE大气波导干扰缓解之特殊子帧配比回退方案外场一阶段测试的测试步骤与测试方法，规定了测试需要输出的数据及结果，用于评估验证特殊子帧配比回退方案的效果。 术语、定义和缩略语 下列术语、定义和缩略语适用于本标准： 表2-1术语、定义和缩略语列表

测试环境 测试环境 参与测试的江苏、安徽、河南三省所有LTEF频段小区。 每省至少选择一个易受大气波导干扰且干扰程度较严重的LTEF 频段楼面站。江苏因全网已改为3:9:2，应选择主要干扰源方向为省外的站点，安徽、河南应选择主要干扰源方向为省内的站点。 配合测试设备 每省至少一台便携式频谱仪，用于从时域信号查看GP、UpPTS和上行子帧各符号的受扰情况 测试用例 特殊子帧配比回退效果全网定性分析

矩形波导中电磁波的传播模式

矩形波导中电磁波的传播模式 [摘要] 人类进入21世纪的信息时代，电子与信息科学技术在飞速发 展，要求人们制造各种高科技的仪器。在电磁学领域，能约束或引导电磁波能量定向传输的传输线或装置是导波系统。．矩形波导适用于频率较高的频段，但当频率足够高的时候，可以使多个波导模式同时工作， 所以我们有必要对波导中的电磁波传播模式参数进行研究 关键词：矩形波导 TM 波 TE 波 矩形波导由良导体制作而成，一般为了提高导电性能和抗腐蚀性能，在波导内壁镀上一层高电导率的金或银， 它是最常见的波导，许多波导元件都是由矩形波导构成的。为了简化分析，在讨论中我们将波导的良导电体壁近似为理想导电壁。由前面的讨论我们知道，矩形波导中不能传输TEM 波，只能传输TE 波和TM 波。设矩形波导宽为a,高为b,（a>b ）沿Z 轴放置，如图（1）所示。下面分别求解矩形波导中传输的TE 波和TM 波。 1TM 波 对于TM 波，z z E H ,0=可以表示为; z jk z z e y x E z y x E -=),(),,(0 (1) 式中),(0y x E 满足齐次亥姆霍兹方程，故有 0),(),(02 02 =+?y x E k y x E c (2) 采用分离变量法解此方程，在直角坐标系中，令 ) ()(),(0y Y x X y x E = (3)

0)()(2 ''=+x X k x X x 将（3）式代入（2）式中，并在等式两边同除以)()(y Y x X 得： 0) ()()()(2 ''''=++c k y Y y Y x X x X (4) 上式中第一项仅是X 的函数，第二项仅是Y 的函数，第三项是与X 、Y 无关的常数，要使上式对任何X 、Y 都成立，第一和第二项也应分别是常数，记为： 2 ''2 '') ()()()(y x k y Y y Y k x X x X -=-= 这样就得到两个常微分议程和3个常数所满足的方程： (5) 0)()(2 ''=+y Y k y Y y (6) 222y x c k k k += (7) 常微分方程（5）和（6）的通解为 )sin()cos()(21x k C x k C x Y x x += (8) )sin()cos()(43y k C y k C y Y y y += (9) 将（8）式和（9）式代入（3）式，再代入（1）式，就得到z E 的通解为 [][] z jk y y x x z z e y k C y k C x k C x k C z y x E -++=)sin()cos()sin()cos(),,(4321 由矩形波导理想导电壁的边界条件0=E ，确定上式中的几个常数，在4个理想导电壁上，z E 是切向分量，因此有： （1） 在0=X 的波导壁上，由0),,0(==z y x E z 得01=C ； （2） 在0=Y 的波导壁上，由0),0,(==z y x E z 得03=C ； （3） 在a X =的波导壁上，要使0),,(==z y a x E z 有0)sin(=a k x ，从而必须有 πm a k x =，其中 3,2.,1=m 为整数，由此得 a m k x π = （10） （4）在b X =的波导壁上，要使0),,(==z b y x E z 有，0)sin(=b k y 从而必定有πn b k y =，其中 3,2.,1=n 也为整数，由此得

大气波导对5G影响研究

大气波导对5G影响研究 1、导语 随着5G网络基站规模的逐渐扩大，以及5G终端渗透率的增加。5G网络下的干扰研究势必成为未来研究的热点话题。本文对5G网络2.6GHz 频段下的大气波导干扰成因进行了深入理论分析，并给出了切实可行的干扰解决办法，进而从根本上解决大气波导对5G网络的影响。 2、研究背景 在一定的气象条件下，比如当大气中某些区域的层结(温度与湿度随高度的分布状况)满足一定条件时，在大气边界层尤其是在近地层中传播的电磁波，受大气折射的影响其传播轨迹弯向地面，电磁波就会部分的传播在一定厚度的大气薄层内，这种现象称为电磁波的大气波导传播。低空大气波导的出现，可使电磁波以较小的损耗沿大气波导传播，所以会对通信系统和探测系统造成严重影响。大气波导对无线电波的影响主要表现在两个方面：一是增加传播的距离，二是增加电场强度。由于波导层使得无线电波来回不断反射，增加了其传播路径中的电场强度，从而使其能量衰减大大减缓，因此可使无线电波在波导层进行超长距离传播。大气波导传播示意图如图1所示。

图1 大气波导传播示意图 海南省海口市TD-LTE网络长期受大气波导干扰，主要受到来自广东湛江以及广西北海的TD-LTE网络F频段和D频段产生的时隙交叉干扰，大气波导干扰出现期间对用户业务感知严重恶化，具体情况如1所示。 表1 海口受干扰小区数量（红色字体表示受大气波导干扰小区数量） 3 、2.6GHz频段大气波导形成的条件 边界层大气中的电磁波若要形成波导传播必须满足4个基本条件。（1）近地层或边界层某一高度处必须存在大气波导。 （2）电磁波的波长必须小于最大陷获波长。

（3）电磁波发射源必须位于大气波导层内。对于抬升波导，有时电磁波发射源位于波导底下方时也可形成波导传播，但此时发射源必须距波导底不远，并且波导强度必须非常强。 （4）电磁波的发射仰角必须小于某一临界仰角。根据理论分析最容易受波导影响而形成波导传播的是分米波(电磁波长10~100cm,频率0.3~3GHz)和厘米波(电磁波长1~10cm,频率3~30GHz)。 如图2所示，目前中国移动使用5G网络的2.6GHz频段 2515~2615MHz正好和4G网络2.6GHz频段部分重叠，且属于易容易形成波导的频段。鉴于当前4G网络的2.6GHz频段受扰情况，未来大规模5G网络组网后不可避免的产生大气波导干扰。 图2 5G和LTE频段配置 4 、大气波导对5G网络干扰分析

电磁波的传播

实验二电磁波的传播 实验目的： 1、掌握时变电磁场电磁波的传播特性； 2、熟悉入射波、反射波和合成波在不同时刻的波形特点； 3、理解电磁波的极化概念，熟悉三种极化形式的空间特点。 实验原理： 平面电磁波的极化是指电磁波传播时，空间某点电场强度矢量E随时间变化的规律。若E的末端总在一条直线上周期性变化，称为线极化波；若E末端的轨迹是圆（或椭圆），称为圆（或椭圆）极化波。若圆运动轨迹与波的传播方向符合右手（或左手）螺旋规则时，则称为右旋（或左旋）圆极化波。线极化波、圆极化波和椭圆极化波都可由两个同频率的正交线极化波组合而成。 实验步骤： 1、电磁波的传播 （1）建立电磁波传播的数学模型 （2）利用matlab软件进行仿真 （3）观察并分析仿真图中电磁波随时间的传播规律 2、入射波、反射波和合成波 （1）建立入射波、反射波和合成波的数学模型 （2）利用matlab软件进行仿真 （3）观察并分析仿真图中三种波形在不同时刻的特点和关系 3、电磁波的极化 （1）建立线极化、圆极化和椭圆极化的数学模型 （2）利用matlab软件进行仿真 （3）观察并分析仿真图中三种极化形式的空间特性 实验报告要求： （1）抓仿真程序结果图 （2）理论分析与讨论

1、电磁波的传播 clear all w=6*pi*10^9; z=0::; c=3*10^8; k=w/c; n=5; rand('state',3) for t=0:pi/(w*4):(n*pi/(w*4)) d=t/(pi/(w*4)); x=cos(w*t-k*z); plot(z,x,'color',[rand,rand,rand]) hold on end title(‘电磁波在不同时刻的波形’) 由图形可得出该图形为无耗煤质中传播的均匀电磁波，它具有以下特点：（1）在无耗煤质中电磁波传播的速度仅取决于煤质参数本身，而与其他因素无关。 （2）均匀平面电磁波在无耗煤质中以恒定的速度无衰减的传播，在自由空间中其行进速度等于光速。 2、入射波、反射波、合成波 （1）axis equal; n=0;%改变n值得到不同时刻的电磁波状态z=0:*pi:10*pi; t=n*pi; B=cos(z-t/4); FB=cos(z+t/4); h=B+FB; plot(z,B,'r',z,FB,'b',z,h,'d'); legend('入射波','反射波','合成波'); axis([0 10 ]); （2）axis equal; n=1/4；;%改变n值得到不同时刻的电磁波状态 z=0:*pi:10*pi; t=n*pi; B=cos(z-t/4); FB=cos(z+t/4); h=B+FB; plot(z,B,'r',z,FB,'b',z,h,'d'); legend('入射波','反射波','合成波'); 电磁波在不同时刻的波形

无线电波传播模型与覆盖预测

无线电波传播模型 与 覆盖预测 河北全通通信有限责任公司 工程部网络服务组 二0 0二年四月二十日

第一节无线传播理论 1.1 无线传播基本原理 在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。 众所周知，无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直达波或自由空间波、地波或表面波、对流层反射波、电离层波。如图1-1所示。就电波传播而言，发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。自由空间指该区域是各向同性（沿各个轴特性一样）且同类（均匀结构）。自由空间波的其他名字有直达波或视距波。如图1-1（a），直达波沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信。另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），见图1-1（b）。 第二种方式是地波或表面波。地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表面波。表面波沿地球表面传播。从发射天线发出的一些能量直接到达接收机；有些能量经从地球表面反射后到达接收机；有些通过表面波到达接收机。表面波在地表面上传播，由于地面不是理想的，有些能量被地面吸收。当能量进入地面，它建立地面电流。这三种的表面波见图1-1（c）。第三种方式即对流层反射波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反射系数随高度增加而减少。这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。如图1-1（d）所示。对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。第四种方式是经电离层反射传播。当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，见图1-1（e）。这种传播用于长距离通信。除了反射，由于折射率的不均匀，电离层可产生电波散射。另外，电离层中的流星也能散射电波。同对流层一样，电离层也具有连续波动的特性，在这种波动上是随机的快速波动。蜂窝系统的无线传播利用了第二种电波传播方式。这一点将在后文中论述。 在设计蜂窝系统时研究传播有两个原因。第一，它对于计算覆盖不同小区的场强提供必要的工具。因为在大多数情况下覆盖区域从几百米到几十公里，地波传播可以在这种情况下应用。第二，它可计算邻信道和同信道干扰。 预测场强有两种方法。第一种纯理论方法，适用于分离的物体，如山和其他固体物体。但这种预测忽略了地球的不规则性。第二种基于在各种环境的测量，包括不规则地形及人为障碍，尤其是在移动通信中普遍存在的较高的频率和较低的移动天线。第三种方法是结合上述两种方法的改进模型，基于测量和使用折射定律考虑山和其他障碍物的影响。在蜂窝系统中，至少有两种传播模型，第一种是FCC建议的模型。第二种设计模型由Okumura提供，覆盖边

雷达环境与电波传播

雷达环境与电波传播 姓名 学号： 完成时间：2012年9月28日

摘要：本文在引言部分简要阐述了雷达环境对雷达系统的关系，即随着雷达系统的灵敏度的提高提高会加重对雷达环境的重视，而且雷达电波的传播也受到了雷达环境的影响，为了使其更好地传播有必要研究二者关系。 在第二部分先是介绍了电波环境，电波环境分别包括地面、对流层、平流层（含中层）、电离层和磁层，并简介了各层的特征。此外第二部分还简述了不同的雷达环境对传播特性的影响，包括折射效应，衰减效应，色散效应，闪烁效应，杂波，多径效应，去极化效应，干扰与外噪声。 在第三部分介绍了一种方法叫做折射误差修正，该种方法可以减少折射现象对传播特性的影响。 关键词：电波环境；雷达电波；传播特性；折射误差 一、引言 因为电波环境不是武器系统的一个具体部件所以长期被人们忽略。对环境的掌握可以使信息系统处于领先地位的重要性，是知道20世纪80年代才被人们逐渐认识的。 雷达系统是在一定环境下运转的。电波环境是环境的重要组成部分。电波环境与雷达系统的关系是一种相互依存关系，对雷达系统性能既有抑制作用，又有相辅作用。电波环境虽然不是具体的装备系统的一个具体部件，但他它在系统设计和运转中起着重要作用。由于器件设计技术和信号处理技术的飞速发展，雷达系统整体水平有了很大提高。随着系统灵敏度和精度的提高，系统受自然环境条件的影响也就越大，对电波环境信息依赖性的精度也就越大。 雷达系统发射的雷达电波在空间会以各种频率传播，而每种频率的雷达电波的传播特性都会受到雷达环境的影响，为了减少传播电波环境对传播特性的影响必须首先研究环境对特性的具体影响。 二、雷达环境对雷达性能的影响 雷达工作环境根据大气电波特性可以划分为若干层区，下面给出各层区的特征，并简要介绍各层区对雷达性能的影响。 （一）雷达环境各区域特征 我们把地面直到1000km以上的整个近地空间作为雷达环境，按照海拔的从底到高依次为地面、对流层、平流层（含中层）、电离层和磁层。各区域环境特征如下。 1地面 地面、海面以及地海交界环境特征是地球表面不均匀性、电气特性不均匀性和复杂的地形地貌，它们都严重影响雷达无线电波传播。 2对流层

电动力学_郭芳侠_电磁波的传播

第四章 电磁波的传播 1.电磁波波动方程222 2 2222110,0E B E B c t c t ???-=?-=??,只有在下列那种情况下成 立 A ．均匀介质 B.真空中 C.导体内 D. 等离子体中 2.电磁波在金属中的穿透深度 A ．电磁波频率越高,穿透深度越深 B.导体导电性能越好, 穿透深度越深 C. 电磁波频率越高,穿透深度越浅 D. 穿透深度与频率无关 答案： C 3.能够在理想波导中传播的电磁波具有下列特征 A ．有一个由波导尺寸决定的最低频率,且频率具有不连续性 B. 频率是连续的 C. 最终会衰减为零 D. 低于截至频率的波才能通过. 答案：A 4.绝缘介质中，平面电磁波电场与磁场的位相差为 A ．4π B.π C.0 D. 2π 答案：C 5.下列那种波不能在矩形波导中存在 A ． 10TE B. 11TM C. m n TEM D. 01TE 答案：C 6.平面电磁波E 、B 、k 三个矢量的方向关系是 A ． B E ?沿矢量k 方向 B. E B ?沿矢量k 方向 C.B E ?的方向垂直于k D. k E ?的方向沿矢量B 的方向 答案：A 7.矩形波导管尺寸为b a ? ,若b a >,则最低截止频率为 A ． μεπa B. μεπ b C. b a 11+μεπ D. a 2 με π 答案：A 8．亥姆霍兹方程220,(0)E k E E ?+=??=对下列那种情况成立 A ．真空中的一般电磁波 B. 自由空间中频率一定的电磁波 C. 自由空间中频率一定的简谐电磁波 D. 介质中的一般电磁波 答案：C 9.矩形波导管尺寸为b a ? ,若b a >,则最低截止频率为

第四章电磁波的传播

第四章 电磁波的传播 §4.1 平面电磁波 1、电磁场的波动方程 （1）真空中 在0=ρ，0=J 的自由空间中，电磁强度E 和磁场强度H 满足波动方程 012222=??-?t E c E （4.1.1） 012 222=??-?t H c H （4.1.2） 式中 80 010997925.21 ?== μεc 米/秒 （4.1.3） 是光在真空中的速度。 （2）介质中 当电磁波在介质内传播时，介质的介电常数ε和磁导率μ一般地都随电磁波 的频率变化，这种现象叫色散。这时没有E 和H 的一般波动方程，仅在单色波 （频率为ω）的情况下才有 012222=??-?t E v E （4.1.4） 012 222=??-?t H v H （4.1.5） 式中

()()() ωμωεω1 = v （4.1.6） 是频率ω的函数。 2、亥姆霍兹方程 在各向同性的均匀介质内，假设0=ρ，0=J ，则对于单色波有 ()()t i e r E t r E ω-= , （4.1.7） ()()t i e r H t r H ω-= , （4.1.8） 这时麦克斯韦方程组可化为 () εμω ==+?k E k E , 02 2 （4.1.9） 0=??E （4.1.10） E i H ??-=μω （4.1.11） （4.1.9）式称为亥姆霍兹方程。由于导出该方程时用到了0=??E 的条件，因此，亥姆霍兹方程的解只有满足0=??E 时，才是麦克斯韦方程的解。 3、单色平面波 亥姆霍兹方程的最简单解是单色平面波 ()()t r k i e E t r E ω-?= 0, （4.1.12） ()()t r k i e H t r H ω-?= 0, （4.1.13） 式中k 为波矢量，其值为 λ π εμω2= =k （4.1.14） 平面波在介质中的相速度为 εμ ω 1 = = k v P （4.1.15） 式中ε和μ一般是频率ω的函数。

大气波导与微波超视距雷达

以大气电离层为“反射镜”，工作于高频(High Frequency, HF) 波段的OTH-B 天波超视距雷达的典型探测半径可达1800 海里(e.g. MD 空军的AN/FPS-118)，但天线阵体型过于庞大，尺度以千米计，无法安装于机动式武器-传感器平台(如水面战舰) 之上。

MD 海军AN/TPS-71 ROTHR (Relocatable Over-the-Horizon Radar) “可再部署型” 天波超视距雷达。 地波超视距雷达的典型探测半径为180 海里(绿色)，庞大的HF 天线阵同样无法应用于水面战舰等空间紧的机动平台。由于工作波长达数十米，高频超视距雷达的分辨率相当糟糕，且很难捕捉到小尺寸目标(如反舰导弹)。

高频超视距雷达的性能缺陷十分明显，空中预警平台成本则高昂，数量有限，且要伴随舰队长时间远洋活动须获得大型CATOBAR 航母的支持，舰载微波超视距雷达的吸引力不言而喻。无线电波在大气中传播的速度接近，但不等于其在真空中的传播速度。随着大气温度，湿度，压强的变化，无线电波传播速度相应改变，大气对无线电波的折射率也就发生变化。接近地球表面的大气折射率为 1.000250 至 1.000400，变化幅度看似微小，却足以引起无线电传播路径的弯曲。通常情况下大气折射率随着海拔升高而逐渐降低，造成无线电传播路径向下方弯曲(见上图)。理想大气条件下这一折射作用的效果是使雷达地平线/水天线的距离比光学地平线/水天线高出约1/6，但如果某一高度区间大气的温度和/或湿度迅速变化，则可导致其无线电传播路径的弯曲度超过地球曲率，令雷达波束折向地面/水面方向，从而实现超视距探索。 n = 大气折射率，数值为光速/大气中的无线电传播速度 p = 干燥空气压强 T = 大气绝对温度 es = 大气中的水蒸气分压 通常所谓利用大气散射实现微波雷达超视距探测的说法实际上是错误的。由大气构成不均一导致的对流散射(下) 虽能够有效地扩展微波通讯的覆盖半径，却因反射信号强度大幅度下降且传播路径无法确定而难以用于雷达探测(被动电子侦察手段却可利用散射信号推算发射源方位，不过这也是十分耗时费力的工作)。真正的微波超视距雷达所依赖的，是由折射率迅速变化的气层提供的大气波导通道(上)。

LTE大气波导干扰缓解之特殊子帧配比回退方案外场测试规范 -

L T E大气波导干扰缓解之特殊子帧配比回退方案外场测试规范-V2(总7页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除

LTE大气波导干扰缓解之特殊子帧配比回退方案外场测试规范(一阶段) 版本号：v1.0 44

目录 前言.............................................. 错误!未指定书签。 1. 范围............................................ 错误!未指定书签。 2.术语、定义和缩略语............................................................. 错误!未指定书签。 3.测试环境................................................................................. 错误!未指定书签。 3.1.测试环境................................................................... 错误!未指定书签。 3.2.配合测试设备........................................................... 错误!未指定书签。 4.测试用例................................................................................. 错误!未指定书签。 4.1.特殊子帧配比回退效果全网定性分析................... 错误!未指定书签。 4.2.特殊子帧配比回退效果局部定量分析................... 错误!未指定书签。 5.编制历史................................................................................. 错误!未指定书签。

电波传播原理资料

第一章电波传播 无线电通信，是将信息变为电信号，再调制到高频振荡上，由发射天线把已调的高频电流，以电磁波的形式发射出去。电磁波传播到接收地点时，由接收天线将它接收下来，再变成已调的高频电流，通过接收机放大、解调，取出信息，从而达到通信的目的。其工作过程如图1.1所示。 发送端电磁波接收端 一、频率、波长和波速的关系 电磁波的特性可用它的频率、波长和传播速度来表示。一般用符号? 代表频率，常用的单位是赫、千赫和兆赫；用符号λ代表波长，常用单位是米、厘米和毫米；用符号V代表波速，常用单位是公里/秒、米/秒等。 频率、波长和波速，这三个物理量之间的关系，可用公式1.1表示。 V=λ×? 1.1 电磁波在空中传播的速度近似于光在真空中传播的速度，其值为： V =3×108米/秒 1.2 所以 赫 λ λ 8 10 3? = = v f 1.3 或 米 f f v8 10 3? = = λ 1.4 在短波通信中，频率常用兆赫为单位，1兆赫=106赫，所以波长λ又可以写为：

()米 兆赫f 300=λ 1.5 无线电波频率、波长对照见表1.1 表1.1 频率波长对照表 Mc M 18.7516 19 20 21 22232425262728 29303132333435363737.5 15.5 1514.5 1413.51312.5 1211.5 11 10.5 109.5 98.58 4000 Mc M 9.3759.5 10 1112131415 16 17 1818.753231.5 3029 28 27262524232221 20`918 1716 3500 3000 2500 2000 75 80 90 100 110 120 130 140 150 Kc M 8000 37.5Kc M 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 37.5 40 45 50 55 60 65 70 75 计算公式：频率（KC ）= ()M 波长300000 ，波长（M ）= ()KC 频率300000 二、无线电波波段的划分 无线电波的频率范围很宽，根据无线电波传播的特点，二、无线电波波段的划分按工作波长的不同，一般划分为极长波、超长波、长波、中波、短波、超短波和微波等波段，其波长划分范围一般如表1.2所

电波传播的几个基本概念

电波传播的几个基本概念 目前GSM和CDMA移动通信使用的频段为： GSM：890 ~ 960 MHz，1710 ~1880 MHz CDMA: 806 ~ 896 MHz 806 ~ 960 MHz 频率范围属超短波范围； 1710 ~1880 MHz 频率范围属微波范围。 电波的频率不同，或者说波长不同，其传播特点也不完全相同，甚至很不相同 2.1自由空间通信距离方程 设发射功率为PT，发射天线增益为GT，工作频率为f . 接收功率为PR，接收天线增益为GR，收、发天线间距离为R，那么电波在无环境干扰时，传播途中的电波损耗L0 有以下表达式： L0 (dB) = 10 Lg（PT / PR ） = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) [举例] 设：PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ；f = 1910MHz 问：R = 500 m 时，PR = ？ 解答：(1) L0 (dB) 的计算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB) = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 – 7 = 78.07 (dB) （2）PR 的计算 PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 )

= 1 ( μW ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW ) # 顺便指出，1.9GHz电波在穿透一层砖墙时，大约损失(10~15) dB 极限直视距离 超短波特别是微波，频率很高，波长很短，它的地表面波衰减很快，因此不能依靠地表面波作较远距离的传播。超短波特别是微波，主要是由空间波来传播的。简单地说，空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。显然，由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离Rmax 。在最远直视距离之内的区域，习惯上称为照明区；极限直视距离Rmax 以外的区域，则称为阴影区。不言而语，利用超短波、微波进行通信时，接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax内。 受地球曲率半径的影响，极限直视距离Rmax 和发射天线与接收天线的高度HT 与HR间的关系为： Rmax ＝3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km) 考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为Rmax ＝ 4.12 { √HT (m) +√HR (m) } (km) 由于电磁波的频率远低于光波的频率，电波传播的有效直视距离Re 约为极 限直视距离Rmax 的70% ，即Re = 0.7 Rmax .

47-5G中大气波导干扰

5G中大气波导干扰现象 本文有两个缩写名词，先熟悉下： RIM Remote Interference Management（远端干扰管理） IoT interference over thermal（热干扰） 什么是大气波导现象？英文是：atmospheric ducting phenomenon 在某些天气条件下，地球大气中较高高度的低密度会导致折射率降低，使信号向地球反射。在这种情况下，信号可以在高折射率层（即大气波导）中传播，因为反射和折射是在具有低折射率材料的边界处遇到的。在这种被称为大气管道的传播模型中，无线电信号的衰减较小，并且传播的距离远大于正常的辐射范围。这一现象通常发生在内陆地区的春夏过渡期、夏秋过渡期和沿海地区的冬季。大气波导现象通常影响的频率范围在0.3ghz-30ghz之间。 在上下行链路传输方向相同的TDD网络中，使用间隙（Gap）来避免交叉链路干扰。然而，当大气波导现象发生时，无线电信号可以传播较长的距离，传播延迟超过了间隙（Gap）。在这种情况下，如下图所示，攻击者基站的下行链路信号可以传播很长的距离并且干扰远离攻击者的受害者基站的上行链路信号。这种干扰在这里被称为“远程干扰”（Remote Interference）。攻击者（Aggressor）对受害者（Victim）的距离越远，受害者的上行链路符号将受到的影响越大。 图1： TDD-LTE远端干扰 在TDD-LTE网络中，特殊子帧中的GP只有3个OFDM符号，最大保护距离是64KM。超过这个距离，远端基站的下行就会落到本地基站的上行中，所以会导致远端干扰。 当发送大气波导现象时，受干扰基站的热噪声干扰呈“倾斜”现象，如下图：

大气波导对雷达的影响研究

C ：国防科学 大气波导对雷达的影响研究 一、概述 海洋大气环境对舰载雷达、通信、电子侦察等设备有着显著的影响，其影响主要通过大气环境影响电磁波的传播而产生的，尤其是大气波导造成的电磁波异常传播对电子设备的影响尤为突出。自人类开始使用雷达时，电磁波的大气波导传播效应就已经被观测到了，早期一个著名的事例是在第二次世界大战中，位于印度孟买的一部频率为200 MHz 雷达能够发现1700英里外阿拉伯海域的目标回波（1951年6月）[1]。另一著名事例是2000年10月，俄罗斯苏-27飞机利用在美小鹰号航母上空出现的大气波导现象形成的电磁盲区孔，突防成功，对美小鹰号航母进行多次侦察拍照，而小鹰号航母编队中的警戒雷达由于大气折射作用产生的电磁盲区无法及时侦测到苏—27飞机[2]。所谓的大气波导现象是指：电磁波受大气折射的影响，传播轨迹发生弯曲，正常折射条件下电磁波在大气中是弯向地球的，当弯向地球的电磁波轨迹的曲率超过地球的曲率时，电磁波将部分陷获在地球和一定高度的大气层内传播，就如同电磁波在金属波导中传播一样。大气波导现象是普遍存在的自然现象，它的出现使部分电磁波被陷获在大气波导中，电磁波在波导内的传播衰减明显减小，从而使主动雷达探测范围和被动雷达截获范围明显增大，同时也造成了雷达测量误差的增加。研究大气波导对电子装备的影响及其在作战中的应用是非常必要的，尤其是在现代高技术条件下，各种杀伤破坏力极大的反舰导弹广泛装备舰艇，使得先敌发现、先机制敌、实施超视距作战成为各国海军争夺的焦点之一。而要实现舰载雷达的超视距探测，就需要充分研究和利用大气波导。 二、大气折射及大气波导 （一）大气折射 影响大气环境中的电磁波传播特性的主要大气因子是大气折射率。对频率在1—100GHz 范围内的电磁波，大气折射指数N 可表示为大气温度T （单位：K ）、大气压力P (单位：hPa)和水汽压e （单位：hPa ）的函数[3]，其关系为： 25 1073.36.77T e T P N ?+= （1） 当电磁波传播距离很短时,可近似认为地球表面为平面,但若电磁波传播距离较长时,就必须考虑地球曲率的影响,此时,为了将地球表面处理成平面,通常使用进行了地球曲率订正大气修正折射指数M （单位：M ）,其表达式如下： 610?+ =R Z N M （2） 式中R =6.371×106m 为平均地球半径,Z (单位:m)为地表以上的高度。对上式进行求导可 得 157.0+=dh dN dh dM （3）

干扰分析报告

干扰分析报告 一、干扰的种类 按照干扰产生的起因可以分为系统内干扰、系统间干扰和大气波导。 1、系统内干扰 LTE系统中无小区内干扰，只存在小区间干扰，主要原因有： （1）TD-LTE帧失步或者GPS失锁导致干扰； （2）越区覆盖、重叠覆盖造成的干扰； （3）数据配置错误造成的干扰等。 2、系统间干扰 系统间干扰可以分为阻塞干扰、杂散干扰、谐波干扰和互调干扰等类型，产生上述干扰的主要因素包括频率因素、设备因素和工程因素。系统间干扰产生的原因有： 3、大气波导 低空大气大气波导是一种特殊气候条件下形成的大气对电磁波折射的效应.远处基站的下行信号在近处基站的接收时隙被近处基站收到，干扰了近处基站上行接收，产生远距离同频干扰。 二、判断方法 1、干扰类型判断分析，一般以特殊子帧干扰电平差值并结合PRB干扰波形来判 断系统内干扰还是系统外干扰。特殊子帧位于子帧1和6上，包括DwPTS,GP,UpPTS三部分。

SF1及其前后子帧结构如下图所示： ◆若SF2-SF1差值>10dB，则判断为系统内干扰，疑似同步问题或 TDD干扰，再结合SF6和SF7差值分析，若两者规律一致，则为TD-LTE 系统内部干扰。 ◆若-1dB