西安电子科技大学：《电波传播概论》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二部分 电波传播环境介绍

Xidian Universi西 第二都分电波传播环境介绍 主讲：李仁先 rxli@mail.xidian.edu.cn https://faculty.xidian.edu.cn/LRX2/zh CN/index.htm

第二部分 电波传播环境介绍 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 在无线电系统中，信息的传递是靠电磁波的传播来实现的。 无线电波从发射点传输到接收点必定要经过一定的空间场 所（媒质)，这个空间场所会对无线电波的传播产生各种 各样的影响，如反射、折射、绕射、散射和吸收等。其中， 最基本的空间场所就是地球及其周围附近的区域（或称为 近地空间)，因此在研究具体电波传播问题之前，有必要 了解地球及其外围空间的概况。 无线电波传播主要受其传播媒质的影响，因此在介绍无线 电波传播之前，必须要弄清无线电波传播要经历的电磁环 境。一般情况下，无线电波是在大气介质中传播的，当然 还有的是在水下或地下传播，因此要搞清楚大气或地面的 环境参数，掌握环境的规律和特性，并对它们进行建模， 以提供给无线电波传播的分析、计算和研究。 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 在无线电系统中，信息的传递是靠电磁波的传播来实现的。 无线电波从发射点传输到接收点必定要经过一定的空间场 所（媒质），这个空间场所会对无线电波的传播产生各种 各样的影响，如反射、折射、绕射、散射和吸收等。其中， 最基本的空间场所就是地球及其周围附近的区域（或称为 近地空间），因此在研究具体电波传播问题之前，有必要 了解地球及其外围空间的概况。 无线电波传播主要受其传播媒质的影响，因此在介绍无线 电波传播之前，必须要弄清无线电波传播要经历的电磁环 境。一般情况下，无线电波是在大气介质中传播的，当然 还有的是在水下或地下传播，因此要搞清楚大气或地面的 环境参数，掌握环境的规律和特性，并对它们进行建模， 以提供给无线电波传播的分析、计算和研究

电波传播慨论 Xidian University 、 地球及外围空间 地球是太阳系中的一个行星，形状为一略扁的球体，长 半轴约为6378km,短半轴约为6357km,长短半径相差 约为21km,一般取平均半径为6370km。 在电波传播研究中，一般把地球简作为圆球来处理。 根据地震波的传播证明，地球从里到外可分为地核、地 幔和地壳三层 海洋 地壳 儿千米 地幔 2850km 地核 地心 3460km 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 3 一、地球及外围空间 地球是太阳系中的一个行星，形状为一略扁的球体，长 半轴约为6378km，短半轴约为6357km，长短半径相差 约为21km，一般取平均半径为6370km。 在电波传播研究中，一般把地球简作为圆球来处理。 根据地震波的传播证明，地球从里到外可分为地核、地 幔和地壳三层

电波传播概论 Xidian University 地核：半径约为3460km,温度估计高达5000°C左右。地 核的体积只有地球体积的1/6，而质量却几乎占了13，这 证明它是由较重的元素（例如铁等)组成的。 地幔：地核的外面厚度约为2850km左右的灼热熔岩。 地壳：地球的表层，厚度各处不同，海洋下面较薄，最薄处仅 5km左右，大陆所在的地下比较厚，最厚处可达60km,地壳 的平均厚度约为33km。地壳的基部是玄武岩，某些地区在 玄武岩的上面还有花岗岩，再上面是电导率较大的冲积层等。 由于地球的内部作用，例如地壳运动、火山爆发等，以及外 部的风化作用，使得地球的表面形成了高山、深谷、江河、 平原等地形地貌，再加上人为所创造的城镇等环境，这些不 同的地形地物和不同的地质结构都在一定程度上影响着无 线电波的传播。 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 地核：半径约为3460km，温度估计高达5000°C左右。地 核的体积只有地球体积的1/6，而质量却几乎占了1/3，这 证明它是由较重的元素（例如铁等）组成的。 地幔:地核的外面厚度约为2850km左右的灼热熔岩。 地壳：地球的表层, 厚度各处不同, 海洋下面较薄, 最薄处仅 5 km左右, 大陆所在的地下比较厚, 最厚处可达60 km, 地壳 的平均厚度约为33 km。 地壳的基部是玄武岩, 某些地区在 玄武岩的上面还有花岗岩, 再上面是电导率较大的冲积层等。 由于地球的内部作用，例如地壳运动、火山爆发等, 以及外 部的风化作用,使得地球的表面形成了高山、深谷、江河、 平原等地形地貌, 再加上人为所创造的城镇等环境, 这些不 同的地形地物和不同的地质结构都在一定程度上影响着无 线电波的传播

电波传播概论 Xidian University 地球本身有一个很大的磁场。地磁轴线不通过地心，而是偏 心的，它与地球南北极轴的夹角约为11.4°。地球上各地区 的磁场强度并不相同，在磁极附近的总磁感应强度约为(6 7)×10一5特斯拉，在磁赤道上总磁感应强度值约为3×10一5特 斯拉。 地磁场的空间范围非常广阔，除了地面范围外，还一直延伸 到数万千米的高空，与星际磁场联系，直接影响着外层空间 的物理状况。当然，它对无线电波的传播也有一定的影响。 OLAR ACTIVITY AND ITS EFFECTS ON EARTH SUN ith atmos SOLAR-FLARE AND ERUPTIONS aining charged partides EFFECTS atellite microchips dam 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 地球本身有一个很大的磁场。地磁轴线不通过地心, 而是偏 心的, 它与地球南北极轴的夹角约为11.4° 。地球上各地区 的磁场强度并不相同, 在磁极附近的总磁感应强度约为(6～ 7)×10－5特斯拉, 在磁赤道上总磁感应强度值约为3×10－5特 斯拉。 地磁场的空间范围非常广阔, 除了地面范围外, 还一直延伸 到数万千米的高空, 与星际磁场联系, 直接影响着外层空间 的物理状况。当然,它对无线电波的传播也有一定的影响

电波传播概论 Xidian University 近地空间是指地球周围附近的区域，通常是指地球的大气层和 磁层。它是与人类生活密切相关的上层环境，是实现地面通信 与空间通信的无线电波的基本传播场所，也是传输宇宙信息及 太阳能源的渠道。 大气层是包围地球表面的气体层，其厚度可达上千千米，就像 是地球的“气体外壳”。 地面上空的大气是分层的，分层的方法很多，但一般是按其温 度状况或电离状况来分层的。 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 近地空间是指地球周围附近的区域, 通常是指地球的大气层和 磁层。 它是与人类生活密切相关的上层环境, 是实现地面通信 与空间通信的无线电波的基本传播场所, 也是传输宇宙信息及 太阳能源的渠道。 大气层是包围地球表面的气体层, 其厚度可达上千千米, 就像 是地球的“气体外壳” 。 地面上空的大气是分层的, 分层的方法很多, 但一般是按其温 度状况或电离状况来分层的

电波传播概论 Xidian University ·以大气温度随高度垂直分布的特性来分，可分为对流层、 平流层、中层、热层和外层等。 10 磁层 卫星回 10 热层顶1000C 离 102 层 中层顶-90C 平 107109109100101102电子密度（个m 评流层顶-10C 吴氧层9> 层 对流层顶-50℃ 地面上不同高度的温度变化 10 对 流 云雨 气温随高度变化曲线 温度 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 ⚫以大气温度随高度垂直分布的特性来分, 可分为对流层、 平流层、 中层、 热层和外层等。 地 面 上 不 同 高 度 的 温 度 变 化

电波传播概论 Xidian University 大体上，自地面向上温度随高度以-6.5℃km的速率逐渐降低。 大约在13士5km处（在中国大陆地区一般为11~13km),温度达 到大约208K(相当于一65℃)的恒定值，这一高度称为对流层顶， 它是对流层和平流层的分界区域。 平流层内温度随着高度增加 而上升，到了50km左右的高 104 度，温度出现最大值约为263 磁层 K,这里就叫做平流层顶。 卫星 103 平流层顶以上就是中层，中 电 星 热层顶1000C 离 层内温度随高度增加而迅 1o层 中层顶-90C 速下降，是一个低温带，到 107109100101010102电子密度（个m3) 平流层顶-10°C 了90km左右的高度，温度 奥氧层03 对流层顶-50C 出现最小值约为183K左右， 气温随高度变化曲线 这就是中层顶。 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 大体上, 自地面向上温度随高度以-6.5℃/km的速率逐渐降低。 平流层顶以上就是中层, 中 层内温度随高度增加而迅 速下降, 是一个低温带, 到 了90 km左右的高度, 温度 出现最小值约为183 K左右, 这就是中层顶。 大约在13±5 km处(在中国大陆地区一般为11~13 km), 温度达 到大约208 K(相当于－65℃)的恒定值,这一高度称为对流层顶, 它是对流层和平流层的分界区域。 平流层内温度随着高度增加 而上升, 到了50 km左右的高 度, 温度出现最大值约为263 K, 这里就叫做平流层顶

电波传播概论 Xidian University 中层顶以上就是热层，热层内温度随着高度增加而上升，到了400 km左右的高度，温度可达上千度。 热层顶(300≈600km)以上 的大气层，统称为外层大 气（或称逃逸层），那里大气 磁层 (主要是氢和氦)极其稀薄， 卫星 10 地球引力也很小，气体分 电 流星 热层顶1000C 子大部分处于电离状态。 102 如果气体分子在受到最后 层 /中层顶-90C 10?10810100101102电子密度（个m3 平流层顶-10℃ 一次碰撞而向上运动时， 平流层 具氧层0之 若速度足够大，就有可能 衬流层顶-50C 10 脱离地球引力的束缚向星 云雨 气温随高度变化曲线 际空间逃逸，故逃逸层也 是地球大气的最外层。 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 中层顶以上就是热层, 热层内温度随着高度增加而上升,到了400 km左右的高度,温度可达上千度。 热层顶(300～600 km)以上 的大气层, 统称为外层大 气(或称逃逸层), 那里大气 (主要是氢和氦)极其稀薄, 地球引力也很小, 气体分 子大部分处于电离状态。 如果气体分子在受到最后 一次碰撞而向上运动时, 若速度足够大, 就有可能 脱离地球引力的束缚向星 际空间逃逸, 故逃逸层也 是地球大气的最外层

电波传播概论 Xidian University 层 。以电离或非电离状态来分层，大气 层可分为电离层与非电离层。 中量言r心 大约在60km以下的高空，大气中各种成分（氧占20.95%、 氮占78.09%，还有水汽及少量氢、 氦等)混合均匀，气体多 呈中性状态，故称为非电离层，在电波传播研究中一般称为 低层大气层。 在60k以上的大气，主要在太阳辐射的作用下，气体电离现 象十分显著，故该区域称为电离层。 由于大气电离或非电离状态对电波传播的机理不同，因此， 对于电波传播研究与应用来讲，应按低层大气和电离层来研 究大气分层情况。 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 ⚫以电离或非电离状态来分层, 大气 层可分为电离层与非电离层。 大约在60 km以下的高空, 大气中各种成分(氧占20.95%、 氮占78.09%， 还有水汽及少量氢、 氦等)混合均匀,气体多 呈中性状态, 故称为非电离层, 在电波传播研究中一般称为 低层大气层。 在60 km以上的大气, 主要在太阳辐射的作用下, 气体电离现 象十分显著,故该区域称为电离层。 由于大气电离或非电离状态对电波传播的机理不同, 因此, 对于电波传播研究与应用来讲, 应按低层大气和电离层来研 究大气分层情况