通信与网络中的环境对电磁波的影响
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2020-12-10
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通信与网络中的环境对电磁波的影响通信与网络中的环境对电磁波的影响
闪烁与折射 大气折射、大气闪烁、电离层闪烁和电离层产生的法拉第旋转对电波传播都有不同程度的影
响，会造成衰减和起伏。 一、 大气折射 大气折射率随着高度增加，并随着大气密度减小而减小，电波
射线因传播路径上的折射率随着高度变化而产生弯曲，波束上翘一个角度增量。而且这一偏移量还因传播途中
大气折射率的变化而随时变化。 大气折射率的变动对穿越大气的电波起到一个凹透镜的作用，使电波产生
微小的散焦衰减，衰减量与频率无关，在仰角大于5°时，散焦衰减小于0.2dB。此外，因大气湍流引起的大气指
数的变化，使电波向各个方向上散射，导致波前到达大口面天线时振幅和相位不均匀分布，引起散射衰减
闪烁与折射闪烁与折射
大气折射、大气闪烁、电离层闪烁和电离层产生的法拉第旋转对电波传播都有不同程度的影响，会造成衰减和起伏。
一、 大气折射
大气折射率随着高度增加，并随着大气密度减小而减小，电波射线因传播路径上的折射率随着高度变化而产生弯曲，波束上翘一个角度增量。而且这
一偏移量还因传播途中大气折射率的变化而随时变化。
大气折射率的变动对穿越大气的电波起到一个凹透镜的作用，使电波产生微小的散焦衰减，衰减量与频率无关，在仰角大于5°时，散焦衰减小于
0.2dB。此外，因大气湍流引起的大气指数的变化，使电波向各个方向上散射，导致波前到达大口面天线时振幅和相位不均匀分布，引起散射衰减，这类损
耗较小。
二、 大气闪烁
大气折射率的不规则变化，引起信号电波的强度变化，叫做大气闪烁。这种闪烁的衰落周期为数十秒。2～100 GHz的大气闪烁是由于大气折射率的不
规则性使电波聚焦与散焦，与频率无关。
三、 电离层闪烁
电离层中不均匀体的发生和发展，造成了穿过其中电波的散射，使得电磁能量在时空中重新分布，造成电波信号的幅度、相位、到达角、极化状态等
发生短期不规则的变化。观测数据表明，电离层闪烁发生的频率和强度与时间、地区太阳活动有关、衰落强度还与工作频率有关。当频率高于1GHz时影响
一般大大减轻，卫星移动通信系统的工作频率一般较低，电离层闪烁效应必须考虑，但即使是工作在C波段的系统，在地磁低纬度的地区也会发现电离层闪
烁的影响。赤道区或低纬度区指地磁赤道以及其南北20°以内的区域，20～50°为中纬度区，地磁50°以上为高纬度区。在特定的条件下，更高的频段也能记
录到电离层闪烁。例如日本冲绳记录到12GHz卫星信号最大3dB值的电离层闪烁事件。我国处于世界上两个电离层赤道异常区域之一。电离层闪烁影响的
频率和地域都较宽，不易解决。对闪烁深度大的地区，用编码、交织、重发等技术，来克服衰落，其他地区可以用增加储备余量的方法克服电离层的闪
烁。
法拉第旋转法拉第旋转
要讲法拉第旋转，首先要说明法拉第效应，所谓法拉第旋转就是线极化电波通过电磁场时，会在电磁场的影响下产生极化面相对入射波的旋转。电磁
场对电磁波的这种影响称为法拉第效应，这种影响是电磁场固有的特性，由物理学家法拉第发现，并由此命名。其大小与电波频率、电离层电子密度、传
播路径长度有关。旋转效应正比于电子密度，因此白天旋转值最大（出现电离峰值）；旋转效应还正比于电磁场强，因此沿地球磁场线方向传播时旋转
大；地球站的仰角低时，通过电离层的路径长，旋转大。当传播方向平行于地球磁场时（沿经度方向传播），旋转角与频率的平方成正比，当传播方向垂
直于地球磁场时（横向传播），旋转角与频率的立方成反比。
下图是地球站天线仰角为零的时候，电波法拉第旋转角度与频率的关系，旋转角以度计。对于较低的频率（低于1GHz），必须采用圆极化电波传播或
者采用极化跟踪技术。频率高于几个GHz后，旋转角变得很小，就可以采用线极化波了。频率大于10GHz时，完全可以忽略法拉第旋转。
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