傳播環(huán)境對(duì)微波系統(tǒng)空間干擾的影響

【摘 要】在規(guī)劃微波頻段的無(wú)線電系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)當(dāng)充分考慮微波頻段的各種其它傳播模式。根據(jù)系統(tǒng)所處的傳播環(huán)境分析其可能受到視距內(nèi)、視距外的干擾源干擾的可能性，這樣才能最大限度地保證系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】傳播空間 微波 干擾

微波系統(tǒng)因其傳輸容量大、線路質(zhì)量穩(wěn)定、頻率資源空間可復(fù)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在多方面得到廣泛應(yīng)用。一般將微波系統(tǒng)視為視距傳播系統(tǒng)。但實(shí)際上，電波傳播環(huán)境對(duì)微波頻段的電波傳播有較大影響。

一、微波頻段的傳播機(jī)制

在微波頻段，干擾信號(hào)可能以多種方式從干擾源傳播至受擾。其中，信號(hào)傳播在全時(shí)段存在的“長(zhǎng)期”傳播機(jī)制，主要有視距傳播、繞射傳播和對(duì)流層散射傳播。

干擾信號(hào)傳播如果受天氣等變化的因素的影響，只能在一段時(shí)間內(nèi)存在，則屬于“短期”傳播機(jī)制。主要有因多徑效應(yīng)而顯著增強(qiáng)的視距傳播、水凝物散射、上升層反射/折射、大氣波導(dǎo)等。

二、微波頻段傳播機(jī)制的特點(diǎn)及其對(duì)系統(tǒng)間電磁兼容的影響

（一）視距傳播

視距傳播是造成干擾的主要傳播方式。視距傳播的機(jī)制比較簡(jiǎn)單，但在地形比較復(fù)雜的地面?zhèn)鞑キh(huán)境中，由于地面、地形、地物反射等因素的存在，會(huì)出現(xiàn)多徑傳播效應(yīng)，有時(shí)會(huì)使視距傳播干擾信號(hào)增強(qiáng)。

（二）繞射傳播

電波在傳播過(guò)程中遇到尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的障礙物時(shí)，會(huì)有部分能量改變傳播方向，輻射到被障礙物遮擋的區(qū)域中去。受擾點(diǎn)接收干擾信號(hào)的強(qiáng)度受障礙物的尺寸和特點(diǎn)、電波被阻擋的程度、電波波長(zhǎng)的決定。在沒(méi)有視距傳播路徑時(shí)，繞射傳播有比較精確的計(jì)算方法，可根據(jù)障礙物的形狀，分為球面繞射、刃峰繞射和圓柱形截面障礙繞射。

（三）對(duì)流層散射傳播

這種傳播機(jī)制的原理比較復(fù)雜，有多種解釋。一般可看作是由于對(duì)流層折射指數(shù)隨機(jī)不均勻體對(duì)入射無(wú)線電波的再輻射，將無(wú)線電傳送到視距距離以外的一種傳播機(jī)制。對(duì)流層折射指數(shù)理論上講在水平方向是均勻的。因此折射指數(shù)的等值面應(yīng)當(dāng)是與地球同心的球面。但實(shí)際上，等值面很少是同心球形狀的，而是具有各種尺度的不均勻體。折射指數(shù)不均勻體在入射電波的照射下會(huì)產(chǎn)生二次輻射，使原來(lái)朝一個(gè)方向傳播的電波在偏開的方向上也有能量傳播。偏開的角度越大，能量就越小。這就是對(duì)流層散射傳播的機(jī)制。

當(dāng)干擾臺(tái)站與受擾臺(tái)之間相距很遠(yuǎn)時(shí)，受地球曲率的影響，繞射傳播的強(qiáng)度非常小，而散射傳播還可以維持相對(duì)較高的強(qiáng)度。一般來(lái)說(shuō)，散射傳播的干擾信號(hào)決定了受擾臺(tái)站接收的背景干擾信號(hào)水平。如果接收臺(tái)站對(duì)干擾非常敏感，或者是在可以形成散射傳播的環(huán)境中，存在功率極大的臺(tái)站，如雷達(dá)，則可能成為影響系統(tǒng)間電磁兼容的因素。由于此機(jī)制下干擾信號(hào)可以傳播很遠(yuǎn)（數(shù)百公里），因此必須認(rèn)真加以分析。

（四）水凝物散射

大氣中的水凝物，如雨滴、云霧等，對(duì)微波頻段的電波有散射作用，可以成為干擾臺(tái)站與受擾臺(tái)站之間的干擾傳播途徑之一。值得注意的是，水凝物散射作用是全向的，即使降雨遠(yuǎn)在大園路徑之外也可以引起的電波的散射。在降雨頻繁地區(qū)，需考慮水凝物對(duì)微波系統(tǒng)間干擾的影響。

（五）上升層反射/折射與大氣波導(dǎo)

大氣的折射率隨高度變化。如果在某個(gè)高度上發(fā)生大氣折射率的明顯變化，在此高度上就形成了折射率突變的大氣層結(jié)。從地面上，電波以一定角度入射這到這一位置，會(huì)發(fā)生向地面的反射，或是連續(xù)折射而使電波重新入射向地面。如果在地面和大氣層結(jié)中或是兩個(gè)不同的大氣層結(jié)中發(fā)生連續(xù)的來(lái)回反射，形成使電波傳向遠(yuǎn)方的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，就形成了大氣波導(dǎo)。大氣波導(dǎo)是造成短時(shí)期內(nèi)微波系統(tǒng)間干擾的最重要因素。因?yàn)殡姴ㄒ源藱C(jī)制傳播時(shí)，衰減很小，而且能超越地平線沿地面?zhèn)鞑ハ喈?dāng)遠(yuǎn)的距離（在海面上可超過(guò)500公里）。當(dāng)傳播距離為數(shù)百公里時(shí)，其傳播衰減低于自由空間傳播衰減。大氣波導(dǎo)的形成與氣候有重要關(guān)系。在海邊，大氣波導(dǎo)發(fā)生的概率較高。在內(nèi)地有些地方也有較高的發(fā)生概率。進(jìn)行微波系統(tǒng)間電磁兼容分析時(shí)，需要認(rèn)真考慮所在傳播環(huán)境的大氣波導(dǎo)發(fā)生的概率，將其作為一個(gè)重要因素來(lái)分析系統(tǒng)間的干擾。

三、微波系統(tǒng)間干擾傳播環(huán)境的影響

進(jìn)行微波臺(tái)站布局規(guī)劃，指配微波臺(tái)站工作頻率時(shí)，必須對(duì)臺(tái)站可能受到的干擾情況做出分析，才能保證臺(tái)站的正常工作。進(jìn)行分析時(shí)，考慮的重點(diǎn)就是臺(tái)站所處的傳播環(huán)境。如前文所述，干擾信號(hào)可能以多種機(jī)制傳播，特點(diǎn)各不相同。這些機(jī)制能夠在多大程度上發(fā)揮作用。與環(huán)境因素有密切的關(guān)系。從這些傳播機(jī)制各自特點(diǎn)上可以看出，在微波頻段，需要研究的環(huán)境因素主要包括兩個(gè)方面：

一是地面的特性。這主要包括地面及其地面覆蓋物，它是影響微波頻段無(wú)線電波傳播的一個(gè)重要因素。地面及其覆蓋物可以引起無(wú)線電波的反射、散射、遮蔽和阻擋（繞射衰減）效應(yīng)，這些傳播現(xiàn)象與地面的地形、地面的電磁特性和地形粗糙度緊密相關(guān)。例如：水面和沒(méi)有農(nóng)作物覆蓋的平原地區(qū)的田野，地面反射可以很強(qiáng)烈；在森林地區(qū)和山區(qū)，地面反射很小。城市的房屋建筑會(huì)無(wú)線電波的散射、反射和阻擋，產(chǎn)生嚴(yán)重的多徑衰落。在微波頻段中，首先要考慮的就是臺(tái)站間是否有通視路徑，并要考慮多徑、繞射等因素。

二是對(duì)流層的特性。對(duì)流層對(duì)無(wú)線電波傳播的影響取決其折射指數(shù)。在對(duì)流層中每時(shí)每刻都在進(jìn)行著各種各樣的復(fù)雜的天氣過(guò)程，空氣的溫度、壓力和濕度等三個(gè)基本氣象參數(shù)乃至折射指數(shù)都隨時(shí)間和空間發(fā)生著各種各樣的十分復(fù)雜的規(guī)則的和隨機(jī)的變化。在對(duì)流層中，還存在各種形式的水凝體和沙塵，水凝體，如雨、霧、雪、雹等等。無(wú)線電氣象是研究對(duì)流層（特別是1公里高度以下的低層大氣層）與無(wú)線電波傳播有關(guān)的特性，主要內(nèi)容有：大氣壓強(qiáng)、溫度和濕度沿高度的分布；溫度和濕度沿高度的反常分布；大氣的折射指數(shù)的概率分布和變化特點(diǎn)；大氣地面波導(dǎo)、懸空波導(dǎo)和負(fù)折射出現(xiàn)概率的統(tǒng)計(jì)；降雨的概率分布模型，包括雨強(qiáng)、雨高度和雨滴尺寸等；云、霧和雪的強(qiáng)度以及隨時(shí)間和地點(diǎn)的變化。

進(jìn)行微波頻段臺(tái)站間干擾分析時(shí)，必須對(duì)臺(tái)站所處的傳播環(huán)境進(jìn)行認(rèn)真的研究，收集盡可能詳盡的地面特性數(shù)據(jù)和無(wú)線電氣象數(shù)據(jù)，才能得出準(zhǔn)確和全面的分析結(jié)果。在ITU的相關(guān)建議中，計(jì)算微波頻段干擾時(shí)，所需的數(shù)據(jù)除了臺(tái)站自身的參數(shù)外，還包括其地理位置、地面特點(diǎn)和無(wú)線電氣象數(shù)據(jù)。因此，傳播環(huán)境是對(duì)微波系統(tǒng)間電磁兼容有著重要影響的因素，必須加以認(rèn)真的研究。

參考文獻(xiàn)：

1 現(xiàn)代雷達(dá)201209期，李洪兵、郭藝奪、宮健《強(qiáng)干擾背景下相干弱信源DOA估計(jì)方法》；