蒸發(fā)波導(dǎo)對海上微波通訊影響分析

摘 要：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及傳輸需求的不斷改變，通訊頻段逐步提高。在海上進(jìn)行微波通訊時，不可避免地要受到傳播媒質(zhì)的影響，其中影響較大的就是蒸發(fā)波導(dǎo)。文章在介紹蒸發(fā)波導(dǎo)相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，利用電磁波傳播模型分析了蒸發(fā)波導(dǎo)對微波通訊距離的影響。

關(guān)鍵詞：蒸發(fā)波導(dǎo)；微波通訊電磁波傳播模型；分析

引言

蒸發(fā)波導(dǎo)是海上出現(xiàn)的一種大氣波導(dǎo)，其發(fā)生概率高、持續(xù)時間長、對在其內(nèi)傳播的微波頻段電磁波具有強(qiáng)烈的陷獲作用，能夠束縛其以很小的損耗向前傳播，可以實現(xiàn)超視距通信能力。因此，如何充分利用海上經(jīng)常出現(xiàn)的蒸發(fā)波導(dǎo)資源更有效地發(fā)揮微波無線通信設(shè)備在海上的使用效能逐漸成了研究熱點。

1 蒸發(fā)波導(dǎo)

由于蒸發(fā)波導(dǎo)對電磁波傳播的影響實質(zhì)上是大氣折射和全反射的過程，因此研究蒸發(fā)波導(dǎo)可以從研究大氣折射率參數(shù)來展開。

在實際應(yīng)用中通常使用折射指數(shù)來研究大氣折射問題，其具體定義式如下：

式中，c和v分別表示真空中的光速和介質(zhì)中電磁波的傳播速度，實際大氣中n略大于1。然而，在具體使用中式（1）中的相關(guān)參量不便于測量，因此引入了大氣修正折射率M，并將其在微波波段的定義式用氣溫、氣壓和水汽壓來表征，具體如下：

式中，p為氣壓（hPa），T為氣溫（K），e為水汽壓（hPa），R0=6.371×106m為平均地球半徑，z為地表以上的高度（m），T為溫度（K）。因此只要知道空氣的溫度、氣壓及其含有水汽的分壓，就可以通過式（2）求出大氣修正折射率。

當(dāng)dN/dz>0.157時，電磁射線的軌跡將背著地球向上彎曲，稱為負(fù)折射，當(dāng)dN/dz=0.157時，電磁波沿直線傳播，軌跡不發(fā)生彎曲，稱為零折射，當(dāng)dN/dz<0.157時，電磁射線的軌跡將向地球彎曲，稱為正折射，正折射又包括標(biāo)準(zhǔn)折射、超折射、臨界折射和陷獲折射等。特別是當(dāng)dN/dz<0時，會出現(xiàn)蒸發(fā)波導(dǎo)，此時無線電波會被波導(dǎo)陷獲在其內(nèi)傳播至很遠(yuǎn)的地方，對于微波通訊設(shè)備來說，可以出現(xiàn)超視距通信現(xiàn)象，如圖1所示。

2 仿真分析

為了深入分析蒸發(fā)波導(dǎo)對微波通訊的影響，這里通過計算仿真來加以研究。仿真的流程為通過蒸發(fā)波導(dǎo)模型獲得大氣修正折射率廓線，并將該廓線作為輸入量輸入至電磁波傳播模型中，結(jié)合通信設(shè)備的參數(shù)信息就可計算出微波通訊設(shè)備輻射的電磁波在蒸發(fā)波導(dǎo)內(nèi)的能量分布。

仿真條件：大氣層結(jié)為中性層結(jié)，蒸發(fā)波導(dǎo)高度15m，通訊設(shè)備天線架高12m，頻率4GHz，極化方式為水平極化。仿真的電磁波傳播衰減結(jié)果如下圖所示，由仿真的結(jié)果可以看出蒸發(fā)波導(dǎo)的出現(xiàn)極大地影響了電磁波的傳播損耗分布，與無波導(dǎo)時情況相比分布態(tài)勢發(fā)生了顯著改變，因此有利于遠(yuǎn)距離通信的實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚展予，等.大氣波導(dǎo)特征分析及其對電磁波傳播的影響[J].氣象學(xué)報，2000（5）.

[2]戎華，等.大氣波導(dǎo)對電子系統(tǒng)作戰(zhàn)性能的影響[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2005（2）.

作者簡介：董素芳（1991，06-），山東省章丘市，現(xiàn)職稱：助教，學(xué)歷：本科，研究方向：通信工程。