电磁波在大气中传播的原理和特点

在实际移动信道中，电磁波在低层大气中传播，会产生折射及吸收现象。原因是低层大气不是均匀介质，它的温度、湿度以及气压均随时间和空间变化而变化。在VHF、UHF波段，折射现象尤为突出，它不但影响视线传播的极限距离，产生的折射波还与直射波同时存在，产生多径衰落。

1.大气折射

在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质折射率n与相对介电系数ε_r的关系为

众所周知，大气的相对介电系数与温度、湿度和气压有关。大气高度不同，ε_r也不同，即dn/dh是不同的。根据折射定律，电磁波传播速度v与大气折射率n成反比，即

式中，c为真空中光速。

大气折射对电磁波传播的影响，在工程上通常用“地球等效半径”来表征，即认为电磁波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径R₀（6.37×10⁶m）变成了等效半径R_e，R_e与R₀之间的关系为

式中，k称作地球等效半径系数。dn/dh<0，表示大气折射率n随着高度升高而减少。因而k>1，R_e>R₀。在标准大气折射情况下，dn/dh≈-4×10^-8（m^-1），k=4/3，R_e=8500km。说明由于大气折射的影响，电磁波的实际传播距离可以比视线距离远。

2.视线传播的极限距离

视线传播的极限距离可由图1-2-5计算，天线的高度分别为h_t和h_r，两个天线顶点的连线AB与地面相切于C点。由于地球等效半径R_e远远大于天线高度，不难证明，自发射天线顶点A到切点C的距离d₁为(www.xing528.com)

同理，由切点C到接收天线顶点B的距离d₂为

可见，视线传播的极限距离d为

在标准大气折射情况下，R_e=8500km，故

图1-2-5 视线传播的极限距离

式中，h_t、h_r的单位是m；d的单位是km。