蒸發波導對海上微波通訊影響分析

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

關鍵詞：蒸發波導；微波通訊電磁波傳播模型；分析

引言

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

1 蒸發波導

由于蒸發波導對電磁波傳播的影響實質上是大氣折射和全反射的過程，因此研究蒸發波導可以從研究大氣折射率參數來展開。

在實際應用中通常使用折射指數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dN/dz>0.157時，電磁射線的軌跡將背著地球向上彎曲，稱為負折射，當dN/dz=0.157時，電磁波沿直線傳播，軌跡不發生彎曲，稱為零折射，當dN/dz<0.157時，電磁射線的軌跡將向地球彎曲，稱為正折射，正折射又包括標準折射、超折射、臨界折射和陷獲折射等。特別是當dN/dz<0時，會出現蒸發波導，此時無線電波會被波導陷獲在其內傳播至很遠的地方，對于微波通訊設備來說，可以出現超視距通信現象，如圖1所示。

2 仿真分析

為了深入分析蒸發波導對微波通訊的影響，這里通過計算仿真來加以研究。仿真的流程為通過蒸發波導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，結合通信設備的參數信息就可計算出微波通訊設備輻射的電磁波在蒸發波導內的能量分布。

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

參考文獻

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

[2]戎華，等.大氣波導對電子系統作戰性能的影響[J].現代雷達，2005（2）.

作者簡介：董素芳（1991，06-），山東省章丘市，現職稱：助教，學歷：本科，研究方向：通信工程。