树林中电波传播路径损耗的研究

摘要

由于环境是影响电波传播的主要因素，在上世纪90年代，移动通信首先在城市等繁华地区使用比较普遍，所以很多学者都针对城市环境研究了街道、建筑物等障碍物对通信信号传播的影响，目前已经研究的比较成熟。自进入21世纪以来，移动通信已经在城郊和农村等地普遍使用，城郊和农村的环境特点是树木和庄稼等植被较多，所以研究树木和庄稼等植被对电波传播的影响已经成为摆在广大通信学者们面前的重要课题之一。 本文通过研究前人的科研成果，分析研究了移动通信信号经过小片树林(即单棵、成排和小面积树林)及大片树林时的信号衰减情况。对于小片树林与单棵树而言，对接收点电场起主要作用的是相干场(即考虑多次散射的作用)。首先根据随机介质中的散射及电磁场理论，并依据树冠中平均场的矢量波方程计算出了接收点场强的表达式，得到了衰减常数的数学表达式(即数学模型)，再利用实验测得树枝和树叶的相对介电常数εr，并通过实际测量得到了常见树种的各项参数，代入模型进行计算，计算结果和文献的实测结果比较，吻合较好。对于大片树林，当观测点与发射点距离很远时，对散射场起主要作用的是非相干场，要利用散射场理论进行分析、求解十分困难，所以本文运用有效并矢介电常数-ε将总的散射体用等效连续介质替代，将树林看作分层各向异性媒质，再利用赫兹矢量位函数和最陡下降法，解出了当电波经过树林到达接收点的场强表达式，求出了电波经过树林后的衰减量。为了使计算结果更加符合实际情况，本文根据文献提供的资料，对不同情况下的树林取不同的并矢介电常数进行计算，并利用Matlab编程，给出了电波传播路径损耗随工作频率、距离及并矢极化率等变化的结果，该结果与文献资料所提供的数据吻合较好。 本论文的工作主要是给出了相对比较简单实用的计算和分析电波经过树林时衰减的计算模型和分析方法。为移动通信基站站址的选择和通信及电子对抗等部队演习、作战中通信信号的评估提供了理论依据。 本论文的主要内容为：第一章讲述电波传播路径损耗研究的意义，树林中电波传播路径损耗研究的发展概述及树林中电波传播路径损耗研究常用的方法，阐述了论文的研究目标、方法；第二章，讲述了树林中电波传播路径损耗研究的基本理论，根据论文所涉及的内容简单介绍了平面电磁波的传播，张量的定义、性质与并矢介电常数、随机介质中波的传播与散射及最陡下降法的基本理论；第三章和第四章是本文的重点内容，分别对电波经过小片树林和大片树林时的路径损耗情况进行了分析、建模和计算。第五章，对电波传播路径损耗的研究进行了总结并对发展前景进行了简单的介绍。 植被中电波传播路径损耗研究的内容丰富，本文只对小片树林和大片树林进行了研究，由于时间有限未能对庄稼和草地等进行研究，所以要想得到一个比较有效的计算植被对电波传播路径损耗的计算模型，还需要进行深入的研究。

目录

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章前言

第二章树林中电波传播路径损耗的基本理论

第三章小片树林中电波传播路径损耗的研究及建模

第四章大片树林中电波传播路径损耗的研究

第五章总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表的学术论文