2.1.3 大气中的电波传播

在实际移动通信信道中，电波在低层大气中传播。而低层大气并不是均匀介质，它的温度、湿度以及气压均随时间和空间而变化，因此会产生折射和吸收现象，在VHF、UHF波段的折射现象尤为突出，它将直接影响视线传播的极限距离。

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，电波传播速度v与大气折射率n成反比，即

式中，c为光速。

当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时，由于不同高度上的电波传播速度不同，从而使电波射束发生弯曲。弯曲的方向和程度取决于大气折射率的垂直梯度dn/dh。这种由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲的现象，称为大气对电波的折射。

大气折射对电波传播的影响，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。

当dn/dh＜0时，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，即当dn/dh≈-4×10-8（l/m），等效地球半径系数k=4/3，等效地球半径R_e=8500km。

由上可知，大气折射有利于超视距的传播，但在视线距离内，因为由折射现象所产生的折射波会同直射波同时存在，从而也会产生多径衰落。

2.视线传播极限距离

视线传播的极限距离可由图2-2计算，天线的高度分别为h_t和h_r，两副天线顶点的连线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

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

式中，h_t、h_r的单位是m；d的单位是km。