復雜電磁環境預測系統設計與實現

1.2 自然電磁輻射對電磁環境的影響

自然電磁輻射最重要的就是熱噪聲。熱噪聲是穩定上升到絕對零度（開氏溫標K,0 K=-273 ℃）以上時激發的電子隨機運動引起的。它可以像其他電磁能量那樣產生輻射，特性是高斯白噪聲，分布在每個頻率上。噪聲功率表達式為：

工程應用中，為分辨小信號一般采用式（1）的對數并乘以10的形式，于是得到噪聲功率為：

1.3 無線電磁波的傳播

無線電磁波在傳播過程中主要遭受到的損耗是擴散損耗、路徑損耗和吸收損耗。擴散損耗主要是無線電磁 波的球面效應（惠更斯原理）產生的損耗。路徑損耗是無線電磁波在傳播中遇到障礙物時產生的損耗。吸收損耗主要是無線電磁波受到大氣中水和氧氣引起的損耗。 由于高頻才出現吸收損耗，一般來說不考慮電磁波的吸收損耗。對于自由空間來說，電磁波因擴散（見圖3）形成的自由空間損耗為：

電磁波的自由空間損耗與電磁波傳播的頻率和距離密切相關。它決定了無線電發射臺站對某一地理位置的最大場強的預測，影響到無線電臺站間部署的位置、使用的頻率和發射的功率等參數。最大場強預測公式為：

比較典型的有Egli模型，Okumura-Hata模型，CCIR（ITU-R）公式，Ibrahim-Parsons 模型，COST 231-Hata 模型，Lee模型等。

在構成復雜電磁環境的多個無線電的第i 個輻射源，它在某一位置j 產生的最大場強為：

這樣遍歷所考慮的輻射源集合的每個元素，即i ={1,2,3,…，N} 就可以知道各輻射源對某一個地理位置電磁環境構成的影響。

2 基于PE的復雜電磁環境預測方法

拋物型方程（Parabolic Equation,PE）是從基本的麥克斯韋方程組經嚴格推導，分離掉時間因子和后向傳播分量后得來的，并且方程中包含了折射效應和繞射效應，滿足全波解 的要求，通過PE 方程能夠很好地解決直、繞射和散射等過程對電磁波傳播的影響，從而給出電磁場強預測的確定解。

在線性、各向同性的均勻媒質中，E 和H 滿足的麥克斯韋方程的微分形式如下：

上述方程組中，μ 是磁導率，ε 是電容率，σ 是電導率。

根據取旋度與求導法則得：

式（7）稱為電場的一般波動方程。

研究二維坐標下的電磁波傳播特性。即為在x-z直角坐標系內建立電磁波傳播模型，其中x 代表水平傳播方向，z 代表垂直傳播方向，如圖4所示。