为什么雷达和卫星的信号频率那么高？

comeone

频率增加一倍，则同样尺寸的抛物面天线增益增加6dB。

qi2017

  i5 a3 `% _; t5 {- y. `8 c8 T

汪洋大海

   1.3.6   天线增益的若干近似计算式
         1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益：
6 l" D6 \/ y/ z0 V' w$ n% H               G（  dBi  ） =   10 Lg { 32000  / （ 2θ3dB,E ×2θ3dB,H ）}
9 U$ n5 l. A2 r( O4 u             式中， 2θ3dB,E 与 2θ3dB,H  分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；
                          32000 是统计出来的经验数据。
" X: x* C6 ^! [' k9 Z' D& \" ], u  s        2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：
               G（  dB i ） =   10 Lg { 4.5 × （ D / λ0 ）2}
             式中，  D 为抛物面直径；
6 J- J6 C8 i; w                           λ0 为中心工作波长；
                          4.5 是统计出来的经验数据。
        3）对于直立全向天线，有近似计算式
               G（ dBi ） =   10 Lg { 2 L / λ0 }
0 t6 ]1 L* Y* m+ o* a5 e, g! G             式中，  L 为天线长度；
+ V& z5 o0 F2 i                           λ0 为中心工作波长；

汪洋大海

/ [9 @8 h% s% v5 f, G2 }

天线增益和频率正比例关系。 考虑到收发天线都采用抛物面天线的话。 在同等面积的情况下，频率越高，信号经过发天线，自由空间，收天线后整体衰落， 频率越高，衰落越小。
# t8 N9 d9 H9 T- g4 Z' V7 K
+ q) }7 \; F3 ?  E注意，我们讨论的都是无障碍的自由空间。
1 I3 k/ w" r# Y- a* T# k

汪洋大海

上面的公式，讨论都特别强调了是自由空间。
/ e1 L/ n6 B) F! j  t) Q& P" P; W! I" i5 l楼主在题目中说的门一关，高频信号没了， 那讨论的是另一个话题，微波信号在传输过程中的衰落特性2：遇大尺寸障碍物穿透衰减特性。
这个场景下，频率越高，衰减越大。
, }" D, ?' f" i9 a

汪洋大海

还有一点：我们使用的移动终端，考虑到我们的实际生活环境，考虑到我们周边的信号是从四面八方而来，所以我们的终端天线多使用全向天线，最多是稍微压扁些的苹果等形状， 没有抛物面天线的高定向性了。

3 r+ G  [" ^5 |: i) m% @6 l所有有些现象不好类比的。

RF_CE

我记得有个公式，可以计算不同频率电磁波在空气中的衰减程度，不过忘了公式怎么写了，版主能给解析下么？

从无到有

不用麻烦版主，我来百度一下~
, z* ~4 a' I7 |" g5 p8 X) W5 ^$ N4 h
$ ?6 z4 D6 [% C3 f9 @7 e自由空间损耗公式为：

当F为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km；
0 P9 j8 C7 f# h4 O  u% O
' c$ q+ C& F( f4 P. g2 \+ G& E空间损耗=32.4+20lg（F）+20lg（D）；

当F为频率，单位：GHz；D为距离，单位：Km；
6 `( z6 Z# C/ `9 g  _7 i* |
空间损耗=92.4+20lg（F）+20lg（D）；

从无到有

再来一个无线通信链路计算公式
2 {9 H" Y3 z( h, |# VPr=Pt+Gt-L+Gr

Pr 为接收机实际接收到的信号功率，Pt为发射机发射功率，Gt为发射天线增益，L为空间损耗，Gr为接收天线增益

从无到有

按照版主提供的天线增益计算公式，我们可以模拟做一个卫星与地面通信的链路计算

! l9 S, O) x: S& W先给出条件
  Y/ f, g8 Y9 ?# R
) r" p3 i: Y- `1 `; B天地通信距离： 地球同步轨道=35786 Km

通信频率：3GHz 和 30GHz
7 V5 v# r2 d7 h& Y, M: \  w
. s/ j( a' c1 d! S' F1 x发射接收天线的尺寸： 都定为10m 的抛物面天线

发射功率： 100W

( j# Z$ N' U0 b$ ~. \& @后面就让我算一算哈，结果稍后发出
+ v3 v- w3 t8 H, t8 b4 ~; J+ n

从无到有

首先计算自由空间衰减
9 [& o' i, m' L由于是GHz 频率，所以代入公式 L = 92.4 + 20lg（F）+20lg（D）单位为dB
3 R3 }/ U/ V4 A# [                 设卫星和地面的距离D=36000km
分别计算出   3GHz的空间衰减 L3 = 92.4 + 9.5 + 91.1 = 193
6 x& X4 u; [/ ?                  30GHz的空间衰减 L30 = 92.4 + 29.5 + 91.1 = 213


' H9 x+ E( C0 n2 q$ l然后计算发射和接收天线的增益
抛物面天线的计算公式为 G（  dB i ） =   10 Lg [4.5 × （ D / λ0 ）2] 单位为dBi
% H6 B& L; b  N- W9 m7 @分别计算出  3GHz的天线增益为 Gt3 = Gr3 = 10 lg [4.5 x (10/0.1) 2] = 46.5
                 30GHz的天线增益为 Gt30 = Gr30 = 10 lg [4.5 x (10/0.01) 2] = 66.5
4 t- D9 \. x/ G! |4 t; k

- D% w( v$ @: ^3 ]% I最后计算实际的链路功率
8 u+ Q( d; o9 h6 s; C3 r接收机实际接收到功率，代入公式 Pr=Pt+Gt-L+Gr， 发射功率Pt = 100W=50dBm
9 l+ z  E5 Q: ^1 u2 {则可以分别计算出 3GHz 接收机接收到信号功率 Pr3 = 50dBm + 46.5 - 193 + 46.5 = -50dBm
* Z- R( ^. W0 ?& f$ D7 c& ]                          30GHz 接收机 接收到信号功率Pr30 = 50dBm + 66.5 - 213 + 66.5 =-30dBm
: m  |- ^; x2 J1 _
' o2 q2 v' y) Q: c0 [( Z6 o
' }9 V% ^' ?% H; v3 Y嗯，确实同等条件下，更高频率的通信链路效率更高啊。

汪洋大海

Pr=Pt+Gt-L+Gr=Pt+10 Lg { 4.5 × （ D / λ0 ）2}- （92.4 + 20lg（F）+20lg（D0））+10 Lg { 4.5 × （ D / λ0 ）2}
3 V" ]8 H: a/ k0 _8 t=Pt+10 Lg { 4.5 × （ D × F/c ）2}- （92.4 + 20lg（F）+20lg（D0））+10 Lg { 4.5 × （ D × F/c ）2}

所以在某些特殊场景，如收发天线都用抛物面天线的场景，即我们现在讨论的卫星通信场景， 频率越高，可接收的信号越强。
: b& n) W: p, ]) l# G+ e. ^ 这个和微博信号在自由空间中，频率越高，衰减越严重的。   这两个概念有些小小冲突， 重点就在于一个是在自由空间，一个是经过天线的的接收信号强度。
! V0 }1 y, l% G! r

shelby

高手啊~ 讲得挺清楚，就是脑子一下子绕不过来，这么算反而是频率越高衰减越小了?

RF_CE

楼上的分析很到位，所以相同功率，相同尺寸的雷达，工作频率越高，探测距离越远。

从无到有

对于卫星通信，超高频通信有两个优点

1. 可以顺利穿过电离层，不会被反射或吸收

2. 高频意味着大带宽，根据香农公式，带宽越宽，信息传输速率越高