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

" n; j5 t2 q  V6 [$ m

汪洋大海

   1.3.6   天线增益的若干近似计算式
6 T/ e% m: v7 P$ Y4 F" y. i         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：
               G（  dBi  ） =   10 Lg { 32000  / （ 2θ3dB,E ×2θ3dB,H ）}
             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。
6 s- F# l9 D- u0 ]        2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：
  Z4 \7 p8 X: a' w/ ]! ^               G（  dB i ） =   10 Lg { 4.5 × （ D / λ0 ）2}
             式中，  D 为抛物面直径；
                           λ0 为中心工作波长；
                          4.5 是统计出来的经验数据。
; H9 T& f& w  V! @        3）对于直立全向天线，有近似计算式
               G（ dBi ） =   10 Lg { 2 L / λ0 }
5 a4 t& [* F. g             式中，  L 为天线长度；
                           λ0 为中心工作波长；
1 y  F. ]/ {, f  c

汪洋大海

7 C: p  O/ s$ `0 b
5 c* Y( v9 @( @, v: ?
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。

" _1 {/ s, k8 o- _; Q8 }% N% A注意，我们讨论的都是无障碍的自由空间。

汪洋大海

上面的公式，讨论都特别强调了是自由空间。
/ w: _, ?' Y$ r: K3 O* Y! G( ~- R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。
2 l; H4 U2 S: c# R* F1 M  F6 N这个场景下，频率越高，衰减越大。

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。

% T2 R3 @  J2 k) C' \* m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~

自由空间损耗公式为：
' z3 r) S! f( ]# ^
7 Z3 d( \% u% T2 j8 y当F为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km；

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；

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
$ L; P. ~  Q' e9 C# \+ EPr=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
3 I2 n* K) ?+ f2 v
: y. n5 \3 E, U% e/ l先给出条件
0 U. L$ N, W! Y; z
天地通信距离： 地球同步轨道=35786 Km
3 w7 p. l7 C& @# q' r- A: {6 {
( q6 ~; j8 t3 ?/ T通信频率：3GHz 和 30GHz

发射接收天线的尺寸： 都定为10m 的抛物面天线
3 T# I, d- S! X
发射功率： 100W

  m- L, J* S3 I& n: `, [后面就让我算一算哈，结果稍后发出

从无到有

1 F" H% J7 E. Q) h7 ?7 x# Z
9 M' X$ c& d, U首先计算自由空间衰减
由于是GHz 频率，所以代入公式 L = 92.4 + 20lg（F）+20lg（D）单位为dB
* s0 O8 b1 H# g4 `' U                 设卫星和地面的距离D=36000km
% E& y) y& S# L6 I分别计算出   3GHz的空间衰减 L3 = 92.4 + 9.5 + 91.1 = 193
                  30GHz的空间衰减 L30 = 92.4 + 29.5 + 91.1 = 213


然后计算发射和接收天线的增益
2 G- U2 O. n" W5 `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
: L  V0 R( Z" F# G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


最后计算实际的链路功率
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 y/ L+ h3 B: Q0 G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
3 ^4 ^. a5 A) W                          30GHz 接收机 接收到信号功率Pr30 = 50dBm + 66.5 - 213 + 66.5 =-30dBm


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}
=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。
% v  B* X# X7 S7 i 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。

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

, R5 d0 G4 X4 k8 A: S) b1. 可以顺利穿过电离层，不会被反射或吸收

) V  B% \  w- E. Y; f* u2. 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