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

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：
               G（  dBi  ） =   10 Lg { 32000  / （ 2θ3dB,E ×2θ3dB,H ）}
2 \8 N% I3 n9 b- G! @! i             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。
2 D0 [5 @! a* l( t        2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：
6 H" R. _7 \2 }+ i( L               G（  dB i ） =   10 Lg { 4.5 × （ D / λ0 ）2}
# _; X' s0 f* \             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。
3 P& e2 P' h' I) f        3）对于直立全向天线，有近似计算式
  b5 o: \" i- w               G（ dBi ） =   10 Lg { 2 L / λ0 }
* A9 A/ E5 g4 i4 c% Z6 R             式中，  L 为天线长度；
& d6 B% Q' T- A) H6 `                           λ0 为中心工作波长；

汪洋大海

3 C% ]  a- s8 [  }
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。
' t# T! I  V7 f* Y* q, @, G! U
注意，我们讨论的都是无障碍的自由空间。
3 R3 X. v* z5 g7 p' c

汪洋大海

上面的公式，讨论都特别强调了是自由空间。
+ }+ Q; d. w& K) T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。

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。
8 M$ `! t5 k/ r8 A0 K, m3 O- C
: G- n) @7 r( ]8 e% m( d; R6 b) a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~
1 `& F( m7 P* u& s
自由空间损耗公式为：
( r, D9 W, r7 q8 S1 Y' `1 A
, y: }% B3 P7 {9 R( g当F为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km；
& t) e' ]' n  X
空间损耗=32.4+20lg（F）+20lg（D）；
# g: H! A* d7 x5 M
! ~: T0 l2 h+ f: x7 ~6 Y! n当F为频率，单位：GHz；D为距离，单位：Km；
. N% \$ K' u1 Z7 o+ u. X4 y$ l2 Z
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
8 P4 P+ M# s, j  K, R- M1 P+ TPr=Pt+Gt-L+Gr

4 n7 r( w) A6 t! `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
9 x/ W# d# b' U& C9 q6 g
先给出条件
" d2 V- L% F8 S, x
! z5 U" A9 H# A# j& A+ s天地通信距离： 地球同步轨道=35786 Km
2 K/ B# i( v3 {0 e) P9 h( l7 Z$ a' D2 N
) T$ V' C# B& \6 C( O  A通信频率：3GHz 和 30GHz
1 }( b1 M" P! r$ g/ [
# V4 _8 [: n- b5 y4 j6 o3 _0 r9 W发射接收天线的尺寸： 都定为10m 的抛物面天线
* d  ~; A3 Z3 O9 q# }. A1 l. Z
; _! X; m' n, E$ s' x发射功率： 100W
2 g  L' B2 R. `. e1 v9 E8 q2 B
! a: h* q* }9 u0 m% a后面就让我算一算哈，结果稍后发出

从无到有

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
                 设卫星和地面的距离D=36000km
# C- X$ |$ B- n% c8 u6 r" N1 u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


" Q& }; {; }( c) x- \" @+ A然后计算发射和接收天线的增益
- q' x  L" _; h2 {6 _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
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
. L6 n$ X8 T- D# U( g                 30GHz的天线增益为 Gt30 = Gr30 = 10 lg [4.5 x (10/0.01) 2] = 66.5
% ?/ Y5 v: N3 p5 x
" q" w1 g# u, Z" F0 Z5 w
最后计算实际的链路功率
, B/ ~- }9 T; U+ B2 t' E: i& F+ G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
) [* ?$ Z& J# ^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
                          30GHz 接收机 接收到信号功率Pr30 = 50dBm + 66.5 - 213 + 66.5 =-30dBm
4 D8 _3 d4 U* i$ l/ j
# E" N  J3 [6 e7 l7 j$ [
嗯，确实同等条件下，更高频率的通信链路效率更高啊。
1 e* T0 u; x3 c: Y

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}
# T1 G1 r1 x# S. k/ q% o
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。
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。
3 o& ?& F/ ~* 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
7 ~; z5 a4 K5 ~% |3 Y& }
% ^* \) P4 r. O6 Z6 Z1. 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