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

3 z9 Y. O; v! [$ F8 B' g7 z9 T

汪洋大海

   1.3.6   天线增益的若干近似计算式
& C% Z, |# U6 \0 l         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：
* m' v3 I. |/ A$ G9 t7 M" w) ?0 i               G（  dBi  ） =   10 Lg { 32000  / （ 2θ3dB,E ×2θ3dB,H ）}
, x: o( f4 ]5 B8 Z$ o) q             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。
* Y! z  ?$ Y: w+ H0 a) f0 t3 `        2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：
' e; N$ D4 g7 w- @/ j5 `               G（  dB i ） =   10 Lg { 4.5 × （ D / λ0 ）2}
             式中，  D 为抛物面直径；
6 A' n0 j2 L" @4 A( _                           λ0 为中心工作波长；
9 ?* @7 @5 e6 n0 J0 ^" u                          4.5 是统计出来的经验数据。
# {. S$ l# }& T        3）对于直立全向天线，有近似计算式
* |$ B. H0 `+ L               G（ dBi ） =   10 Lg { 2 L / λ0 }
0 |9 {7 }  r7 T! D" I             式中，  L 为天线长度；
$ c) c: w0 m  _9 u( D$ I3 t$ a                           λ0 为中心工作波长；

汪洋大海

% O6 D7 p7 D8 g  _, j$ V
2 i0 [; e/ e2 E# S" B2 I7 a8 W
2 p) W1 ?6 }( A3 F; l+ f4 M* {' c/ i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。
6 l+ i2 b. B* p$ y2 w
注意，我们讨论的都是无障碍的自由空间。
$ Y0 H; ]. ~5 X

汪洋大海

上面的公式，讨论都特别强调了是自由空间。
4 f$ w# ?  |; a; O3 L1 W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。
4 ^; r. Z( Y; C/ e/ T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。
; F, F& T8 `% d( t& s
% r( f$ d3 O: X0 `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：
* L6 x" e8 O/ }
当F为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km；

2 b9 E. C& T- J# e; \4 {4 E8 k空间损耗=32.4+20lg（F）+20lg（D）；
9 c# y* v% A/ k" Y) ?/ y9 q" a
' B- M8 {) Y2 M5 Z) T当F为频率，单位：GHz；D为距离，单位：Km；

4 L/ B6 t. c8 N1 ^3 V3 w3 k! P' |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
Pr=Pt+Gt-L+Gr

+ Y5 y$ @- M& ?0 b8 k) i" nPr 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

$ i2 N$ }5 {0 f7 h; O, _) g% E+ G先给出条件
& u+ a# m' Y8 i% P
天地通信距离： 地球同步轨道=35786 Km
: [6 w+ a& j1 [1 m9 _
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
0 O# {' W( g7 e
' z# u1 ?1 D" j3 R5 c发射功率： 100W

7 J1 C* w) p. \# s/ J9 H后面就让我算一算哈，结果稍后发出

从无到有

" a# c" u4 _: E' Z! V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
$ v$ ^* n8 E$ A& D0 [; Q% s分别计算出   3GHz的空间衰减 L3 = 92.4 + 9.5 + 91.1 = 193
0 w* ]8 X, X( M/ A                  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
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
( e) D4 d' G' }* J1 V                 30GHz的天线增益为 Gt30 = Gr30 = 10 lg [4.5 x (10/0.01) 2] = 66.5


% J0 A+ p+ [: @1 i& @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
2 e9 D# Y3 c# Y- d6 n0 s9 k4 \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
+ H5 U3 z0 @7 [! I& Z                          30GHz 接收机 接收到信号功率Pr30 = 50dBm + 66.5 - 213 + 66.5 =-30dBm

3 ^/ i: R) Y$ ?
' `3 [/ r. |4 D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}
' e9 M3 u# f+ q8 v
6 p6 U) C6 y  g  l1 a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。

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

3 j2 ]  v3 w$ v9 V  [1. 可以顺利穿过电离层，不会被反射或吸收

5 R2 b% h- p# j7 C, V. o2 u3 S' [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