复杂电磁环境预测系统设计与实现

1.2 自然电磁辐射对电磁环境的影响

自然电磁辐射最重要的就是热噪声。热噪声是稳定上升到绝对零度（开氏温标K,0 K=-273 ℃）以上时激发的电子随机运动引起的。它可以像其他电磁能量那样产生辐射，特性是高斯白噪声，分布在每个频率上。噪声功率表达式为：

工程应用中，为分辨小信号一般采用式（1）的对数并乘以10的形式，于是得到噪声功率为：

1.3 无线电磁波的传播

无线电磁波在传播过程中主要遭受到的损耗是扩散损耗、路径损耗和吸收损耗。扩散损耗主要是无线电磁 波的球面效应（惠更斯原理）产生的损耗。路径损耗是无线电磁波在传播中遇到障碍物时产生的损耗。吸收损耗主要是无线电磁波受到大气中水和氧气引起的损耗。 由于高频才出现吸收损耗，一般来说不考虑电磁波的吸收损耗。对于自由空间来说，电磁波因扩散（见图3）形成的自由空间损耗为：

电磁波的自由空间损耗与电磁波传播的频率和距离密切相关。它决定了无线电发射台站对某一地理位置的最大场强的预测，影响到无线电台站间部署的位置、使用的频率和发射的功率等参数。最大场强预测公式为：

比较典型的有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。

在构成复杂电磁环境的多个无线电的第i 个辐射源，它在某一位置j 产生的最大场强为：

这样遍历所考虑的辐射源集合的每个元素，即i ={1,2,3,…，N} 就可以知道各辐射源对某一个地理位置电磁环境构成的影响。

2 基于PE的复杂电磁环境预测方法

抛物型方程（Parabolic Equation,PE）是从基本的麦克斯韦方程组经严格推导，分离掉时间因子和后向传播分量后得来的，并且方程中包含了折射效应和绕射效应，满足全波解 的要求，通过PE 方程能够很好地解决直、绕射和散射等过程对电磁波传播的影响，从而给出电磁场强预测的确定解。

在线性、各向同性的均匀媒质中，E 和H 满足的麦克斯韦方程的微分形式如下：

上述方程组中，μ 是磁导率，ε是电容率，σ 是电导率。

根据取旋度与求导法则得：

式（7）称为电场的一般波动方程。

研究二维坐标下的电磁波传播特性。即为在x-z直角坐标系内建立电磁波传播模型，其中x 代表水平传播方向，z 代表垂直传播方向，如图4所示。