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

' W- b6 m. T9 I7 U& N* [

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：
5 N' a+ y- T% z( j6 r" m               G（  dBi  ） =   10 Lg { 32000  / （ 2θ3dB,E ×2θ3dB,H ）}
' o7 L" @( @2 D4 Y4 h$ 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；
$ U1 j" I5 r9 k- p+ d$ ?1 V9 t4 i                          32000 是统计出来的经验数据。
7 c" t$ B2 i; Y( E: Q        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；
                           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
2 [/ o. z( V# p6 N0 x+ h* e# U               G（ dBi ） =   10 Lg { 2 L / λ0 }
5 H+ X  t% v9 \+ Q: ]             式中，  L 为天线长度；
+ |5 D( w& S% Y  O                           λ0 为中心工作波长；
, P9 E1 x- {9 i: Q$ V

汪洋大海

0 N& E( I4 f6 C2 J
3 a  ], U, M! D/ g& M
4 U0 \% W1 [( G2 }9 N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 q2 q2 O* v% S. W& a- r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。
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。
( u/ l8 y) h& ^/ z$ M1 J. V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。
; G# s0 _. ?  G3 P  a2 A  _
3 j9 x) q: y' h, L; |5 }  Z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~
# y- z' q# V$ p: C3 X! w
! Y4 }6 I& T) X4 C6 g# @自由空间损耗公式为：
, s( m, w) i9 J8 t3 `; u
当F为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km；
$ [5 C( ?3 u4 E# Z: `/ b: h
% n$ ~* ~. f4 z# R$ d% {空间损耗=32.4+20lg（F）+20lg（D）；

, L: d0 _: B! F4 c0 s" x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
Pr=Pt+Gt-L+Gr
# d8 B" ^+ C8 G8 F" N! X1 W
! Z( s  G$ h, zPr 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
) m/ c6 T1 l, {+ n6 Q" b* c, S7 C
先给出条件
. r& _4 c7 `" }5 q+ O' J- I6 |
天地通信距离： 地球同步轨道=35786 Km
+ e- n; J) l; r5 U
, }, a$ Q4 F+ x通信频率：3GHz 和 30GHz

% ]5 k3 G6 c  k; b发射接收天线的尺寸： 都定为10m 的抛物面天线
; Z! G7 o. y/ R
发射功率： 100W
6 k. a# Z; I7 u/ d$ i- H
后面就让我算一算哈，结果稍后发出

从无到有

0 U  ]& q* s2 q+ j+ m$ o3 [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
) K" K4 R) @/ ?9 x# _1 k# F                 设卫星和地面的距离D=36000km
% \5 c( F' N) F6 u) y7 u9 `! G分别计算出   3GHz的空间衰减 L3 = 92.4 + 9.5 + 91.1 = 193
% G: n  P$ ]; ]- O- ?7 L                  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
0 K+ @% C! d2 }2 P. }9 N' Q* w9 g: S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
) a6 n2 T% t& y( r) X) e% [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
$ [; G1 @' X9 q* \  Q2 ?" w
* L$ R7 t( o1 q2 G
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
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
- V" [% g  Z7 {1 H9 J& _1 A8 R

% @( m8 J8 [; B7 m( _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}
% b* I( X7 V9 a, Y. y) P=Pt+10 Lg { 4.5 × （ D × F/c ）2}- （92.4 + 20lg（F）+20lg（D0））+10 Lg { 4.5 × （ D × F/c ）2}
! P0 j- z! n" c5 q, ^
4 P) E3 m. `, P: 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。
4 T$ w( F! z; s  M* H/ r$ r! z

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 Y/ l3 r9 S' c8 {. M- |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