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
& a" H1 f: q9 B7 h1 Z% M, a0 D0 j: o         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：
/ o+ s3 i, I: |               G（  dBi  ） =   10 Lg { 32000  / （ 2θ3dB,E ×2θ3dB,H ）}
, i; v& T( Z+ T9 {# K& |, p             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 B: D8 h0 S% f5 \        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；
: G  F! B: n( k$ B; q* K1 r: ]                           λ0 为中心工作波长；
) x8 H. O; ]+ G, j  {. k                          4.5 是统计出来的经验数据。
5 {; c6 Q; @  J        3）对于直立全向天线，有近似计算式
               G（ dBi ） =   10 Lg { 2 L / λ0 }
$ E4 m) Q: K# @7 T             式中，  L 为天线长度；
                           λ0 为中心工作波长；
6 F6 i  u9 m1 P$ Z2 z

汪洋大海

: c! c5 R4 J6 ]- {# {- c, a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。
) C/ R, [: `! v- ?! {. c; o
注意，我们讨论的都是无障碍的自由空间。
/ R# a3 _1 V% l4 c

汪洋大海

上面的公式，讨论都特别强调了是自由空间。
9 Z8 \% K) b5 |& ^! ]3 y! K$ Q  G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。
) c( A) Y/ D/ _9 Q' G$ g
/ R: `1 @: v+ f/ _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~
" x7 W; x3 M, ?2 U" d4 t, p/ {
# C1 {3 D9 \3 [+ ]' j自由空间损耗公式为：
% A0 A( i5 T4 T
当F为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km；

% X: O* ]4 z$ P空间损耗=32.4+20lg（F）+20lg（D）；
& }8 l* l) H+ B: G+ H, T
当F为频率，单位：GHz；D为距离，单位：Km；

, w9 R) @# a; r. o% t1 a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

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
! o" P0 w* ?2 ]
先给出条件
$ K6 q* O0 x; e$ |
3 l3 T6 A3 H2 J+ T2 h9 o" r天地通信距离： 地球同步轨道=35786 Km
4 q$ Y% ~0 m9 Q4 l1 L2 _3 g* x
, x& D& ~+ r- v3 v6 g2 c  P$ J通信频率：3GHz 和 30GHz
3 j; K+ H: b, N% m1 k- B$ F7 R5 R% \
发射接收天线的尺寸： 都定为10m 的抛物面天线
9 |( Z" U- i5 T+ M
发射功率： 100W
" g: \; t: o+ E/ R) ^2 l1 {
后面就让我算一算哈，结果稍后发出

从无到有

6 e/ ?3 A- [) j* I' }
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- K" c7 H+ M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

6 n" }1 h# K/ b4 \: R
2 C+ S  f; D4 V/ |! l( p4 u2 H# ?: N然后计算发射和接收天线的增益
. r! u$ |) G* Z! l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
! n) l3 y: B: @9 w, d                 30GHz的天线增益为 Gt30 = Gr30 = 10 lg [4.5 x (10/0.01) 2] = 66.5
; q7 x: [5 F( ~

最后计算实际的链路功率
% v% |: U, O/ `( I( x  {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
# C  y7 ^$ I) @- y9 @& s, 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
% d/ n( f: I" t- N                          30GHz 接收机 接收到信号功率Pr30 = 50dBm + 66.5 - 213 + 66.5 =-30dBm
1 ~. V  b8 j2 G& X+ g! d% D6 E" j% G. z
+ {% L# g! i  Z. ~" z
2 {* y: f' f" B9 C0 v4 L嗯，确实同等条件下，更高频率的通信链路效率更高啊。
, S) X0 v+ v3 R

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}
1 z' Q* a8 s$ I=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。
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
4 d! M3 K3 z5 L$ X; T/ U0 d
1 b! K. o( u) A1 @1. 可以顺利穿过电离层，不会被反射或吸收

7 v( n4 e4 L& J0 r' }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