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

& r% u% W3 h5 C& ~8 k; P: s

汪洋大海

   1.3.6   天线增益的若干近似计算式
; [, p3 n& W( Z. v2 T! b, O$ f         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 ）}
) I4 Q* J% e: ?' z3 s             式中， 2θ3dB,E 与 2θ3dB,H  分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度；
( ?0 T; q* I' n1 H' L0 k                          32000 是统计出来的经验数据。
        2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：
& D/ W4 r" V( y" _( O               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。
, J+ |0 O3 s4 j        3）对于直立全向天线，有近似计算式
* S9 b* X$ T% Z+ R" n' D9 S& I               G（ dBi ） =   10 Lg { 2 L / λ0 }
             式中，  L 为天线长度；
% f4 S4 L4 o: O- V2 v2 r6 I                           λ0 为中心工作波长；
' d; k: j, x/ R! {2 @! ~" O

汪洋大海

1 b1 G! S8 L4 G( k0 f
6 B7 [  H* h. u  ^( x
" y: Z0 w: U$ n2 x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。

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。
  W2 w! N& {- N9 z, }7 H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。
% n: S! Y6 p0 Q* A3 o! E' O这个场景下，频率越高，衰减越大。
. s( S& v' b0 G1 O/ n

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。

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~
$ B. h9 k/ d: J, G6 d! H
) _1 k% ]7 G" V自由空间损耗公式为：

; W7 b! m! \' r0 y" M0 z当F为频率，单位：MHz；D为距离，单位：Km；

" G1 [' Z( N6 L% `9 q空间损耗=32.4+20lg（F）+20lg（D）；

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

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

先给出条件

+ n! q- {0 \5 |天地通信距离： 地球同步轨道=35786 Km

/ q& k% _% C3 D; d* W& @3 i通信频率：3GHz 和 30GHz
% Z5 {! _# _- |6 X6 C8 O
' u$ @+ B5 U5 G6 m  p- z发射接收天线的尺寸： 都定为10m 的抛物面天线
5 A! u$ V5 W/ A4 x% ~& ~
发射功率： 100W

  w4 N) k- G' W/ r% M1 f; T* t7 h: u后面就让我算一算哈，结果稍后发出

从无到有

4 t  X8 G1 l& Q& t( S4 Z首先计算自由空间衰减
  }6 h. W( O" e0 P2 P由于是GHz 频率，所以代入公式 L = 92.4 + 20lg（F）+20lg（D）单位为dB
$ b- I; w) `0 }8 E                 设卫星和地面的距离D=36000km
分别计算出   3GHz的空间衰减 L3 = 92.4 + 9.5 + 91.1 = 193
& Q6 E9 w) K! t- `) |* Z, |                  30GHz的空间衰减 L30 = 92.4 + 29.5 + 91.1 = 213

( j. w7 u" m* ?, ]
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
3 e6 h, n. V  d: M. |- t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


% o4 l* v8 J  M. \" V) }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
+ ~! |% C$ e) j5 N5 t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
# w1 r$ ^- w4 ?                          30GHz 接收机 接收到信号功率Pr30 = 50dBm + 66.5 - 213 + 66.5 =-30dBm
" U* D3 n6 t  R: S& L: R) u
4 g' q. K0 a! w% t8 E0 p3 b' g  v! A
1 G. X4 g; {5 A  R8 `3 x8 y嗯，确实同等条件下，更高频率的通信链路效率更高啊。
. e% y& F5 n6 \4 o$ ]- U- D9 {

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}

" d7 s$ t0 O* E0 q( ?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。
# p! I/ C( n" a) m- k0 s( ? 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。
* u- f2 B1 G4 I2 h" i

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

  Q" z) ~1 D, W6 B! z1. 可以顺利穿过电离层，不会被反射或吸收
" @* c) _- t3 t! n
" {" ~5 b4 a4 C* F; \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