大气的不均匀使大气的成分、压强、温度和湿度都随高度变化，引起大气折射率也随高度发生变化，这将导致电波传播方向发生变化，并同地面反射和直射造成微波的多径衰落。电波在自由空间的传播速度c与在大气中的传播速度v的比值，即n=c/v。当无折射时，地球半径为R0，余隙为hc，地球突起高度为h，d1、d2分别为反射点到收、发两端的水平距离，则任一点的地球凸起高度为：
   
    考虑电波折射，地球等效半径Re等效地球凸起高度为：
   
式中d1、d2以km为单位，R0=6 370 km，代入式(10)，则有：
   
    设地球凸起的高度变化为△he，在数值上，余隙的变化就是地球凸起高度的变化。即：
   
等效后的余隙hce为：

    由式(13)可知：当K>1，正折射时，等效余隙hce增大；K<1，负折射时，等效余隙hce减少。在实际选用天线时要综合考虑各种因素，应重点考虑地形、地面反射和大气折射的影响。

3 微波天线优化方法的研究

    为保证微波天线的发送端可有效将信号发送至目的地或中继站，在接收端能够可靠接收到信号，应在充分考虑地面、大气及其他自然因素影响的基础上采取一定优化措施。
3.1 分集技术的优化
    分集技术，就是在接收端将相关性较小的多路收信机输出信号进行选择或合成，从而减轻多径衰落造成的影响。分集技术是通过查找和利用自然界无线传播环境中独立的(至少是高度不相关的)多径信号来实现的，如果一条无线传播路径经历了深度衰落，而另一条相对独立的路径中可能仍包含较强的信号，因此可以在多个信号中选择2个或更多的信号进行合并，这样可同时提高接收端的瞬时信噪比和平均信噪比．一般可提高20~30 dB。具体实现方法有以下几种：
    (1)空间分集又称天线分集 图3是移动通信中使用较多的分集形式，采用多副接收天线来接收信号，然后进行合并。为保证接收信号的独立性，要求天线问的距离足够大，在理想情况下，接收天线之间的距离只要大于波长λ的一半即可。从技术角度讲，分集天线数即分集重数越多，性能改善越好，但当分集重数多到一定程度数时，分集重数继续增多，性能改善量将逐步减小。因此，分集重数在2～4重较合适。

    (2)极化分集在移动环境下，空中的水平路径和垂直路径是不相关的，因而信号也呈现不相关的衰落特性。在发射和接收端各装两副天线，一副水平极化天线，一副垂直极化天线，可得到2个不相关的信号。在蜂窝移动用户激增时，这一技术在改进链路的传输效率和提高容量方面效果明显。
    (3)角度分集信号在传输过程中受环境影响，使得到达接收端的信号不可能是同方向的，这样在接收端安装方向性天线可合并不相关的信号。
    分集改善效果指比较采用分集技术与不采用分集技术对减轻深衰落影响的效果。常用标称改善效果定量衡量分集的改善程度，即用分集增益和分集改善度2个指标来描述。分集增益是指在某一累积时间百分比内，分集接收与单一接收的收信电平差。这一电平差越大，分集增益越高，说明分集改善效果越好。分集改善度指在某一相对的收信电平时，单一接收与分集接收的衰落累积时间百分比之比，其比值越大，说明分集改善效果越好。