电波传播理论
《电波传播》PPT课件
0.2
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
/ (°)
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
0 0
H3.0
V3.0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
/ (°)
(a)
(b)
干土的反射系数
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25
当Δ很小时,将 r 2H1H2 代入下式
F02
1 3
F12
(5)
,根据定义,有
F00.577F10.577
d1d2
d
(6)
由上式可见,当距离d一定时,波长愈小,则传播主区
的半径愈小,菲涅耳椭球区也就愈长,最后蜕化为一直线,
这就是几何光学中“光线沿直线传播”的证明
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1144
地面对电波传播的影响
地质的电特性:介电常数,电导率,磁导率 地球表面的物理结构:地形起伏、植物以及人为建
(12)
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28
【例】 某通信线路,工作波长λ=0.05m,通信距离 d=50km,发射天线架高H1=100m。若选接收天线架 高H2=100m,在地面可视为光滑平面地的条件下, 接收点的E/E1=?今欲使接收点场强为最大值,调整 后的接收天线高度是多少(应使调整范围最小)?
解 地面反射波与直接波之间的相位差为
| E/ E1 | | E/ E1 |
2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 d/ 104 m
(a)
1.8 1.6
1.4 1.2
1
0.8
0.6
0.4
电波传播理论复习资料(整理后)
第一章绪论1.掌握正常的和反常的两种类型传播模式的基本概念;正常的传播机制总是存在,如图1.1所示:反常的传播机制偶然存在,如图1.2所示:2.掌握超短波和微波的主要传播效应。
1、晴空条件下的视距传播——在晴朗天气的情况下,当传播路径两端点之间没有障碍阻挡或者障碍阻挡可以忽略时,超短波和微波按照视距传播。
【视距传播不仅仅是自由空间的传播(即空间扩散损耗);还要计及大气气体对无线电波的吸收损耗(水汽和氧气对电波的吸收损耗)。
晴空大气中,还存在许多其他复杂的重要的视距传播现象(晴空大气中的层结以及湍流不均匀体对无线电波的反射、折射、多径传播、散射、散焦和聚焦效应等等)。
)】2、绕射传播——当传播路径两端点之间的传播余隙小于第一费涅尔半径时,即波传播的空间受到地面地物某种程度的阻挡时,就会产生绕射损耗。
【对于非视距和超视距传播的情况,绕射损耗可以是很严重的。
绕射损耗的大小与频率、余隙、障碍的位置和形状等因素有关。
为了计算因地面地物障碍阻挡引起的对无线电波的绕射损耗,首先必须制作准确的电路地形剖面图,定义和计算相关的几何参数。
在出现负折射的情况下,绕射损耗尤其严重;在超折射条件下绕射损耗则变小。
所以,当气象条件不稳定时,容易出现绕射衰落。
】3、地形、地物的散射和反射4、雨、水凝体和沙尘对电波的散射和衰减5、多径传播和聚焦效应:【多径传播——大气层结的反射和折射以及地面地物的反射和散射使得在接收点所接收到的信号是多条射线合成的总效果。
这些多径射线具有各自不同的相位和幅度,所以多径射线的合成是向量的合成。
并且由于各条射线幅度和相位的随机变化,最终产生所谓的多径衰落现象,这是对无线电通信的质量水平具有非常重要的影响。
聚焦效应——当射线在对流层中传播时,由于大气折射指数的不均匀性会产生聚焦和散焦效应。
聚焦会使信号大大增强,相反散焦会使信号减弱。
聚焦、散焦何时出现和强度如何均与气象条件有关,而气象变化也是随机的。
《电波传播理论》课件 地表面波传播模式
Z
Z O
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对E1x
o 2
H1y取x的导数,得
空间波
E1x o H1y
(1)
x
2 x
地表面波
从方程 E=0,得
E1Z
E1x = E1Z
(2)
x
Z
8
又从方程 H 1
j
0
E
1,
得
E1y x
j 0E1Z
(3)
把(2)(3)式代入(1)式,得
E1Z z
0 2
( j 0E1z )
由于地球表面呈球形使电波传播的路径按 绕射的方式进行。
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3
第2节 地波传播场强的计算
偶极子天线所产生的地波垂直电场E通常表示为: E E0 A
其中,E 0 为理想导电地面上的垂直电场; A 称为衰减因子,它是频率、距离和地面电参数的 复杂函数。
一般说来,频率愈高,地面电导率愈低,地 波随距离衰减就愈快。
均匀层:对电波传播影响很小
对电波传播的影响大小取决于大气中带电 粒子的多少。
对流层折射的影响
对流层的特点 如果对流层是均匀的,介电常数是常数,那 么,无线电波的传播将沿着直线进行。但是对 流层是不均匀的,不是常数,而是随着离地 的高度和温度而变化。无线电波在对流层中的 传播可以看作是从彼此系数不同的一个介质薄 层进入另一个介质薄层,这时传播路径将发生 连续弯曲,即发生折射。
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1
第1节、地表面波传播特性
❖ 沿地球表面以绕射方式进行传播的无线电波传播模 式,称为地波传播
❖ 特点:
信号比较稳定 半导电性地球表面的影响较大 地面对地波有较大的衰减 地面上方垂直方向电场强度远大于水平方向电场强度
移动通信电波传播理论与模型
Pr
Gt Gr 1
L
4 d
2
L dB
10 lg
4 d
2
(dB)
20 lg
4 d
(dB)
[L]dB 32.44 20 lg f0 20 lg d
f0 为工作频率,单位为MHz;
d 为收发天线之间的距离,单位为km。
18
2.3 基本电波传播机制
3
发射机天线发出的无线电波, 可依不同的 路径到达接收机,当频率f>30 MHz时,典 型的传播通路如图所示。 沿路径①从发射 天线直接到达接收天线的电波称为直射波, 它是VHF和UHF频段的主要传播方式;沿 路径②的电波经过地面反射到达接收机, 称为地面反射波; 路径③的电波沿地球表 面传播, 称为地表面波。
28
绕射发生在当接收机和发射机之间的无线路径被 尖利边缘阻挡时,由阻挡表面产生的二次波散布于空 间,即波在传播的过程中,行进中的波前上的每一个 点,都可作为产生次级波的点源,这些次级波组合起 来形成传播方向上新的波前。另外,当发射机和接收 机之间不存在视距路径时(LOS,line of sight,指移 动台可以看见基站天线;NLOS,非视距是指移动台 看不见基站天线),围绕阻挡体也会产生波的弯曲。
34
图3 – 4 绕射损耗与余隙关系
35
散射发生在介质中存在小于波长的物体 并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大 时。散射波产生于粗糙表面、小物体或 其他不规则物体,反射能量由于散射而 散布于所有方向。
36
i
当入射角为 i 时,则表面平整度的参数高度为:
hm 8sini
如果表面上最大的突起高度小于 hm,认为该表面
无线电波传播理论
电离层传播模型需要考虑电离层 的结构、成分、电子密度等参数 ,以及电离层对电波的吸收和反 射等作用。
地面对无线电波的吸收
地面对无线电波的吸收是指电波在传 播过程中,由于地面物质的吸收作用 而导致的能量损耗。
VS
地面对无线电波的吸收与地面的物质 成分、湿度、温度等因素有关,不同 的地面类型对电波的吸收程度不同。
对流层传播模型
对流层传播模型适用于电波在对流层中的传播,由于对流层的气象条件复杂多变,电波传播受到大气 折射、散射、吸收等因素影响。
对流层传播模型需要考虑大气温度、湿度、气压等参数,以及气象条件对电波传播的影响。
电离层传播模型
01
电离层传播模型适用于电波在电 离层中的传播,电离层对电波的 折射、反射、散射等作用会影响 电波的传播路径和强度。
、雷达等领域。
无线电波的产生与传播
产生
无线电波可以通过电子运动、振荡器 、天线等设备产生。
传播
无线电波在传播过程中会受到多种因 素的影响,如大气、地形、建筑物等 ,其传播方式和距离也会因此而有所 不同。
02 无线电波传播方式
直射传播
直射传播是指无线电波直接从发射天线沿直线到达接收设备 ,不经过其他介质或物体的反射、折射或散射。直射传播的 路径损耗较小,信号质量较好,但受地形、建筑物等遮挡物 的影响较大。
自由空间传播模型
自由空间传播模型适用于电波在自由 空间中的传播,其假设电波在均匀介 质中沿直线传播,不受地球曲率、大 气折射等因素影响。
自由空间传播模型的公式为:$d = frac{c}{2pi f sqrt{epsilon}}$,其中 $d$为电波传播距离,$c$为光速,$f$ 为电波频率,$epsilon$为介电常数。
《电波传播理论》课件 自由空间和空间波传播模式
10km 距 场
频
离
强
率
57dBu
接 收 功 率
E 57 10lg50 74 dB
100MHz
标尺1
标尺2 标尺3
标尺4
本图适用于半波偶极子天线,标尺2表示辐射功率为1W
的场强作为距离(km)的函数,对于Pt(W)的辐射功率,
应在标尺2的数值上增加一个校正值10
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lg
pt(dB)。
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10
自由空间的电波传播模型
距离发射机为d时,自由空间中接收点的场强为
E(dBv/m)
14.77 Gt (dB) 10 lg
P
- 20 lg d
E(dBμ)
74.77
Gt
(dB)
10
lg
P
-
20
lg
dkm
式中,E为场强,单位为dBV/m; PΣ为辐射功率,单位为W; Gt为发射天线的增益。
❖ The atmosphere of our planet does not refract or bend the electromagnetic wave much.
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d 2h
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各种电波传播模式的主要特点
❖ 空间波:在传播过程中,电波会发生折射、反射、 散射等现象。在微波通信中采用视距传播。天线架 设在地面以上大于几个波长处。
❖ 地表面波:长波,中波一般采用这种传播方式。天 线直接架设在地面。
❖ 天波:只有这种电波传播方式才能将电波传送到数 千公里以外。短波通信采用的就是这种传播方式。
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第2节 电波在自由空间中的传播
电波的传输原理
电波的传输原理电波是一种无线电波,是由电磁感应产生的。
电波的形成和传输是基于电场和磁场的规律。
电场是由带电物体产生的一种力场,它可用电场强度来描述。
当带电物体发生振动或受到变化电场时,电场强度也会随之变化。
这种变化在空间中扩散形成电磁波,也就是电波。
电波的产生是由带电物体的振动或变化电场引起的,有规律的电流变化会形成有规律的电场变化。
磁场是由带电物体运动时所产生的力场,它可用磁感应强度来描述。
当电场有变化时,磁场也会有变化。
根据法拉第电磁感应定律,变化的磁场会产生电场,进而产生电流。
这种由电场和磁场相互作用产生的变化称为“电磁感应”。
电磁感应现象是电波产生的基础,它使电波传播过程中的信息得以传递。
当变化电场和磁场相互作用时,就能产生电波。
电波的传播速度等于电磁场强度的传播速度,也就是光速。
电波的传播可以通过波动理论来解释。
根据波动理论,电波是以波动的形式传播的,它具有波长、频率和振幅等特征。
振幅决定了电波的强弱,频率决定了电波的音调或颜色。
比如,低频电波用于长波广播,高频电波用于卫星通信。
电波在传播过程中会受到干扰和衰减。
干扰是由其他电波或物质对电波传播的影响,如果多个电波频率不同,可以通过调谐来解决干扰问题。
衰减是电波在传输过程中逐渐减弱的现象,它会导致电波信号的质量下降。
电波的衰减与距离、信号频率、传播环境等因素有关。
电波的传输有多种方式,其中最常见的是通过天线传输。
天线是一种特殊的装置,它能够将电波转换成电信号,或将电信号转换成电波。
在发送端,电信号经过调制后被转换成电波,然后通过天线发射出去。
在接收端,天线接收到电波后将其转换成电信号,经过解调后得到原始信息。
总之,电波的传输原理是基于电场和磁场相互作用的电磁感应现象。
电波以波动的形式传播,其中的信息通过电场和磁场变化来传递。
电波的传输方式多样,其中最常见的是通过天线进行传输。
电波的产生和传输是现代通信技术中不可或缺的基础。
05 无线电波传播理论及5G频谱
w2
ε 0μ 0
ε μ ε 0μ 0
E2
θ
θ
WdBm XdBm
E1
穿透损耗=X-W=B dB
电磁波穿透墙体的反射和折射
穿透损耗
P
1
4
Lfs 10log(
Pt Gt Gr
) 20log( ) (dB)
Lfs 32.45 20log(dkm ) 20log(fMHz ) (dB)
其它传播模型都是以自由空间传播模型为理论基础发展起来的
无线传播的特点
陆地移动通信的电波传播机制
LOS和NLOS
实际环境的无线传播
空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场,而变化的电场又能激发涡旋磁场。 交变的电场和磁场互相激发就形成了连续不断的电磁振荡即电磁波。 电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化,电微波在真空中传播的速度,等于光在真空
中传播的速度。 光和电磁波在本质上是相同的,光是一定波长的电磁波。
无线传播的理论基础
若接收天线有效接收面积为Ae (m2),增益为Gr (dBi) ,则两者关系:
2 Ae 4 Gr
(m 2)
因此在距离d处接收到的功率为:
P Pfs A e
P tGt
4d
2
2Gr 4
2 (4d) 2 Pt Gt Gr (W)
无线网络规划、设计的理论基础是传播损耗,自由空间传播损耗为:
10~1m
分米波(UHF,超高频)
300~3000MHz
2
10~10cm
厘米波(SHF,特高频)
3~30GHz
10~1cm
毫米波(EHF,极高频)
30~300GHz
5.无线电波传播的基本理论(V0.2)
移动台距基站的距离 绕射损耗
d
LDIFF
H eff 基站天线的有效高度
6
反射
在平地面上传播的双射线模型
7
多径衰落
多径衰落
当接收机在可引起反射、绕射的复杂环境下移动时, 当接收机在可引起反射、绕射的复杂环境下移动时, 在不到一个波长范围内会出现几十分贝的电平变化和激烈的相位摆动
8
绕射
当接收机和发射机之 间的无线路径被物体 的边缘阻挡时发生绕 射。 绕射使得无线电信号能够传播 到阻挡物后面。 到阻挡物后面。
通常基于几何绕射理论 )、物理光学 (GTD)、物理光学 )、 (PO)的射线跟踪或其 ) 他精确方法。 他精确方法。
29
三类小区
宏小区(宏蜂窝) 宏小区(宏蜂窝)
覆盖范围通常大于1Km 覆盖范围通常大于 高发射功率,大于20W 高发射功率,大于 高增益天线10dBi~20dBi 高增益天线 ~ 天线高过周围环境 常用于郊区、农村、 常用于郊区、农村、公路等 解决覆盖问题 通常采用经验传播模型或半 确定性经验传播模型进行预 测
16
陆地移动通信中的无线信号
小尺度衰落 小尺度上信号包络的变化是描述多径衰落的, 小尺度上信号包络的变化是描述多径衰落的, 通常服从瑞利概率密度函数, 通常服从瑞利概率密度函数,因而也称为瑞利 衰落。 衰落。 中尺度衰落 中尺度的传播机制描述的是阴影衰落, 中尺度的传播机制描述的是阴影衰落, 当以分贝表示时, 当以分贝表示时,这种变化趋向于正态 高斯)分布, (高斯)分布,通常称为对数正态衰落 大尺度衰落 大尺度的传播机制描述的 是区域均值, 是区域均值,具有幂定律 传播特征, 传播特征,即中值信号功 率与距离长度增加的某次 幂成反比变化
电波传播理论(公式)
图4.4,图4.5,图4.6(第四章思考题2)答:五种典型的大气折射:(其中ρ为射线的曲率半径,a为地球的曲率半径)在真实地球中,有:如图4.4负折射——射线曲率半径,射线为曲线,下凹;这对应于,即折射率随高度而增大。
无折射——射线曲率半径,射线为直线;这种折射对应于,即折射率是个常数。
也就是说,在均匀大气中,没有折射,射线自然是条直线。
标准折射——射线曲率半径,射线为曲线,上凸;这对应于,折射率随高度而降低。
临界折射——射线曲率半径,射线为曲线,与地面平行;这对应于,折射率随高度降低。
超折射——射线曲率半径,射线为曲线,上凸;这对应于,即折射率随高度而降低。
对于等效球面地球及等效平面地球,情况如图4.5、4.6,分析类似图4.4,但要注意它们的区别,在图4.4中,负折射时射线最靠近地面,超折射时离得最远;在图4.5中,具有阴影的2号等效地球表面是真实地球平面,T’和R’是T和R在真实地面上的投影,而等效地球的球面可由通过T’和R’的一系列圆弧来表示,其圆心在T’和R’的中垂线上,半径可根据相应的公式计算得到,此时负折射时射线最靠近地面,超折射时离得最远;在图4.6中,地面时固定的平面,在这种情况下,负折射时射线最靠近地面,超折射时离得最远。
不同大气状态下射线与等效地面的关系,如图:图5.3(反射面的费涅尔区P54)答:在使用镜像法处理地面对波传播的影响时,发射源的镜像可取代地面的作用。
此时,在发射源和接收点之间以及发射源的镜像与接收点之间的主要空间通道都必须满足费涅尔区(椭球)的要求。
地面反射的费涅尔区——以发射源的镜像和接收点为焦点的费涅尔椭球与地面反射的等效平面相交在地面上截取的部分地面(椭圆面)。
T为发射点,离地面反射等效平面的高度为,其镜像为T’,R是接收点,离等效平面高度,T,T’和R均在YZ平面上。
地面反射的等效平面与XY面重合,P为反射点。
图中椭圆以T’和R为焦点的第n阶菲涅尔椭球被等效平面所截取的n阶菲涅尔区的边界,中心在C点,椭圆的长轴在Y轴上,短轴通过椭圆中心平行于X轴。
电波理论
绪论1、无线电波的频率范围划分频率从几赫兹到3000GHz范围内的电磁波通称为无线电波。
无线电波传播是指无线电波在地球(含地下、水下和地球表面)、大气层(含对流层、微波波段主要应用在哪些领域:定点、移动通信;导航;雷达;卫星通信;中继通信。
2、简述电磁波传播的方式分类按载体媒质可分为地面传播、对流层传播、电离层传播和外大气层传播。
按传播机理可分为地面绕射波(地波)、反射与散射波(天波)和直射波(空间波)。
(1)地波:无线电波沿着地球表面的传播称为地波传播。
(2)对流层传播:1)对流层内视距传播当收发天线高架时,电波直接从发射天线传播到接收点称为实据传播。
2)对流层散射传播利用对流层中介质的不均匀性对电波的散射作用,实现超视距传播。
(3)天波传播(电离层传播):1)电离层反射传播利用电离层对电波的反射进行传播。
2)电离层散射传播利用电离层中电子浓度不均匀性对电波的散射实现远距离传播。
3)地-电离层波导传播,电波在以地球表面和电离层下缘为界的类波导空间中传播。
4)流行余迹反(散)射传播利用发生在80-120km高度处的流行电离余迹对电波的反(散)射作用,可实现远距离传播但时间短用于瞬间保密通信。
5)外大气层与星际空间传播,以卫星,飞船和星体为对象,电波在外大气层或行星际空间传播。
3、衰落,引起衰落的原因,衰落的分类衰落一般是指接收信号幅度随时间的不规则变化。
最常见的引起衰落的原因有:a.干涉型衰落。
它是不同传输路径的射线随机干涉的结果,因此又称为多径衰落。
b.衰耗型衰落。
它是由于传输煤质(包括连续性和离散性的媒质)对信号的吸收所引起,故又称吸收型衰落。
c.极化衰落。
这是电波在双折射媒质中传播时特有的衰落。
根据信号衰落周期的长短可分为快衰落和慢衰落。
衰落的持续时间短的为几毫秒至几秒钟,称快衰落;长的可达几分钟至数小时,称为慢衰落。
在许多场合中,信号幅度不仅随时间起伏,也随频率和空间起伏,它们分别称为时间选择性衰落,频率选择性衰落和空间选择性衰落。
电波传播理论在短波广播中的应用
I] ai i e. n a yFe u n y 51 vdB r r Ma u l rq e c ) r l
Tu i g a 0u ls oo i g 2 01 n n nd Tr b e h c . 0 . I
二阶频率分 量幅度对 称并且最小, 整方法, 消除 有着操作简便 、 作量小、 整 工 调 6陈 智 教 . 谈 四极 管 中短 波 广 播 谈
广 IM P 失真 , 取得最佳 中 二阶分量由于 精度高等优点 , 和; 是一种值得推荐的中和 发 射 机 的 中和 问题 . 播 与 电视 技
谐波失真影响过大, 调整效果不明显时, 则应检查调制器工作状态是否正常, 正常 时谐波失真应小于-0 B 3d ; () 6 在正常工作 状态下 ( 直流板压  ̄1k , 4V) 重复步骤 ( ) 3 至步骤 ( ) 但 5,
C10 4 的调整应在小范围内进行。
调整方法。 一
术 9 80 . 1 7 .1
艾渤等. 高功率 放大 器线性化技
术 研 究 . 波 学报 , 0 3( ). 微 2 7 0 2 1 11 辉 . 频 功 率放 大 器线 性 化 技 8刘 射
一 c 一州一 ~i~ k}T \ 一 )x d w一 , u- w 兰 一 ~~ ) k 一 ¨ ~ I一 n堇 (㈨ 帅¨ 一 吉 m r
- 专 题 玻术
| : f
1
Ne wo kT c n o y/ t r e h olg /
( )lk z 3 )lH 单音调制, ] l 逐渐加大音 和普遍采用丌 中和电路, 中和电 容通常使 频信号。 使调制度为8%; O
输出信号;
Pr s . J 】 e s 2(【3.
学, 学位论 文. { . 2 J 07
2020高中物理竞赛-电磁学篇(电磁场理论)07电波传播理论基础:各向异性介质中的电波传播b(共12
dt
m
dv dt
eE
v
B0
j
m e
v
E
v
B0
j
vx vy vz
e m
2 2
g
g
g
0
2 2
g 2g 2
j 2g 2
0
0
Ex
0
E
y
j
Ez
g
eB0 m
电子的回 旋角频率
磁化等离子体中传导电流密度为 J f v eNv 磁化等离子体中的Maxwell为:
E j0H H J f j 0E
r
1 j2
j 2 1
0
0
0 0 3
电离层的张量介电常数
E H
jj00rH
E
1
1
p2 g2 2
2
p 2g g2 2
3
1
p2 2
, p 2
Ne 2
m 0
对上述结果稍作分析得到: ① 当 g 时,电磁波的圆频率与电子自 旋频率相同,电磁波能量被电离层中电 子极大的吸收而处于磁旋共振状态,导 致电磁波能量极大被损耗。如果
电磁场理论
Electromagnetic Theory 2020高中物理竞赛 (电磁学篇)
一般情况下,地磁场远大于在电离层中传播的时 变化电磁场的磁场,所以有近似关系
0H B0
eE
ev0 H
c v
1
电子受到的作用力可近似为:
F
eE
v
B0
0 H
eE
v
B0
m
dv dt
F
对于时谐电磁场,电子的运动也应该是时谐运动, 因此电子的运动方程为:
电波传播理论-地面反射
第5章地面反射地而及地而覆盖物构成了无线电波在自然环境中传播的最主要边界条件。
地面及地而覆盖物的彫响,概括起来,主要是对无线电波的反射、绕射和散射,以及对电波的衰减和吸收。
对于超短波以上频率而言,主要关心无线电波在地面以上空间中的传播,通常并不关注地波传播问题,所以地面的影响主要表现在对无线电波的反射、绕射和散射等方面。
当无线电波在光滑地而(如水而、开阔的平地等)上传播时,会出现镜反射现象,即地反射射线与直接射线在接收点相互干涉,合成场强可表现出强烈的衰落。
当无线电波在粗糙地而上传播时,地而会产生散射(漫反射)波,它与直接射线之间不会形成干涉现象,只是功率相加,合成信号不会出现大幅度的衰落,只是表现为信号的闪烁与起伏。
至于地而光滑与粗糙的判别标准,也有规矩可循,它就是雷利判据,本章将有讨论。
地而及其覆盖物对无线电波的阻挡将引起无线电波的绕射现象,绕射可造成电波的额外衰减。
不过,绕射问题这章不讨论,将在下一章作详细研究。
5.1镜反射和漫反射从严格的波动观点看来,地而反射是个边值问题。
来自初始辐射源的电磁波在地而上激起传导电流和位移电流,致使地面成为二次辐射源,地面的每个元而都是二次波源°接收点的场强是初始辐射源在接收点建立的场强和与所有二次辐射源在接收点建立的场强,两者合成的总效果。
从反射传播的效果上说,地而可以分成两种类型。
一种是所谓的光滑地而,另一类是粗糙地而。
对于光滑地而而言,各个元反射而的取向是相同的,可以采用镜反射的几何光学方法处理地而对无线电波传播的影响,即所谓的镜像法。
镜像法是说,如图5」(a)所示,T为初始辐射源,地面(平面)对接收点R 场强的贡献完全等效于初始源T的镜像「的贡献,只是注意,真实源T与虚拟波源「之间有一个相位差兀。
镜反射波是相干波,它与直接射线之间的干涉叠加,可以使接收信号出现很深的衰落,可对无线电通信的质虽:和可靠性造成破坏性的影响。
对于粗糙地而而言,如图5.1 (b)所示,组成粗糙地而的诸多元而,英取向和髙度等都可以是随机的, 也就是说,苴二次辐射波的幅度和相位都是随机的。
无线电波传播基础理论
Lp-从基站到移动台的路径损耗(dB) f-载波频率(MHz)
hb-基站天线高度
d-基站到移动台之间的距离(m)
hm-移动台天线高度(1~10m),一般取1.5m,单位为m
AOkummuramh-移动台高度修正,在中等城市取 ( 1 .1 lo f 0 . g 7 ) h m ( 1 .5 l6 o f 0 . g 8 ) 在大城市取值 3.2(lo1g .1 7(h 5 m)2 )4.97
1.3 dB概念的介绍
• Power • Voltages
P dB 10 log
P0 E dB 20 log E0
P ( dB )
[ Plin. ] 10 10
E (dB)
[Elin. ] 10 20
• Conversion factor
E(dBV/m) = P(dBm) + 106,4 + antenna factor
– Okumura – Hata公式中GSM1800M频段的路径损耗比GSM900M频段大
9.79dB
– 功率预算中GSM1800M频段MS发射功率比GSM900M频段小3dB(各自 分别为30dBm和33dBm)
– 50m长 7/8” 电缆损耗差值为0.97dB – GSM1800与GSM900相比较,所有以上各项给出了 13.77 dB差值 • 但实际的场强测量和1800M频段的模型校正发现平均差值并没有这么大 – 通常 Okumura – Hata模型1800M频段的修正因子比900M频段小3~6dB。
Diffuse Reflection. amplitude: A - - > *A ( < 1) phase : - - > random phase polarisation : random
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其中:f----工作频率,MHz h1---基站天线高度,m h2---移动台天线高度m d---到基站的距离,km a(h2)---移动台天线高度增益因子,dB a(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中,小城 市) =3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市) s(a)---市区建筑物密度修正因子,dB; s(a)=30-25lga (5%<a≤50%) =20+0.19lga-15.6(lga)2 (1%<a≤5%) =20 (a≤1%)=69.55+26.16Log(f)-13.82Log(hb)+(44.9- 65.5Loghb)Logd-Ahm 其中对中等或大城市Ahm=(1.1Log(f)-0.7)hm-(1.56Log(f)-0.8)
( m) (m)
电磁波的绕射
在传播途径中遇到大障碍物时,电波会绕 过障碍物向前传播,这种现象叫做电波的 绕射。 波的绕射主要是对遮挡物后面的“阴影区” 研究。 波长越短(即频率越高)绕射能力越差, 反之则较强。
波的绕射在覆盖中的影响
超短波、微波的频率较高,波长短,绕射能力弱, 在高大建筑物后面信号强度小,形成所谓的“阴 影区”。信号质量受到影响的程度,不仅和建筑 物的高度有关,和接收天线与建筑物之间的距离 有关,还和频率有关。 频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近, 信号强度与通信质量受影响程度越大;相反,频 率越低,建筑物越矮、接收天线与建筑物越远, 影响越小。
电磁波传播基本理论
电磁波在自由空间中的传输损耗
Pt
d
Pr
pt λ pr = Gt Gr ( ) 2 4πd 4π
2
接收功率推导公式
发射天线单位面积电功密度 S=PtGt/(4πd2) 接收天线有效接收面积 Ar=Grλ2/π 4πd2球面积 λ2/π 接收天线有效积 Gt 发射天线增益 Gr接收天线增益 λ工作波长 由上可得出公式
陆地移动信道的主要特征是多径传播,实 际多径传播环境是十分复杂的,在研究传 播问题时往往将其简化,并且是从最简单 的情况入手。仅考虑从基站至移动台的直 射波以及地面反射波的两径模型是最简单 的传播模型。 传输损耗:Lp≈20lg(d/(h1*h2)) (GSM)
Okumura模型
1.市区的路径损耗 Lp◆ Okumura电波传播衰减计算模式 GSM900MHz主要采用国际推荐的Okumura 电波传播衰减计算模式。该模式是以准平坦 地形大城市区的平均场强或路径损耗作为参 考,对其他传播环境和地形条件等因素分别 以校正因子的形式进行修正。不同地形上的 基本传输损耗按下列公式分别预测。
pt λ2 pr = SAr = Gt Gr ( ) 2 4πd 4π
公式推导
对以上公式两边取分贝得: 10log(Pr)=10log(PtGtGr)-10log(4πd/ λ)2 其中10log(4πd/ λ)2前面为负号即为传输损耗。 自由空间中电磁波传播损耗 L0= 10log(4πd/ λ)2 =32.44dB+20log(d)+20log(f) d 两点间通信距离单位Km f 工作频率单位MHz
大气折射(2)
负折射(K<1) 无折射(K=1) 标准折射k=4/3
Re =8500km
临界折射K=∞ 超折射(K<0)
地面反射
由发射天线直接射到接收点的电波称为直射波;发射天线发出的 指向地面的电波,被地面反射而到达接收点的电波称为反射波。 T 显然,接收点的信号应该是直射波和反射波的合成。电波的合成 不会象 1 + 1 = 2 那样简单地代数相加,合成结果会随着直射波 和反射波间的波程差的不同而不同。
直线波
极限直视距离
超短波特别是微波,主要是由空间波来传播的。简单地说,空间波是 在空间范围内沿直线方向传播的波。显然,由于地球的曲率使空间波 传播存在一个极限直视距离Rmax 。在最远直视距离之内的区域,习 惯上称为照明区;极限直视距离Rmax以外的区域,则称为阴影区。 不言而语,利用超短波、微波进行通信时,接收点应落在发射天线极 限直视距离Rmax内。
Okumura模型
2.郊区Lps=Lp(市区)-2[Log(f/28)]2-5.4 3.在农村或开阔地带 Lp0=Lp市区-4.78(Log(f))2-118.33Log(f)44.94
参考覆盖标准 大城市繁华市区室内覆盖电平:-70dBm 一般市区室内覆盖电平:-80 dBm 市区室外覆盖电平:-90 dBm 乡村:-94 dBm
例题
GSM900网络中,平滑地面上发射功率为 40W,手机离基站相距2Km,发射天线的 增益32dBi,手机天线增益0dBi,求基站至手 机的自由空间损耗,及手机可接收的功率 为多少dBm? 解: Ls=32.44+20log(d)+20log(f) Pr=Pt+Gt+Gr-Ls-Lp
自由空间中的路径损耗
Ls=32.45+20lgf+20lgd 自由空间基本传输损耗Ls仅与频率f和距离d 有关。当f 和d扩大一倍时,Ls均增加6dB, 由此我们可知GSM1800基站传播损耗在自 由空间就比GSM900基站大6个dB
电磁波的多径
电磁波的多径
电磁波在大气中会产生折射。 电磁波遇到障碍物时会产生反射和绕射象。 电磁波在空气中的微粒会产生散射现象。
地波
沿地球表面空 间传播的无线 电波称为地波 。 依靠大气电离 层的发射传播 的无线电波称 为天波 沿直线传播的 无线电波称为 空间波或视波
波段; 中、长波 (< 1605kHz) 波段;
主要用途: 长波适用超远程无 线电通讯和导航; 中波、中短波适用 广播与电报。 主要用途:
天波
短波(3.9- 无线电广播和电报 22MHz) 波段: 微波 主要用途: 移动通信等较多领 域
R
d1
d2
d
菲涅尔半径
菲涅尔半径求法
T
0 F1
R
d1
d2
菲涅尔区和菲涅尔半径
λ(m)d1 (m)d 2 (m) F1 = d (m) λ(m)d1 (km)d 2 (km) F1 =31.6 d (km) Fn = n F1
在第一菲涅尔区内可近似采用自由空间计算传播损耗。 在一些情况下可改变天线高度以调整夹生覆盖情况。
不同地型的传输损耗
L(市区)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a) L(郊区)=64.15+26.16lgf-2[lg(f/28)]2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2) L(乡村公路)=46.38+35.33lgf-[lg(f/28)]2-2.39(lgf)2-13.82lgh1+(44.96.55lgh1)lgd-a(h2) L(开阔区)=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgda(h2) L(林区)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
受地球曲率半径的影响,极限直视距离Rmax 和发射天线与接收天线的高度HT 与 HR间的关系 为 : Rmax = 3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km) 地球赤道半径 6378Km
考虑大气折射时: = 4.12( h1 + h2 ) d h1, h2(m) d (km)
基本模型