电波传播理论

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。
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
地波
Hale Waihona Puke Baidu
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
( 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
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。
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。
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。
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
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
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)
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
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)
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。