无线传播理论基础和移动通信基础知识

频谱划分
Frequency 3-30Hz 30-300Hz
300-3000Hz 3-30KHz 30-300KHz 300-3000KHz 3-30MHz 30-300MHz 300-3000MHz 3-30GHz 30-300GHz
300-3000GHz
Classification
Extremely Low Frequency Voice Frequency Very-low Frequency Low Frequency MediumFrequency High Frequency Very High Frequency Ultra High Frequency Super High Frequency Extremely High Frequency
无线传播理论基础和移动通 信基础知识
提纲
无线传播的基本原理 无线传播环境及传播模型 移动通信中涉及的一些基础知识
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提纲
无线传播的基本原理
电磁场基本理论 电波的极化 无线信号的传播途径
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电磁场基本理论
麦克斯威尔方程式：
E
o
H t
H
o
E t
式中：E为电场强度矢量；
H为磁场 强度矢量；
如果电波的极化和地表面不成90度或0度的关系，称之为斜极 化。
如果电波是由两个极化不同的电波合成的，根据其相位角的差， 各自的幅度等，称之为椭圆极化，圆极化或旋转极化。
当两个极化波沿前进方向相差λ /4距离，并且两个极化波幅度 相等时，称之为圆极化。幅度不等是称之为椭圆极化。
如果水平极化在前（以前进方向为参考），则从原点顺着前进 的方向看，极化是左旋，反之为右旋。
4d 2
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点辐射源的波前与功率密度
所谓点辐射源，是指从一定距离以外看这个点时，自观 测点看辐射源的各点距离几乎相等。而且点辐射源没有 方向性（即所有方向上的辐射功率密度均相等）。实际 上是不存在的。如果距离辐射源（譬如说是发射天线） 很远，则由于自观测点至辐射源各点距离差可以忽略不 计，因而可以把自辐射源辐射出来的电波波前看成球面。
=1。或者
P =ExHy /2=Ex2/2 (W/m2)。
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波印廷矢量和功率密度
• P =ExHy /2=Ex2/2 (W/m2)分母中的2表示Ex和Hy
都是正弦波的幅度，其有效值
EeffEEx/ 2
和
HeffHHy/ 2
所以波印廷矢量代表的功率密度就可以表示为
P =E2/
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点辐射源的波前与功率密度
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电波的极化
E
xH
天线
y
天线
H
x
E
z
垂直极化v
Ev
E源自文库
Eh z
水平极化h
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电波的极化
电波的极化经反射或绕射后会发生偏转。 一般地面，墙面或金属板面，对平行于其表面的极化波会
反转180，而垂直于前进方向的极化波在出射时仍旧垂直 于前进方向。 如果极化对反射面而言，成一个不等于0或180度的角度， 则可以分解成一个垂直于前进方向和一个平行与反射面的 方向的两个分量。经反射后，水平方向的分量旋转180度， 则在出射方向上，两个分量的合成波将不同于入射波的极 化。
o为自由空间的导磁率= 4 10-7（H/m）, o为自由空间介电常数 10-9/36
（F/m），
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麦克斯威尔方程式
在自由空间的平面波前上E和H是互相垂直的。
如果我们把坐标设置的使x轴和E方向相吻合， 而y轴和H方向相吻合，那么，电波的前进方向 就和z轴相吻合。从而麦克斯威尔方程式就可以
简化为：
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自由空间损耗(扩散损耗)
如果接收天线和发射天线之间的距离很远，或 者说自发射天线发射出来的电波波前可以近似 看成平面，那么在有限的天线等效面积上的功
率密度乘以接收天线的有效面积(Aeff) ，就应该
是接收天线收到的信号功率。
P Aeff Pr
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自由空间损耗(扩散损耗)
发射源为点源（普通天线）之自由空间损耗：
这样对时间的微分就相当于在前面乘一个 -j，而对距离 的微分就相当于在前面乘一个jk。因此可以得到电场强度和
磁场强度之间非常简单的关系：
Ex
o o
H
y
这时，电场强度的单位为V/m，磁场强度的单位为A/m。
而且将o和o的数值代入，得
o/o12 0377
称之为自由空间电阻。
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波印廷矢量
P = EH 称之为波印廷矢量。从其单位看
A
d
Pt
z
o
x
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点辐射源的波前与功率密度
对于点辐射源来说，如果辐射源的总功率为Pt，
向四面八方辐射出去，在均匀的介质中它的等相 位面就是一个圆球体的表面。这个表面通常就称 之为该辐射电波的“波前”。其表面积应该为：
S 4d2
如果其辐射功率均匀分布在球面上，则球面上的 功率密度应该是：
P
Pt
(V/m)(A/m) = (W/m2)
即电压（伏特）乘电流（安培）等于功率（瓦特），分 母自然是平方米。但由于它们的乘法是用表示的，即矢 量乘积。所以他们的乘积的幅度应该是
E Hsin
而其矢量的方向应该是垂直与x-y平面。即沿z轴方向。 因此P的绝对值P 就代表电波前进方向上的功率密度。由
于电场强度和磁场强度相互垂直，所以 = 90，即sin
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电波的极化
如果电波的极化方向和绕射障碍物的边缘不成90角， 经绕射后，其极化也会发生偏转。
这就是在移动通信中，电波传播以阴影区为主的情况下， 多反射或绕射波，在到达接收点时，其极化不一定总是 天线的极化方向的原因。
所以天线进行极化分集也会发生分集效果。而且其效果 不亚于空间分集。
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P r 4P d t 2 A ef f 4P d t 2 4 2G r
4d
2
Pt Gr
LpathPtGr
Lp a t h
4d
2
点源辐射源实际是不存在的，只是距离辐射源很远之后， 可以把辐射源看成点源，而采取的近似计算。
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电波的极化
电波的极化是指电场强度的极向，而且这种极化是相对于地面 而言的。即以大地表面为水平面，做为参考面。电波极化与之 垂直的称之为“垂直极化” ，与之平行的称之为“水平极化” 。
Ex z
o
Hy t
Hy z
o
Ex t
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麦克斯威尔方程式
如果我们研究的是正弦交变电场，那么电场和磁 场的表示式可以写成如下的形式：
EExejtj kjz
式中：=2f ( f为电波的工作频率)
k oo ，在自由空间它等于2 /l。
为任意相位角，为简单起见，常设为0。
j 1
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麦克斯威尔方程式