第3章 移动信道的传播特性总结

接收天线获取的电波功率
PR = S· AR
(3-7)
式中， AR为接收天线的有效面积。 接收天线的有效面积
λ2 AR GR 4π
(3-8)
式中，GR为接收天线增益，λ2/4π为各向同性天线的有效面积。
(3-9) P P G G 接收天线上获得的功率 R T T R 4d 当收、发天线增益为 0dB ，即当 GR=GT=1 时，接收天线上获得的 2 功率为： P P (3-10) R T 4 d
3.1.2 直射波
直射波传播可按“自由空间”传播来考虑。 所谓自由空间传播，是指天线周围为无限大真空时的电波传播，
它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍
物所吸收，不会产生反射或散射。 若地面上空的大气层是各向同性的均匀μr都等于1，传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收
2. 视线传播极限距离
视线传播的极限距离可由下图计算，天线的高度分别为ht和hr， 两个天线顶点的连线AB与地面相切于C点。
A d1 C d2 B
ht
h r
Re
o
图3–2 视线传播极限距离
由于地球等效半径Re远远大于天线高度，不难证明，自发射天线顶 点A到切点C的距离d1为：
线 天 发射
③
① ②
图3-1 典型的传播通路
接收 天线
—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(甚高 频)和UHF(超高频)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； —沿路径③的电波沿地球表面传播，称为地表面波。由于地表面波的损耗随 频率升高而急剧增大,传播距离迅速减小,因此在VHF、UHF频段地表面波的传 播可以忽略不计。
第3章学习要点：
1、了解无线电波传播特性、移动信道的特征；
2、理解陆地移动信道的传输损耗及其常用的传播模型。 3、掌握陆地移动信道的传输损耗的计算方法。
重点内容：移动信道的特征及陆地移动信道传输损耗
计算方法。 教学难点： 无线电波传播特性的理解
第3章 移动信道的传播特性
3.1 无线电波传播特性
3.1.1 电波传播方式 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，典型的传播通路如下图所示。
4d 4d Lf s (dB) 10lg (dB) 20lg (dB)
3.1.3
大气中的电波传播
1. 大气折射 因移动通信信道在不是均匀介质的低层大气中传播,会产生与吸收 现象，而影响到视线传播的距离。 大气对电波的折射是指由大气折射率引起电波传播方向发生弯曲 的现象。当一束电波通过折射率随高度变化的大气层时,由于不同高 度上的电波传播速度不同,从而使电波射束发生弯曲,弯曲的方向和 程度取决于大气折射率的垂直梯度(dn/dh)。 在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质折射率n与相对介电 系数εr的关系为：
n r
(3-14)
大气的相对介电系数与温度、湿度和气压有关。大气高度不同， εr也不同，即dn/dh是不同的。
根据折射定律，电波传播速度 与大气折射率n成反比， 即： c 式中，c为光速。 (3-15) n 大气折射对电波传播的影响是使得传播速度减慢，在工程上通常 用“地球等效半径”来表征，即认为电波依然按直线方向行进，只 是地球的实际半径R0(6.37×106m)变成了等效半径Re。
Re 1 Re与R0之间的关系为： k R0 1 R dn 0 dh 式中，k称作地球等效半径系数。
（3-16）
垂直梯度dn/dh＜0时，表示大气折射率n随着高度升高而减小， 因而k﹥1，Re﹥R0。 在标准大气折射情况下，dn/dh≈-4×10-8(l/m)时，等效地球半 径系数 k=4/3，Re=8500km。 由上式可知，大气折射有利于电波的超视传播，但在视线距离内， 因由折射现象所产生折射波与直射波同时存在，会产生多径衰落。
天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，在这种情况下，电波可 视作在自由空间传播。
虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、折射、绕
射、散射和吸收，但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会 受到衰减，这是由辐射能量的扩散而引起的。
由电磁场理论可知，若各向同性天线(亦称全向天线或无方向性天
线)的辐射功率为PT瓦，则距辐射源 dm 处的 电场强度有效值E0为
2
由式(3-6)至式(3-8)可得
由上式可见，自由空间传播损耗Lfs可定义为：
Lf s
以dB计得：
P 4d T PR
2
2
(3-11)
(3-12)
或［Lfs］(dB)=32.44+20lg d(km)+20lg f(MHz) (3-13) 式中，d的单位为km，频率f单位以MHz计。 由式可见，自由空间中电波传播损耗（衰减）只与工作频率f和 传播距离d有关。当f或d增大一倍时［Lfs］将分别增加6dB。
高频电波在空间传播产生的许多现象与光的传播相似：

光在传播过程中,遇到两种均匀媒质的分界面时，会产生反射 光在不均匀媒质中传播时,情况有所不同。由于一部分光线不
和折射现象。

能直线前进,就会向四面八方散射开来,形成光的散射现象。

地球周围由空气形成的大气层, 就是这样一种不均匀媒质，它
对直射波会引起干涉，即产生多径衰落现象。在移动信道中，电 波遇到各种障碍物时会发生反射和散射现象。
30PT E0 d
磁场强度有效值H0为
(V / m)
（3-1）
30P T H0 120 d
( A / m)
（3-2）
单位面积上的电波功率密度s为
S
PT 4d 2
(W / m 2 )
（3-3）
若用发射天线增益为GT的方向性天线取代各向同性天线，则上述 公式可改写为 30P T GT E0 (V / m ) 电场强度有效值 d （3-4） 30P T GT 磁场强度有效值 H0 ( A / m) （3-5） 120 d 单位面积上的电波 S PT GT (W / m 2 ) （3-6） 4d 功率密度