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无方向性天线是指在三维空间不同方位均匀辐 射的天线；全向天线指在水平方向上360度均匀 辐射，而在垂直方向上非均匀辐射；定向天线 泛指只在一定空间角度范围内具有强辐射的天 线。
2020/11/30
16
天线增益antenna gain
天线增益是指在天线最大辐射方向，相同距离条件处， 为产生相同电波强度，理想点源天线辐射所需功率与 给定天线辐射所需功率比值，天线增益通常以dBi表示， 表明是相对于理想点源天线的增益。
实际情况下，由于传输障碍物等传输环 境的影响，无线信号的传播将发生如下 三种现象：反射、衍射和散射。其中物 体的几何形状决定了将产生哪种现象。
2020/11/30
9
反射（reflection）
反射：当信号遇到表面大于信号波长的 障碍物（地球表面、高建筑物、大型墙 面）导致信号的相位发生漂移
2020/11/30
第十章
无线通信技术
2020/11/30
1
10.1 概述
一、从有线通信到无线通信
1. 莫尔斯电码（通、断、长断）
1844年5月24日，华盛顿-巴尔的摩，64.4km， “上帝创造了何等奇迹！”
2. 1876年3月7日，贝尔获得发明电话专利，专利证号码NO:174655。
“沃森特先生，快来帮我啊！”
3. 电磁波的发现：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现变话的电流通过导
米，电文内容为——“海因里斯·赫兹”；在1897年5月18日，意大利的马
可尼，通过改进了的无线电传送和接收设备，在英国的布里斯托尔海峡进行
无线电通信取得成功，把信息传播了12公里；于1909年获得诺贝尔物理学
2020/奖11/3。0
2
10.1 概述
5.无线电通信的发明 —载着声音飞翔的电波
无线电广播之父——美国人巴纳特·史特波斐德，他于1886年便 开始研究无线电广播，在1902年，他在肯塔基州穆雷市进行了第 一次无线电广播。他们在穆雷广场放好话筒，由巴纳特·史特波 斐德的儿子在话筒前说话、吹奏口琴，他在附近的树林里放置了5 台矿石收音机，均能清晰地听到说话和口琴声，试验获得了成功。 之后又在费城进行了广播，并获得了专利权。
2020/11/30
4
传输介质
传输介质（通信介质）：通信系统用以收发电 子/光子信号的物理路径。分类如下：
引导性介质（线缆介质）
– 电磁波沿着一个固态介质传播。例如：金属导体、 玻璃、塑料
非引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性介质（无线介质）
– 提供了传输电磁信号的手段，但不加以引导。例如： 大气层、外层空间。
2020/11/30
与此同时，无线电通信逐渐被用于战争。在第一次和第二次世界 大战中，它都发挥了很大的威力，以致有人把第二次世界大战称
之为“无线电战争”。
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3
10.1概述
二、无线通信的特点
1.传输环境的复杂性 2.电磁波的传播不需要任何有形介质 3.接收信号的时变多径 4.多个无线电载波同存于同一空间 5.频率资源有限，需统一划分
可以这样来理解增益的物理含义 ------ 为在一定的距离 上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方 向性点源作为发射天线，需要 100W 的输入功率，而用 增益为 G = 13 dBi = 20 的某定向天线作为发射天线时， 输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益， 就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的 理想点源相比，把输入功率放大的倍数。
线会引起磁针的偏转，英国物理学家法拉第指出该实验证明了“电能生磁”， 即“电磁感应现象”；1864年，麦氏发表了电磁场理论，成为人类历史上预 言电磁波存在的第一人。1887年，亨利希·鲁道夫·赫兹通过实验证明了电 磁波的存在。
4. 无线电报的发明-“要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界”
1896年，俄国的波波夫成功地用无线电进行莫尔斯电码的传送，距离为250
7
全向传播与定向传播
定向传播（directional）
– 天线把所有的能量集中于一 小束电磁波
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全向传播（Omnidirectional）
– 信号沿所有方向传播
– 可被所有的天线接收
– 发射设备和接收设备不必在物理
上对准
8
无线信号传播
理想情况下，无线信号在从发射器到接 收器间的一条直线上传播，称为“视线” （line of sight, LOS）
14
10.2 无线传播环境及其特性
10.2.1 天线基本知识
1. 天线方向性 2.天线增益 3. 波瓣宽度 4. 天线的极化
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天线方向性
天线的基本功能是把从馈线输入的能量向周围 空间辐射出去，辐射的无线电波强度随空间方 位不同而不同，根据天线辐射强度的空间分布 特点可分为无方向性、全向天线和定向天线。
5
无线传输的电磁频谱
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无线频谱的分配
频率统一分配（FCC/ITU_R/各个国家）
– 根据信息类型分配频谱（AM/FM无线电台、TV、 蜂窝电话…）
工业科学医学频段（ISM）
– 可自由使用但限制功率 – 专用于非许可的商业用途
• 救护车、出租车、无线遥控玩具、无线电家用设备等
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波瓣宽度
天线的方向图通常具有多个瓣，辐射强 度最大的瓣称为主瓣。在主瓣最大辐射 方向两侧，辐射强度降低3dB的两点间的 夹角定义为波瓣宽度。
方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。
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天线的极化
指天线辐射时形成的电场强度方向。
10
衍射（Diffraction）
衍射：当信号遇到大于波长的不可穿透物的边 缘（如无线电波中途遇到的尖锐不规则的边缘 物），即使没有来自发送器的视线信号，也可 接收到信号。
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散射（Scattering）
散射：当信号遇到波长更小的物体（树 叶、街牌、灯柱）就发散成几个弱的出 境信号
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散射（Scattering）
散射还与障碍物表面的粗糙度有关。表 面越粗糙，越容易引起散射。 例如，
– 在户外，树木和路标都会导致移动电话信号 的散射。
– 在室内，椅子、书籍和计算机都会导致无线 Lan信号的散射。
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反射、衍射和散射
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天线增益antenna gain
天线增益是指在天线最大辐射方向，相同距离条件处， 为产生相同电波强度，理想点源天线辐射所需功率与 给定天线辐射所需功率比值，天线增益通常以dBi表示， 表明是相对于理想点源天线的增益。
实际情况下，由于传输障碍物等传输环 境的影响，无线信号的传播将发生如下 三种现象：反射、衍射和散射。其中物 体的几何形状决定了将产生哪种现象。
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反射（reflection）
反射：当信号遇到表面大于信号波长的 障碍物（地球表面、高建筑物、大型墙 面）导致信号的相位发生漂移
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第十章
无线通信技术
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10.1 概述
一、从有线通信到无线通信
1. 莫尔斯电码（通、断、长断）
1844年5月24日，华盛顿-巴尔的摩，64.4km， “上帝创造了何等奇迹！”
2. 1876年3月7日，贝尔获得发明电话专利，专利证号码NO:174655。
“沃森特先生，快来帮我啊！”
3. 电磁波的发现：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现变话的电流通过导
米，电文内容为——“海因里斯·赫兹”；在1897年5月18日，意大利的马
可尼，通过改进了的无线电传送和接收设备，在英国的布里斯托尔海峡进行
无线电通信取得成功，把信息传播了12公里；于1909年获得诺贝尔物理学
2020/奖11/3。0
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10.1 概述
5.无线电通信的发明 —载着声音飞翔的电波
无线电广播之父——美国人巴纳特·史特波斐德，他于1886年便 开始研究无线电广播，在1902年，他在肯塔基州穆雷市进行了第 一次无线电广播。他们在穆雷广场放好话筒，由巴纳特·史特波 斐德的儿子在话筒前说话、吹奏口琴，他在附近的树林里放置了5 台矿石收音机，均能清晰地听到说话和口琴声，试验获得了成功。 之后又在费城进行了广播，并获得了专利权。
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传输介质
传输介质（通信介质）：通信系统用以收发电 子/光子信号的物理路径。分类如下：
引导性介质（线缆介质）
– 电磁波沿着一个固态介质传播。例如：金属导体、 玻璃、塑料
非引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性介质（无线介质）
– 提供了传输电磁信号的手段，但不加以引导。例如： 大气层、外层空间。
2020/11/30
与此同时，无线电通信逐渐被用于战争。在第一次和第二次世界 大战中，它都发挥了很大的威力，以致有人把第二次世界大战称
之为“无线电战争”。
2020/11/30
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10.1概述
二、无线通信的特点
1.传输环境的复杂性 2.电磁波的传播不需要任何有形介质 3.接收信号的时变多径 4.多个无线电载波同存于同一空间 5.频率资源有限，需统一划分
可以这样来理解增益的物理含义 ------ 为在一定的距离 上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方 向性点源作为发射天线，需要 100W 的输入功率，而用 增益为 G = 13 dBi = 20 的某定向天线作为发射天线时， 输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益， 就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的 理想点源相比，把输入功率放大的倍数。
线会引起磁针的偏转，英国物理学家法拉第指出该实验证明了“电能生磁”， 即“电磁感应现象”；1864年，麦氏发表了电磁场理论，成为人类历史上预 言电磁波存在的第一人。1887年，亨利希·鲁道夫·赫兹通过实验证明了电 磁波的存在。
4. 无线电报的发明-“要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界”
1896年，俄国的波波夫成功地用无线电进行莫尔斯电码的传送，距离为250
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全向传播与定向传播
定向传播（directional）
– 天线把所有的能量集中于一 小束电磁波
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全向传播（Omnidirectional）
– 信号沿所有方向传播
– 可被所有的天线接收
– 发射设备和接收设备不必在物理
上对准
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无线信号传播
理想情况下，无线信号在从发射器到接 收器间的一条直线上传播，称为“视线” （line of sight, LOS）
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10.2 无线传播环境及其特性
10.2.1 天线基本知识
1. 天线方向性 2.天线增益 3. 波瓣宽度 4. 天线的极化
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天线方向性
天线的基本功能是把从馈线输入的能量向周围 空间辐射出去，辐射的无线电波强度随空间方 位不同而不同，根据天线辐射强度的空间分布 特点可分为无方向性、全向天线和定向天线。
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无线传输的电磁频谱
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无线频谱的分配
频率统一分配（FCC/ITU_R/各个国家）
– 根据信息类型分配频谱（AM/FM无线电台、TV、 蜂窝电话…）
工业科学医学频段（ISM）
– 可自由使用但限制功率 – 专用于非许可的商业用途
• 救护车、出租车、无线遥控玩具、无线电家用设备等
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波瓣宽度
天线的方向图通常具有多个瓣，辐射强 度最大的瓣称为主瓣。在主瓣最大辐射 方向两侧，辐射强度降低3dB的两点间的 夹角定义为波瓣宽度。
方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。
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天线的极化
指天线辐射时形成的电场强度方向。
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衍射（Diffraction）
衍射：当信号遇到大于波长的不可穿透物的边 缘（如无线电波中途遇到的尖锐不规则的边缘 物），即使没有来自发送器的视线信号，也可 接收到信号。
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散射（Scattering）
散射：当信号遇到波长更小的物体（树 叶、街牌、灯柱）就发散成几个弱的出 境信号
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散射（Scattering）
散射还与障碍物表面的粗糙度有关。表 面越粗糙，越容易引起散射。 例如，
– 在户外，树木和路标都会导致移动电话信号 的散射。
– 在室内，椅子、书籍和计算机都会导致无线 Lan信号的散射。
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反射、衍射和散射
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