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無(wú)線(xiàn)電波的傳播方式

2018-07-18 11:20:57

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  無(wú)線(xiàn)電波的傳播方式對于自由空間,在自由空間中由于沒(méi)有阻擋,電波傳播只有直射,不存在其他現象。

  但日常生活中的實(shí)際傳播環(huán)境,由于地面存在各種各樣的物體,使得電波的傳播有直射、反射、繞射(衍射)等,另外對于室內或列車(chē)內的用戶(hù),還有一部分信號來(lái)源于無(wú)線(xiàn)電波對建筑的穿透。這些都造成無(wú)線(xiàn)電波傳播的多樣性和復雜性,增大了對電波傳播研究的難度。

北峰對講機

  直射

  直射在視距內可以看做無(wú)線(xiàn)電波在自由空間中傳播。直射波傳播損耗公式同自由空間中的路徑損耗公式:PL=32.44+20lgf+20lgd。其中,PL為自由空間的路損,單位是dB。F為載波的頻率,單位是MHz。d為發(fā)射源與接收點(diǎn)的距離,單位是km。

  反射、折射與穿透

  在電磁波傳播過(guò)程中遇到障礙物,當這個(gè)障礙物的尺寸遠大于電磁波的波長(cháng)時(shí),電磁波在不同介質(zhì)的交界處會(huì )發(fā)生發(fā)射和折射。另外,障礙物的介質(zhì)屬性也會(huì )對反射產(chǎn)生影響。對于良導體,反射不會(huì )帶來(lái)衰減;對于絕緣體,他只反射入射能量的一部分,剩下的被折射入新的介質(zhì)繼續傳播;而對于非理想介質(zhì),電磁波貫穿介質(zhì),即穿透時(shí),介質(zhì)會(huì )吸收電磁波的能量,產(chǎn)生貫穿衰落。穿透損耗大小不僅與電磁波頻率有關(guān),而且與穿透物體的材料、尺寸有關(guān)。

  一般室內的無(wú)線(xiàn)電波信號是穿透分量與繞射分量的疊加,而繞射分量占絕大部分。所以,總的來(lái)看,高頻信號(例如1800MHz)的室內外電平差比低頻信號(800MHz)的室內外電平差要大。并且,低頻信號進(jìn)入室內后,由于穿透能力差一些,在室內進(jìn)行各種反射后場(chǎng)強分布更均勻;而高頻信號進(jìn)入室內后,部分穿透又穿透出去了,室內信號分布就不太均勻,也就使用戶(hù)感覺(jué)信號波動(dòng)大。

  繞射(衍射)

  在電磁波傳播過(guò)程中遇到障礙物,這個(gè)障礙物的尺寸與電磁波的波長(cháng)接近時(shí),電磁波可以從該物體的邊緣繞射過(guò)去。繞射可以幫助進(jìn)行陰影區域的覆蓋。

  散射

  在電磁波傳播過(guò)程中遇到障礙物,這個(gè)障礙物的尺寸小于電磁波的波長(cháng),并且單位體積內這種障礙物的數目非常巨大時(shí),會(huì )發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙物體、小物體或其它不規則物體表面,如樹(shù)葉、街道標識和燈柱等。

  不同距離下無(wú)線(xiàn)電波的傳播

  視距傳播

  無(wú)線(xiàn)電波視距傳播的一般形式主要是直射波和地面反射波的疊加,結果可能使信號加強,也可能使信號減弱。

  由于地球是球形的,受地球曲率半徑的影響,視距傳播存在一個(gè)極限距離Rmax,它受發(fā)射天線(xiàn)高度、接收天線(xiàn)高度和地球半徑影響。

  非視距傳播

  無(wú)線(xiàn)電波非視距傳播的一般形式有:繞射波、對流層反射波和電離層反射波。

 ?、倮@射波

  繞射波是建筑物內部或陰影區域信號的主要來(lái)源。繞射波的強度受傳播環(huán)境影響很大,且頻率越高,繞射信號越弱。

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  對流層反射波產(chǎn)生于對流層。對流層是異類(lèi)介質(zhì),由于天氣情況而隨時(shí)間變化。它的反射系數隨高度增加而減少。這種緩慢變化的反射系數使電波彎曲。對流層反射方式應用于波長(cháng)小于10米(即頻率大于30MHz)的無(wú)線(xiàn)通信中。對流層反射波具有極大的隨機性。

 ?、垭婋x層反射波

  當電波波長(cháng)大于1米(即頻率小于300MHz)時(shí),電離層是反射體。從電離層反射的電波可能有一個(gè)或多個(gè)跳躍,因此這種傳播用于長(cháng)距離通信,同對流層一樣,電離層也是具有連續波動(dòng)的特性。

  無(wú)線(xiàn)電波在陸地移動(dòng)通信環(huán)境下的特點(diǎn)

  傳播環(huán)境的復雜性

  由于移動(dòng)終端的天線(xiàn)高度比較低,傳播路徑總是受到地形及人為環(huán)境的影響,使得接收信號大量的散射、反射或疊加。

  傳播環(huán)境的復雜性體現在地形、人為建筑物、人為噪聲干擾的多樣性。比如,周?chē)袠?shù)林的地形,樹(shù)葉會(huì )造成無(wú)線(xiàn)電波大量的散射。而對于城市環(huán)境,由街道兩旁的高大建筑導致的波導效應,使得街道上沿著(zhù)傳播方向的信號增強,垂直于傳播方向的信號減弱,兩者相差可達10dB左右。另外,機動(dòng)車(chē)的點(diǎn)火噪聲、電力線(xiàn)噪聲、工業(yè)噪聲等人為噪聲,都會(huì )對接收信號造成干擾。

  移動(dòng)終端的隨機移動(dòng)性

  移動(dòng)終端總是在移動(dòng),即使移動(dòng)終端不動(dòng),周?chē)h(huán)境也一直在變化,如人、車(chē)的移動(dòng),風(fēng)吹動(dòng)樹(shù)葉等,使得基站與移動(dòng)終端之間的傳播路徑不斷發(fā)生變化。并且移動(dòng)終端相對基站的移動(dòng)方向和移動(dòng)速度的變化,都會(huì )導致信號電平的變化,只能用隨機過(guò)程的概率分布來(lái)描述。

  傳播的開(kāi)放性

  無(wú)線(xiàn)電波傳播空間的開(kāi)放性導致空間干擾現象嚴重。比較常見(jiàn)的有同頻干擾、鄰頻干擾、互調干擾等。隨著(zhù)頻率復用系數的提高,同鄰頻干擾將成為主要干擾。

  傳播分類(lèi)

  無(wú)線(xiàn)電波自發(fā)射地點(diǎn)到接收地點(diǎn)主要有天波、地波、空間直線(xiàn)波3種傳播方式,各波特性如下:

  地波:沿著(zhù)地球表面傳播的電波,稱(chēng)為地波。在傳播過(guò)程中因電波受到地面的吸收,其傳播距離不遠。頻率越高,地面吸收越大,因此短波、超短波沿地面傳播時(shí),距離較近,一般不超過(guò)100公里,而中波傳播距離相對較遠。優(yōu)點(diǎn)是受氣候影響較小,信號穩定,通信可靠性高。

  天波: 靠大氣層中的電離層反射傳播的電波,稱(chēng)為天波,又稱(chēng)電離層反射波。發(fā)射的電波是經(jīng)距地面70—80公里以上的電離層反射后至接收地點(diǎn),其傳播距離較遠,一般在1000公里以上。缺點(diǎn)是受電離層氣候影響較大,傳播信號很不穩定。短波頻段是天波傳播的最佳頻段,漁業(yè)船舶配備的短波單邊帶電臺,就是利用天波傳播方式進(jìn)行遠距離通信的設備。

  空間直線(xiàn)波: 在空間由發(fā)射地點(diǎn)向接收地點(diǎn)直線(xiàn)傳播的電波,稱(chēng)空間直線(xiàn)電波,又稱(chēng)直線(xiàn)波或視距波。傳播距離為視距范圍,僅為數十公里。漁業(yè)船舶配備的對講機和雷達均是利用空間波傳播方式進(jìn)行通信的設備。