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无线电电波传播的几个基本概念

发布者:易达瑞康 发布时间:2019年04月08日标签: 99人浏览过

目前GSMCDMA移动通信使用的频段为:
 GSM
890 ~ 960 MHz 1710 ~1880 MHz   
 CDMA:  806 ~ 896 MHz  
 806 ~ 960 MHz 
频率范围属超短波范围; 1710 ~1880 MHz 频率范围属微波范围。
电波的频率不同,或者说波长不同,其传播特点也不完全相同,甚至很不相同。

自由空间通信距离方程  
   
设发射功率为PT,发射天线增益为GT,工作频率为f . 接收功率为PR,接收天线增益为GR,收、
发天线间距离为R,那么电波在无环境干扰时,传播途中的电波损耗 L0 有以下表达式: 
  L0 (dB) = 10 Lg
 PT  /  PR          
          = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)

[举例设:PT  = 10 W = 40dBmw GR = GT = 7 (dBi)  f   = 1910MHz    
       
问:R = 500 m 时, PR = ? 
      
解答: (1) L0 (dB) 的计算             

 L0 (dB)  = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)                                               

            = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB)     

2 PR  的计算         

 PR = PT  / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 )  = 1 ( μW ) / ( 10 0.807 )                                
            = 1 ( μW ) / 6.412  =  0.156 ( μW ) =  156 ( mμW ) #

  顺便指出,1.9GHz电波在穿透一层砖墙时,大约损失 (10~15) dB

超短波和微波的传播视距

极限直视距离    
    
超短波特别是微波,频率很高,波长很短,它的地表面波衰减很快,因此不能依靠地表面波作
较远距离的传播。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。   

  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  HR间的关系
为 :  Rmax  3.57{ √HT (m) +√HR (m) }  (km) 

考虑到大气层对电波的折射作用,极限直视距离应修正为          
        
         Rmax 
 4.12 { √HT (m) +√HR (m) }  (km)     

   
由于电磁波的频率远低于光波的频率,电波传播的有效直视距离 Re 约为极限直视距离Rmax
 70% ,即 Re = 0.7 Rmax .       

        
例如,HT  HR 分别为 49 m  1.7 m,则有效直视距离为 Re = 24 km .

电波在平面地上的传播特征
   
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。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。
波程差为半个波长的奇数倍时,直射波和反射波信号相加,合成为最大;波程差为一个波长的倍数
时,直射波和反射波信号相减,合成为最小。可见,地面反射的存在,使得信号强度的空间分布变
得相当复杂。  
     
实际测量指出:在一定的距离 Ri之内,信号强度随距离或天线高度的增加都会作起伏变化;
在一定的距离 Ri之外,随距离的增加或天线高度的减少,信号强度将。单调下降。理论计算给出
了这个 Ri 和天线高度 HT HR 的关系式:

     Ri = 4 HT HR / l  l 是波长。

    不言而喻, Ri 必须小于极限直视距离Rmax  

电波的多径传播
    
在超短波、微波波段,电波在传播过程中还会遇到障碍物(例如楼房、高大建筑物或山丘等
电波产生反射。因此,到达接收天线的还有多种反射波(广意地说,地面反射波也应包括在内),
这种现象叫为多径传播。
     
由于多径传输,使得信号场强的空间分布变得相当复杂,波动很大,有的地方信号场强增强,
有的地方信号场强减弱;也由于多径传输的影响,还会使电波的极化方向发生变化。另外,不同的
障碍物对电波的反射能力也不同。例如:钢筋水泥建筑物对超短波、微波的反射能力比砖墙强。我
们应尽量克服多径传输效应的影响,这也正是在通信质量要求较高的通信网中,人们常常采用
空间分集技术或极化分集技术的缘由。

电波的绕射传播

     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。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。例如有一个建筑物,其高度为 10 ,在建筑物后面距离200 处,接收的信号质量
几乎不受影响,但在 100 处,接收信号场强比无建筑物时明显减弱。注意,诚如上面所说过的那
样,减弱程度还与信号频率有关,对于 216  223 兆赫的射频信号,接收信号场强比无建筑物时
16 dB,对于 670 兆赫的射频信号,接收信号场强比无建筑物时低20dB .如果建筑物高度增加到
50 时,则在距建筑物 1000 以内,接收信号的场强都将受到影响而减弱。也就是说,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。

    因此,选择基站场地以及架设天线时,要考虑到绕射传播可能产生的各种不利影响,注意到
对绕射传播起影响的各种因素。

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