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無線電波的傳播方式

2018-07-18 11:20:57

20013

  無線電波的傳播方式對于自由空間,在自由空間中由于沒有阻擋,電波傳播只有直射,不存在其他現(xiàn)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(nèi)或列車內(nèi)的用戶,還有一部分信號來源于無線電波對建筑的穿透。這些都造成無線電波傳播的多樣性和復(fù)雜性,增大了對電波傳播研究的難度。

北峰對講機(jī)

  直射

  直射在視距內(nèi)可以看做無線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

  在電磁波傳播過程中遇到障礙物,當(dāng)這個(gè)障礙物的尺寸遠(yuǎn)大于電磁波的波長時(shí),電磁波在不同介質(zhì)的交界處會發(fā)生發(fā)射和折射。另外,障礙物的介質(zhì)屬性也會對反射產(chǎn)生影響。對于良導(dǎo)體,反射不會帶來衰減;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(xù)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(nèi)的無線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,總的來看,高頻信號(例如1800MHz)的室內(nèi)外電平差比低頻信號(800MHz)的室內(nèi)外電平差要大。并且,低頻信號進(jìn)入室內(nèi)后,由于穿透能力差一些,在室內(nèi)進(jìn)行各種反射后場強(qiáng)分布更均勻;而高頻信號進(jìn)入室內(nèi)后,部分穿透又穿透出去了,室內(nèi)信號分布就不太均勻,也就使用戶感覺信號波動大。

  繞射(衍射)

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

  散射

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

  不同距離下無線電波的傳播

  視距傳播

  無線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(jié)果可能使信號加強(qiáng),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)射天線高度、接收天線高度和地球半徑影響。

  非視距傳播

  無線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(nèi)部或陰影區(qū)域信號的主要來源。繞射波的強(qiáng)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。對流層是異類介質(zhì),由于天氣情況而隨時(shí)間變化。它的反射系數(shù)隨高度增加而減少。這種緩慢變化的反射系數(shù)使電波彎曲。對流層反射方式應(yīng)用于波長小于10米(即頻率大于30MHz)的無線通信中。對流層反射波具有極大的隨機(jī)性。

  ③電離層反射波

  當(dāng)電波波長大于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距離通信,同對流層一樣,電離層也是具有連續(xù)波動的特性。

  無線電波在陸地移動通信環(huán)境下的特點(diǎn)

  傳播環(huán)境的復(fù)雜性

  由于移動終端的天線高度比較低,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(fù)雜性體現(xiàn)在地形、人為建筑物、人為噪聲干擾的多樣性。比如,周圍有樹林的地形,樹葉會造成無線電波大量的散射。而對于城市環(huán)境,由街道兩旁的高大建筑導(dǎo)致的波導(dǎo)效應(yīng),使得街道上沿著傳播方向的信號增強(qiáng),垂直于傳播方向的信號減弱,兩者相差可達(dá)10dB左右。另外,機(jī)動車的點(diǎn)火噪聲、電力線噪聲、工業(yè)噪聲等人為噪聲,都會對接收信號造成干擾。

  移動終端的隨機(jī)移動性

  移動終端總是在移動,即使移動終端不動,周圍環(huán)境也一直在變化,如人、車的移動,風(fēng)吹動樹葉等,使得基站與移動終端之間的傳播路徑不斷發(fā)生變化。并且移動終端相對基站的移動方向和移動速度的變化,都會導(dǎo)致信號電平的變化,只能用隨機(jī)過程的概率分布來描述。

  傳播的開放性

  無線電波傳播空間的開放性導(dǎo)致空間干擾現(xiàn)象嚴(yán)重。比較常見的有同頻干擾、鄰頻干擾、互調(diào)干擾等。隨著頻率復(fù)用系數(shù)的提高,同鄰頻干擾將成為主要干擾。

  傳播分類

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

  地波:沿著地球表面?zhèn)鞑サ碾姴?,稱為地波。在傳播過程中因電波受到地面的吸收,其傳播距離不遠(yuǎn)。頻率越高,地面吸收越大,因此短波、超短波沿地面?zhèn)鞑r(shí),距離較近,一般不超過100公里,而中波傳播距離相對較遠(yuǎn)。優(yōu)點(diǎn)是受氣候影響較小,信號穩(wěn)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,稱為天波,又稱電離層反射波。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(yuǎn),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(wěn)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(yuǎn)距離通信的設(shè)備。

  空間直線波: 在空間由發(fā)射地點(diǎn)向接收地點(diǎn)直線傳播的電波,稱空間直線電波,又稱直線波或視距波。傳播距離為視距范圍,僅為數(shù)十公里。漁業(yè)船舶配備的對講機(jī)和雷達(dá)均是利用空間波傳播方式進(jìn)行通信的設(shè)備。