電波的基本概念

1、第三講 電波的基本概念電波傳播的幾個(gè)基本概念目前GSM和CDMA移動(dòng)通信使用的頻段為：GSM：890 - 960 MHz，1710 - 1880 MHzCDMA: 806 - 896 MHz806 - 960 MHz頻率范圍屬超短波范圍；1710 - 1880 MHz頻率范圍屬微波范圍。 電波的頻率不同，或者說波長不同，其傳播特點(diǎn)也不完全相同，甚至很不相同。3.1自由空間通信距離方程設(shè)發(fā)射功率為PT,發(fā)射天線增益為GT,工作頻率為f .接收功率為PR，接收天線增益為GR，收、發(fā)天線間距離為R，那么電波在無環(huán)境干擾時(shí)，傳播途中的電波損耗L0有以下表達(dá)式：L0 (dB) = 10 Lg(PT /

2、PR)= 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)舉例設(shè)：PT = 10 W = 40dBmw；GR = GT = 7 (dBi)；f = 1910MHz問：R = 500 m時(shí)，PR =？解答：(1) L0 (dB)的計(jì)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的計(jì)算PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10

3、 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 (卩W ) / ( 10 0.807 )=1 (卩W ) / 6.412 = 0.156 (卩W ) = 156 ( m卩W ) #順便指出，1.9GHz電波在穿透一層磚墻時(shí)，大約損失(10-15) dB3.2超短波和微波的傳播視距極限直視距離超短波特別是微波，頻率很高，波長很短，它的地表面波衰減很快，因此不能依靠地表面 波作較遠(yuǎn)距離的傳播。超短波特別是微波，主要是由空間波來傳播的。簡單地說，空間波 是在空間范圍內(nèi)沿直線方向傳播的波。顯然，由于地球的曲率使空間波傳播存在一個(gè)極限 直視距離Rmax。在最遠(yuǎn)直視距離之內(nèi)的區(qū)域，習(xí)慣上稱為照明區(qū)；極

4、限直視距離 以外的區(qū)域，則稱為陰影區(qū)。不言而語，利用超短波、微波進(jìn)行通信時(shí)，接收點(diǎn)應(yīng)落在發(fā) 射天線極限直視距離Rmax內(nèi)。受地球曲率半徑的影響，極限直視距離Rmax和發(fā)射天線與接收天線的高度HT與的關(guān)系為：Rmax=3.57VHT (m) +VHR (m) (km)RmaxHR間考慮到大氣層對電波的折射作用，極限直視距離應(yīng)修正為Rmax=4.12 VHT (m) +VHR (m) (km)由于電磁波的頻率遠(yuǎn)低于光波的頻率，電波傳播的有效直視距離Re約為 極限直視距離Rmax的70%，即Re = 0.7 Rmax .例如，HT與HR分別為49 m和1.7 m，則有效直視距離為Re = 24 km

5、 .3.3電波在平面地上的傳播特征 由發(fā)射天線直接射到接收點(diǎn)的電波稱為直射波；發(fā)射天線發(fā)出的指向地面的電波，被地面 反射而到達(dá)接收點(diǎn)的電波稱為反射波。 顯然，接收點(diǎn)的信號(hào)應(yīng)該是直射波和反射波的合成。 電波的合成不會(huì)象1 + 1 = 2那樣簡單地代數(shù)相加，合成結(jié)果會(huì)隨著直射波和反射波間的 波程差的不同而不同。波程差為半個(gè)波長的奇數(shù)倍時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相加，合成為最大；波程差為一個(gè)波 長的倍數(shù)時(shí)，直射波和反射波信號(hào)相減，合成為最小?？梢?，地面反射的存在，使得信號(hào) 強(qiáng)度的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜。實(shí)際測量指出：在一定的距離Ri之內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度隨距離或天線高度的增加都會(huì)作起伏變化； 在一定的距離Ri之外

6、，隨距離的增加或天線高度的減少，信號(hào)強(qiáng)度將。 單調(diào)下降。理論計(jì) 算給出了這個(gè)Ri和天線高度HT與HR的關(guān)系式：Ri =(4 HT HR)/ l，l是波長。 不言而喻，Ri必須小于極限直視距離Rmax。3.4電波的多徑傳播在超短波、微波波段， 電波在傳播過程中還會(huì)遇到障礙物（例如樓房、高大建筑物或山丘等）對電波產(chǎn)生反射。因此，到達(dá)接收天線的還有多種反射波（廣意地說，地面反射波也應(yīng)包 括在內(nèi)），這種現(xiàn)象叫為多徑傳播。由于多徑傳輸，使得信號(hào)場強(qiáng)的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜，波動(dòng)很大，有的地方信號(hào)場強(qiáng)增 強(qiáng)，有的地方信號(hào)場強(qiáng)減弱；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，還會(huì)使電波的極化方向發(fā)生變化。 另外，不同的障礙物對電波

7、的反射能力也不同。例如：鋼筋水泥建筑物對超短波、微波的 反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量克服多徑傳輸效應(yīng)的負(fù)面影響，這也正是在通信質(zhì)量要求 較高的通信網(wǎng)中，人們常常采用空間分集技術(shù)或極化分集技術(shù)的緣由。3.5電波的繞射傳播在傳播途徑中遇到大障礙物時(shí)，電波會(huì)繞過障礙物向前傳播，這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。 超短波、微波的頻率較高，波長短，繞射能力弱，在高大建筑物后面信號(hào)強(qiáng)度小，形成所 謂的“陰影區(qū) ”。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度，不僅和建筑物的高度有關(guān)，和接收天線與建 筑物之間的距離有關(guān)，還和頻率有關(guān)。例如有一個(gè)建筑物，其高度為10米，在建筑物后 面距離200米處，接收的信號(hào)質(zhì)量幾乎不受影響，但在100米處，接收信號(hào)場強(qiáng)比無建 筑物時(shí)明顯減弱。注意，誠如上面所說過的那樣，減弱程度還與信號(hào)頻率有關(guān)，對于216223兆赫的射頻信號(hào)，接收信號(hào)場強(qiáng)比無建筑物時(shí)低16 dB，對于670兆赫的射頻信號(hào)，接收信號(hào)場強(qiáng)比無建筑物時(shí)低20dB .如果建筑物高度增加到50米時(shí)，則在距建筑物1000米以內(nèi)，接收信號(hào)的場強(qiáng)都將受到影響而減弱。也就是說，頻率越高、建筑物越