文档介绍：电波传播的基本概念
视距传播
天波传播
地面波传播
不均匀媒质的散射传播
第7章电波传播概论
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第7章电波传播概论
1. 无线电波在自由空间的传播
天线置于自由空间中, 假设发射天线是一理想的无方向性天线, 若它的辐射功率为PΣ瓦, 则离开天线r处的球面上的功率流密度为
S0=
功率流密度又可以表示为
由此, 离天线为r处的电场强度E0值为
又假设发射天线是一实际天线, 其辐射功率仍为PΣ, 设它的输入功率为Pi, 若以Gi表示实际天线的增益系数, 则在离实际天线r处的最大辐射方向上的场强为
如果接收天线的增益系数为GR, 有效接收面积为Ae, 则在距离发射天线r处的接收天线所接收的功率为
将输入功率与接收功率之比定义为自由空间的基本传输损耗:
将上式取对数得
由上式可见: 若不考虑天线的因素, 则自由空间中的传输损耗, 是球面波在传播的过程中随着距离的增大,能量自然扩散而引起的, 它反映了球面波的扩散损耗。
2. 传输媒质对电波传播的影响
(1) 传输损耗(信道损耗)
电波在实际的媒质(信道)中传播时是有能量损耗的。这种能量损耗可能是由于大气对电波的吸收或散射引起的, 也可能是由于电波绕过球形地面或障碍物的绕射而引起的。在传播距离、工作频率、发射天线、输入功率和接收天线都相同的情况下, 设接收点的实际场强E、功率PR′,而自由空间的场强为E0、功率为PR, 则信道的衰减因子A为
则传输损耗Lb为
若不考虑天线的影响, 即令Gi=GR=1, 则实际的传输损耗为
式中, 前三项为自由空间损耗Lbf; A为实际媒质的损耗。不同的传播方式、传播媒质, 信道的传输损耗不同。
(2) 衰落现象
所谓衰落, 一般是指信号电平随时间的随机起伏。根据引起衰落的原因分类, 大致可分为吸收型衰落和干涉型衰落。
吸收型衰落主要是由于传输媒质电参数的变化, 使得信号在媒质中的衰减发生相应的变化而引起的。如大气中的氧、水汽以及由后者凝聚而成的云、雾、雨、雪等都对电波有吸收作用。
由于气象的随机性, 这种吸收的强弱也有起伏, 形成信号的衰落。由这种原因引起的信号电平的变化较慢, 所以称为慢衰落, 如图 7 1(a)所示。慢衰落通常是指信号电平的中值(五分钟中值、小时中值、月中值等)在较长时间间隔内的起伏变化。
图 7 – 1 衰落现象
干涉型衰落主要是由随机多径干涉现象引起的。在某些传输方式中, 由于收、发两点间存在若干条传播路径, 典型的如天波传播、不均匀媒质传播等, 在这些传播方式中, 传输媒质具有随机性, 因此使到达接收点的各路径的时延随机变化, 致使合成信号幅度和相位都发生随机起伏。这种起伏的周期很短, 信号电平变化很快, 故称为快衰落, 如图 7 -1(b)所示。这种衰落在移动通信信道中表现得更为明显。
快衰落叠加在慢衰落之上。在较短的时间内观察时, 前者表现明显, 后者不易被察觉。信号的衰落现象严重地影响电波传播的稳定性和系统的可靠性, 需要采取有效措施(如分集接收等)来加以克服。
(3) 传输失真
无线电波通过媒质除产生传输损耗外, 还会产生失真——振幅失真和相位失真。产生失真的原因有两个: 一是媒质的色散效应, 二是随机多径传输效应。
色散效应是由于不同频率的无线电波在媒质中的传播速度有差别而引起的信号失真。载有信号的无线电波都占据一定的频带, 当电波通过媒质传播到达接收点时, 由于各频率成分传播速度不同, 因而不能保持原来信号中的相位关系, 引起波形失真。至于色散效应引起信号畸变的程度, 则要结合具体信道的传输情况而定。