K sp 第3章移动信道中的电波传播.PPT

第3章 移动信道中的电波传播 3.1 无线电波传播特性 3.1.1 电波传播方式 发射机天线发出的无线电波， 可依不同的路径到达接收机，当频率f＞30 MHz时，典型的传播通路如图 3 - 1 所示。沿路径①从发射天线直接到达接收天线的电波称为直射波，它是VHF和UHF频段的主要传播方式；沿路径②的电波经过地面反射到达接收机，称为地面反射波；路径③的电波沿地球表面传播，称为地表面波。 由于地表面波的损耗随频率升高而急剧增大，传播距离迅速减小，因此在VHF和UHF频段地表面波的传播可以忽略不计。除此之外，在移动信道中，电波遇到各种障碍物时会发生反射和散射现象，它对直射波会引起干涉，即产生多径衰落现象。下面先讨论直射波和反射波的传播特性。 3.1.2 直射波 ? 直射波传播可按自由空间传播来考虑。所谓自由空间传播 是指天线周围为无限大真空时的电波传播， 它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。实际情况下，只要地面上空的大气层是各向同性的均匀媒质，其相对介电常数εr和相对导磁率μr都等于1， 传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，在这种情况下，电波可视作在自由空间传播。 3.1.3 大气中的电波传播 1. 大气折射 在不考虑传导电流和介质磁化的情况下，介质折射率n与相对介电系数εr的关系为 大气折射对电波传播的影响，在工程上通常用“地球等效半径”来表征，即认为电波依然按直线方向行进，只是地球的实际半径R0(6.37×106m)变成了等效半径Re, Re与R0之间的关系为 2. 视线传播极限距离 视线传播的极限距离可右图 计算，天线的高度分别为ht和hr，两个天线顶点的连线AB与地面相切于C点。由于地球等效半径Re远远大于天线高度，不难证明，自发射天线顶点A到切点C的距离d1为 可见，视线传播的极限距离d为 3.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 在实际情况下，电波的直射路径上存在各种障碍物，由障碍物引起的附加传播损耗称为绕射损耗。 设障碍物与发射点和接收点的相对位置如图3-3所示。图中，x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离，称为菲涅尔余隙。规定阻挡时余隙为负，如图3-3(a)所示；无阻挡时余隙为正，如图3-3(b)所示。 图3–4 绕射损耗与余隙关系 由图3-4可见，当x/x1＞0.5时，附加损耗约为0dB，即障碍物对直射波传播基本上没有影响。为此，在选择天线高度时，根据地形尽可能使服务区内各处的菲涅尔余隙x＞0.5x1; 当x＜0，即直射线低于障碍物顶点时，损耗急剧增加；当x=0时，即TR直射线从障碍物顶点擦过时，附加损耗约为 6dB。 3.1.5 反射波 当电波传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，如果界面尺寸比电波波长大得多，就会产生镜面反射。由于大地和大气是不同的介质，所以入射波会在界面上产生反射，如图 3 - 5 所示。 通常，在考虑地面对电波的反射时，按平面波处理，即电波在反射点的反射角等于入射角。不同界面的反射特性用反射系数R表征，它定义为反射波场强与入射波场强的比值，R可表示为 R=|R|e-jψ (3-10) 式中，|R|为反射点上反射波场强与入射波场强的振幅比，ψ代表反射波相对于入射波的相移。 对于地面反射，当工作频率高于150MHz(λ＜2m)时， θ＜1°，可得 Rv=Rh=-1 (3-11) 即反射波场强的幅度等于入射波场强的幅度，而相差为180°。 在图3-5中，由发射点T发出的电波分别经过直射线(TR)与地面反射路径(ToR)到达接收点R，由于两者的路径不同，从而会产生附加相移。由图3-5可知， 反射波与直射波的路径差为 通常(ht+hr)d, 故上式中每个根号均可用二项式定理展开，并且只取展开式中的前两项。例如： 由路径差Δd引起的附加相移Δφ为 3.2 移动信道的特征 3.2.1 传播路径与信号衰落 在VHF、UHF移动信道中，电波传播方式除了上述的直射波和地面反射波之外，还需要考虑传播路径中各种障碍物所引起的散射波。图3-6是移动信道传播路径的示意图。 图中，hb为基站天线高度,hm为移动台天线高度。直射波的传播距离为d, 地面反射波的传播距离为d1，散射波的传播距离为d2。移动台接收信号的场强由上述