第2章 移动信道电波传播及无线链路计算.ppt

2.1 VHF、 UHF频段电波传播特性 移动通信中， 移动台是处在运动状态之中的， 电波传播的条件随着移动而发生较大的变化， 接收信号的场强起伏也很大， 可达几十分贝， 极易出现严重的衰落现象。 图2 - 1示出了一个场强的实测记录。 由此可见， 接收信号出现严重的衰落现象是移动通信电波传播的一个基本特点。 图2 - 1 移动通信场强实测记录(f=160 MHz) 2.1.1 电波传播方式 现代移动通信已广泛使用150 MHz(VHF)、 450 MHz、 900 MHz(UHF)频段， 因此， 必须熟悉它们的传播方式和特点。 发射机天线发出的无线电波， 通过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2 - 2所示。 图 2 - 2 典型的传播通路 2.1.2 自由空间的传播损耗 直射波传播可按自由空间传播来考虑。 自由空间是一个理想的空间， 在自由空间中， 电波沿直线传播， 不发生反射、 折射、 绕射、 散射和吸收等现象。 在图2 - 3所示的自由空间中， 设在原点O有一辐射源， 均匀地向各方向辐射， 辐射功率为PT。 经辐射后， 能量均匀地分布在以O点为球心， d为半径的球面上。 已知球面的表面积为4πd2， 因此， 在球面单位面积上的功率应为PT/4πd2。 若接收天线所能接收的有效面积取为 A = λ2/4π， 则接收功率为 图 2 - 3 自由空间传播损耗 通常， 定义发射功率与接收功率的比值为传播损耗。 所以， 自由空间传播损耗Lbs为 2.1.3 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 众所周知， 大气的相对介电系数与温度、 湿度及气压有关。 大气高度不同， εr也不同， 即dn／dh是不同的。 根据折射定律， 电波传播速度v与大气折射率 n成反比， 即 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Ro(6.37×106 m)变成了等效半径Re， Re 与Ro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由图2 - 4计算。 天线高度分别为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，因此， 自发射天线顶点A到切点C的距离d1为 图 2 - 4 视线传播的极限距离 所以， 视线传播的极限距离为 2.1.4 障碍物的影响与绕射损耗 实际情况中， 电波在直射传播中存在各种障碍物， 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2 - 5所示。 图中， x表示障碍物顶点P至直射线TR的距离， 称作菲涅尔余隙。 规定阻挡时余隙为负， 如图2 - 5(a)所示；无阻挡时余隙为正， 如图2 - 5(b)所示。 由障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙的关系如图2 - 5(c)所示。 图中， 纵坐标为绕射引起的附加损耗， 即相对于自由空间传播的分贝数。 横坐标x／x1 中的x1是第一菲涅尔区在P点横截面的半径， 它由下列关系式求得 图 2 - 5 障碍物与余隙绕射及损耗菲涅尔余隙的关系 (a) 负余隙； (b) 正余隙； (c) 绕射损耗与余隙关系 例 2.1 设在图2 - 5(a)所示的传播路径中， 菲涅尔余隙x=-82 m， d1=5 km， d2=10 km， 工作频率为150 MHz。 试求电波传播损耗。 解 先由式(2 - 1)求出自由空间传播损耗： ［Lbs］=32.45+20lg(5+10)+20lg150=99.5 dB ? 由式(2 - 2)求第一菲涅尔区半径： 2.1.5 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2 - 6所示。 图 2 - 6 反射波与直射波 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， 可表示为