第3章 电波传播、天线、抗衰落技术.ppt

移动通信技术 第3章 电波传播、天线、抗衰落技术 第3章 电波传播、天线、抗衰落技术 3.1 电波传播 3.2 天线工作原理及优化 3.3 抗衰落技术 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 当前陆地移动通信主要使用的频段为VHF和UHF，即150MHz，450MHz、900MHz和1 800MHz、2.4GHz。 移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波、地表面波等传播方式，由于地表面波的传播损耗随着频率的增高而增大，传播距离有限。 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 1 自由空间电波传播方式 自由空间电波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，可以认为是直射波传播，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。 虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、折射、绕射、散射和吸收，但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 2 视距传播的极限距离 由于地球是球形的，凸起的地表面会挡住视线。视线所能到达的最远距离称为视线距离 （见图3-2）。 图3-2 视距传播的极限距离 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 已知地球半径为R?=?6 370km，设发射天线和接收天线高度分别为hT和hR（单位为m），理论上可得视距传播的极限距离d0为 由此可见，视距决定于收、发天线的高度。天线架设越高，视线距离越远。 实际上，当考虑了空气的不均匀性对电波传播轨迹的影响后，在标准大气折射情况下，等效地球半径R?=?8 500km，可得修正后的视距传播的极限距离d0为 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 3 绕射损耗 在实际情况下，除了考虑在自由空间中的视距传输损耗外，还应考虑各种障碍物对电波传输所引起的损耗。通常将这种损耗称为绕射损耗。 设障碍物与发射点、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至直线TR之间的垂直距离，在传播理论中x称为菲涅尔余隙。 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 图3-3 菲涅尔余隙 （a）中所示的x被定义为负值 （b）中所示的x被定义为正值 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 根据菲涅尔绕射理论，可得到障碍物引起的绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系如图3-4所示。横坐标为x/ ， 称菲涅尔半径（第一菲涅尔半径），且有 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 图3-4 绕射损耗与菲涅尔余隙之间的关系 由图3-4可见，当横坐标x/ ＞0.5时，则障碍物对直射波的传播基本上没有影响。 当x?=?0时，TR直射线从障碍物顶点擦过时，绕射损耗约为6dB，当x＜0时，TR直射线低于障碍物顶点，损耗急剧增加。 4 反射波 电波在传输过程中，遇到两种不同介质的光滑界面时，会发生反射现象。 图3-5所示为从发射天线到接收天线的电波由反射波和直射波组成的情况。 反射波与直射波的行距差为 式中 d?=?d1?+?d2 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 由于直射波和反射波的起始相位是一致的，因此两路信号到达接收天线的时间差换算成相位差Δ?0为 再加上地面反射时大都要发生一次反相，实际的两路电波相位差Δ?为 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的传播机制为反射、绕射和散射。 当电波遇到比波长大得多的物体时发生反射，反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。 当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时发生绕射，由阻挡表面产生的二次波散布于空间，甚至于阻挡体的背面。 当发射机和接收机之间不存在视距路径，围绕阻挡体也产生波的弯曲。 在高频波段，绕射和反射一样，依赖于物体的形状以及绕射点入射波的振幅、相位和极化情况。 3.1.1 VHF、UHF频段的电波传播特性 当电波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常多时，发生散射。 散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会发生散射。 3.1.2 阴 影 效 应 当电波在传播路径上遇到起伏地形、建筑物、植被（高大的树林）等障碍物的阻挡时，会产生电磁场的阴影。 移动台在运动中通过不同障碍物的阴影时，就构成接收天线处场强中值的变化，从而引起衰落，称为阴影衰落。 移动台在运动中通过不同障碍物的阴影时，存在阴影区（