无线电波的传播学习教案.pptx

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1、无线电波无线电波(wxin dinb)的传播的传播第一页，共14页。一、自由空间传播二、视距传播的大气效应三、视距传播的地面效应四、多径衰落五、多普勒效应六、室分设计电波传播考虑七、天线基本特性和工作原理八、天线常用(chn yn)技术指标九、室分常用(chn yn)天线介绍目目 录录第1页/共14页第二页，共14页。一、自由空间传播一、自由空间传播(chunb)(chunb)1.概述：无线电波也称为电磁波，是一组正交的电场和磁场交替出现的能量波。电磁波在自由空间传播速度30万千米/秒。电磁波传播的主要方式(fngsh)是空间波，即直射波、折射波、散射波、绕射波和它们的合成波。当无线电波遇到物

2、体时，产生折射和散射；由于电波传播方向上有不同的物体，造成不同的折射和散射，所以在任何一个接受点均可能收到来自不同路径的同源电磁波，这个就是多径传播。第2页/共14页第三页，共14页。2.2.自由空间的传播自由空间的传播 自由空间：均匀无损耗的无限大空间；各向同性；电导率为自由空间：均匀无损耗的无限大空间；各向同性；电导率为零；空间无限大。零；空间无限大。空气中电导率不为零，且方向不同性，所以不是自由空间，空气中电导率不为零，且方向不同性，所以不是自由空间，但是近似自由空间。但是近似自由空间。有一发射功率为有一发射功率为PtPt的点源，通过增益为的点源，通过增益为GtGt的天线发射；在距的天线

3、发射；在距离该点源离该点源 d d的球面上有一有效接收为的球面上有一有效接收为A A的天线，则该天线单的天线，则该天线单位面积上接收到的功率为位面积上接收到的功率为 S=Gt*Pt/(4d2)S=Gt*Pt/(4d2)天线截获的功率天线截获的功率Pr=S*A Pr=S*A，有效接收面积有效接收面积 A=Gr*2/(4)A=Gr*2/(4)所以，所以，Pr=Pt*Gt*Gr*2/Pr=Pt*Gt*Gr*2/（4d4d）2 2 定义路径衰耗定义路径衰耗Ls=Ls=（4d4d）2/2 =2/2 =（4 fd4 fd）2/c 22/c 2 其中其中(qzhng)(qzhng)，f f为频率；为频率；C

4、 C为电磁波在自由空间传播速度。为电磁波在自由空间传播速度。用分贝表示为用分贝表示为 Ls=32.45dB+20log(f)+20log(d)Ls=32.45dB+20log(f)+20log(d)f f 单位为单位为MHzMHz；d d单位为单位为KmKm一、自由空间传播一、自由空间传播(chunb)(chunb)第3页/共14页第四页，共14页。1.1.大气的吸收衰减大气的吸收衰减 大气的组成分子（氧气、氮气、水蒸气等等），有大气的组成分子（氧气、氮气、水蒸气等等），有自己的固有电磁谐振频率，会吸收传播中的电磁波能量。自己的固有电磁谐振频率，会吸收传播中的电磁波能量。对对12GHz12GH

5、z频率以下的电磁波吸收衰减约为频率以下的电磁波吸收衰减约为0.0015dB/km0.0015dB/km。2.2.雨雾衰减雨雾衰减 雨雾对无线电波也有吸收作用，频率越高，衰减越雨雾对无线电波也有吸收作用，频率越高，衰减越大；雨雾越大，衰减也越大。通常，大雾对大；雨雾越大，衰减也越大。通常，大雾对6GHz6GHz以上以上(yshng)(yshng)的电磁波产生的电磁波产生10dB/Km10dB/Km的衰减。的衰减。3.3.大气折射衰减大气折射衰减 大气各向不同性，主要是空气密度不同造成的。折大气各向不同性，主要是空气密度不同造成的。折射产生电波发射方向，从而引起信号衰减。射产生电波发射方向，从而引

6、起信号衰减。二、视距传播的大气二、视距传播的大气(dq)(dq)效应效应第4页/共14页第五页，共14页。1.1.树林、建筑、山头或地面等障碍物对电磁波阻挡掉一些电磁树林、建筑、山头或地面等障碍物对电磁波阻挡掉一些电磁波射线，在自由传播基础上增加了衰减。波射线，在自由传播基础上增加了衰减。2.2.平滑地面和水面可以把电磁波发射到接收天线，发射波和直平滑地面和水面可以把电磁波发射到接收天线，发射波和直射射(zh sh)(zh sh)波在矢量相加后抵消，产生附加衰减。波在矢量相加后抵消，产生附加衰减。三、视距传播的地面三、视距传播的地面(dmin)(dmin)效应效应第5页/共14页第六页，共14

7、页。1.1.接收点的无线电波是从信源通过接收点的无线电波是从信源通过(tnggu)(tnggu)多个路径传播而来多个路径传播而来的电波合成。这个现象就是多径传播。的电波合成。这个现象就是多径传播。2.2.由于是同源的多个电波合成，则在合成点叠加时幅度和相位由于是同源的多个电波合成，则在合成点叠加时幅度和相位不相同，有时叠加而增强，有时抵消而减弱，形成衰落。这不相同，有时叠加而增强，有时抵消而减弱，形成衰落。这种由多径传播引起的衰落，称为多径衰落。种由多径传播引起的衰落，称为多径衰落。3.3.多径衰落是快衰弱；而由距离引起的衰弱称为慢衰落。无线多径衰落是快衰弱；而由距离引起的衰弱称为慢衰落。无线

8、电波的衰落就是有快衰落和慢衰弱组成的。电波的衰落就是有快衰落和慢衰弱组成的。4.4.多径对数字信号的影响：时延拓展；相关带宽；随机调频多径对数字信号的影响：时延拓展；相关带宽；随机调频5.5.多径传播现象有利有弊。有弊是造成了电波接收的不确定性；多径传播现象有利有弊。有弊是造成了电波接收的不确定性；有利是能曲线传播。有利是能曲线传播。四、多径传输四、多径传输(chun sh)(chun sh)第6页/共14页第七页，共14页。五、多普勒效应五、多普勒效应(xioyng)(xioyng)多普勒效应是指发射源与接收点相对移动而产生频率变化的现象；多普勒频移：f=(v/)*cos；其中v/为最大多普

9、勒频移例如(lr)：900MHz频率，移动台速度50Km/h，则 f=(50*1000/3600)/(3/9)=41.6Hz。第7页/共14页第八页，共14页。1.1.室内分布系统的无线传播也是多径传播，也存在多径现象室内分布系统的无线传播也是多径传播，也存在多径现象(xinxing)(xinxing)。因为室内环境比较稳定，多径衰落呈现慢。因为室内环境比较稳定，多径衰落呈现慢衰落的现象衰落的现象(xinxing)(xinxing)。所以，在计算电平时，常常采。所以，在计算电平时，常常采用自由空间的传播计算方式。用自由空间的传播计算方式。2.2.由于不考虑信号的多径叠加问题。所以，在电平计算上

10、主由于不考虑信号的多径叠加问题。所以，在电平计算上主要考虑的是直射波。在直射波传播路径上有阻挡，则考要考虑的是直射波。在直射波传播路径上有阻挡，则考虑阻挡衰减。虑阻挡衰减。3.3.折射波、反射波的应用。某些曲折死角，可以巧妙地应用折射波、反射波的应用。某些曲折死角，可以巧妙地应用电波的折射和发射。电波的折射和发射。4.4.电波的隧道效应。电波的隧道效应。六、室分设计电波六、室分设计电波(din b)(din b)传输考虑传输考虑第8页/共14页第九页，共14页。1 1、天线是无线电波发送和接收的装置。具有电波导向性、电磁、天线是无线电波发送和接收的装置。具有电波导向性、电磁场极化、场极化、“放

11、大信号放大信号”三个基本功能。三个基本功能。2 2、电波导向性：引导电磁波传播。方式、电波导向性：引导电磁波传播。方式(fngsh)(fngsh)是是“引导引导”和和“反反射射”。3 3、电磁场极化：使得电磁场与其他参照物成一定角度。、电磁场极化：使得电磁场与其他参照物成一定角度。4 4、“放大信号放大信号”：增益。：增益。天线增益：相对于点源，天线把电磁波集中的程度。天线增益：相对于点源，天线把电磁波集中的程度。dBi dBi相对于点源的天线增益单位；相对于点源的天线增益单位；dBddBd相对于偶极子的天线相对于偶极子的天线增益单位。增益单位。0dBd=2.15dBi 0dBd=2.15dB

12、i 所以：天线一般包含有源振子、导向装置、能量汇集装置。所以：天线一般包含有源振子、导向装置、能量汇集装置。七、天线基本特性和工作七、天线基本特性和工作(gngzu)(gngzu)原理原理第9页/共14页第十页，共14页。1 1、工作频段、工作频段2 2、增益、增益3 3、方位角：分水平和垂直两个指标。、方位角：分水平和垂直两个指标。4 4、驻波系数（发射系数、驻波系数（发射系数P P反射波振幅反射波振幅/入射波振幅；回波系数入射波振幅；回波系数L=1/PL=1/P；驻波系数；驻波系数S=S=（1+P1+P）/（1-P1-P）5 5、最大输入、最大输入(shr)(shr)功率功率6 6、前后比

13、（前后隔离度）、前后比（前后隔离度）7 7、极化方向、极化方向其他：外形尺寸、接口阻抗和类型、安装方式。其他：外形尺寸、接口阻抗和类型、安装方式。八、天线八、天线(tinxin)(tinxin)常用技术指常用技术指标标第10页/共14页第十一页，共14页。1.1.全向吸顶天线全向吸顶天线 工作频段：工作频段：8002500MHz8002500MHz 增益：增益：2dBi2dBi 接口：接口：5050欧姆欧姆(u m)(u m)，N N型阴头型阴头 最大输入功率：最大输入功率：50W50W 驻波系数：小于驻波系数：小于1.41.42.2.（小）板状天线（小）板状天线 工作频段：工作频段：8002

14、500MHz8002500MHz 增益：增益：7dBi7dBi 接口：接口：5050欧姆欧姆(u m)(u m)，N N型阴头型阴头 最大输入功率：最大输入功率：50W50W 驻波系数：小于驻波系数：小于1.41.43.3.八木天线八木天线 工作频段：工作频段：880960MHz880960MHz 增益：增益：7dBi7dBi 接口：接口：5050欧姆欧姆(u m)(u m)，N N型阴头型阴头 最大输入功率：最大输入功率：50W50W 驻波系数：小于驻波系数：小于1.41.4 九、室分常用天线九、室分常用天线(tinxin)(tinxin)介介绍绍第11页/共14页第十二页，共14页。重点重点(zhngdin)(zhngdin)和思考和思考重点：无线电波自由空间传播公式。重点：无线电波自由空间传播公式。多径传输产生的结果。多径传输产生的结果。天线的种类、指标。天线的种类、指标。思考：相对运动改变无线电波的频率，动车或高铁怎样覆盖思考：相对运动改变无线电波的频率，动车或高铁怎样覆盖 信号比较信号比较(bjio)(bjio)合适？合适？第12页/共14页第十三页，共14页。谢 谢！第13页/共14页第十四页，共14页。