無線電波的傳播方式是怎樣的

2020-11-22 電子發燒友

　　無線電波的傳播方式對於自由空間，在自由空間中由於沒有阻擋，電波傳播只有直射，不存在其他現象。

　　而對於日常生活中的實際傳播環境，由於地面存在各種各樣的物體，使得電波的傳播有直射、反射、繞射（衍射）等，另外對於室內或列車內的用戶，還有一部分信號來源於無線電波對建築的穿透。這些都造成無線電波傳播的多樣性和複雜性，增大了對電波傳播研究的難度。

　　直射

　　直射在視距內可以看做無線電波在自由空間中傳播。直射波傳播損耗公式同自由空間中的路徑損耗公式：PL=32.44+20lgf+20lgd。其中，PL為自由空間的路損，單位是dB。F為載波的頻率，單位是MHz。d為發射源與接收點的距離，單位是km。

　　反射、折射與穿透

　　在電磁波傳播過程中遇到障礙物，當這個障礙物的尺寸遠大於電磁波的波長時，電磁波在不同介質的交界處會發生發射和折射。另外，障礙物的介質屬性也會對反射產生影響。對於良導體，反射不會帶來衰減；對於絕緣體，他只反射入射能量的一部分，剩下的被折射入新的介質繼續傳播；而對於非理想介質，電磁波貫穿介質，即穿透時，介質會吸收電磁波的能量，產生貫穿衰落。穿透損耗大小不僅與電磁波頻率有關，而且與穿透物體的材料、尺寸有關。

　　一般室內的無線電波信號是穿透分量與繞射分量的疊加，而繞射分量佔絕大部分。所以，總的來看，高頻信號（例如1800MHz）的室內外電平差比低頻信號（800MHz）的室內外電平差要大。並且，低頻信號進入室內後，由於穿透能力差一些，在室內進行各種反射後場強分布更均勻；而高頻信號進入室內後，部分穿透又穿透出去了，室內信號分布就不太均勻，也就使用戶感覺信號波動大。

　　

　　繞射（衍射）

　　在電磁波傳播過程中遇到障礙物，這個障礙物的尺寸與電磁波的波長接近時，電磁波可以從該物體的邊緣繞射過去。繞射可以幫助進行陰影區域的覆蓋。

　　散射

　　在電磁波傳播過程中遇到障礙物，這個障礙物的尺寸小於電磁波的波長，並且單位體積內這種障礙物的數目非常巨大時，會發生散射。散射發生在粗糙物體、小物體或其它不規則物體表面，如樹葉、街道標識和燈柱等。

　　不同距離下無線電波的傳播

　　視距傳播

　　無線電波視距傳播的一般形式主要是直射波和地面反射波的疊加，結果可能使信號加強，也可能使信號減弱。

　　由於地球是球形的，受地球曲率半徑的影響，視距傳播存在一個極限距離Rmax，它受發射天線高度、接收天線高度和地球半徑影響。

　　非視距傳播

　　無線電波非視距傳播的一般形式有：繞射波、對流層反射波和電離層反射波。

　　

　　①繞射波

　　繞射波是建築物內部或陰影區域信號的主要來源。繞射波的強度受傳播環境影響很大，且頻率越高，繞射信號越弱。

　　②對流層反射波

　　對流層反射波產生於對流層。對流層是異類介質，由於天氣情況而隨時間變化。它的反射係數隨高度增加而減少。這種緩慢變化的反射係數使電波彎曲。對流層反射方式應用于波長小於10米（即頻率大於30MHz）的無線通信中。對流層反射波具有極大的隨機性。

　　③電離層反射波

　　當電波波長大於1米（即頻率小於300MHz）時，電離層是反射體。從電離層反射的電波可能有一個或多個跳躍，因此這種傳播用於長距離通信，同對流層一樣，電離層也是具有連續波動的特性。

　　無線電波在陸地移動通信環境下的特點

　　傳播環境的複雜性

　　由於移動終端的天線高度比較低，傳播路徑總是受到地形及人為環境的影響，使得接收信號大量的散射、反射或疊加。

　　傳播環境的複雜性體現在地形、人為建築物、人為噪聲幹擾的多樣性。比如，周圍有樹林的地形，樹葉會造成無線電波大量的散射。而對於城市環境，由街道兩旁的高大建築導致的波導效應，使得街道上沿著傳播方向的信號增強，垂直於傳播方向的信號減弱，兩者相差可達10dB左右。另外，機動車的點火噪聲、電力線噪聲、工業噪聲等人為噪聲，都會對接收信號造成幹擾。

　　移動終端的隨機移動性

　　移動終端總是在移動，即使移動終端不動，周圍環境也一直在變化，如人、車的移動，風吹動樹葉等，使得基站與移動終端之間的傳播路徑不斷發生變化。並且移動終端相對基站的移動方向和移動速度的變化，都會導致信號電平的變化，只能用隨機過程的概率分布來描述。

　　傳播的開放性

　　無線電波傳播空間的開放性導致空間幹擾現象嚴重。比較常見的有同頻幹擾、鄰頻幹擾、互調幹擾等。隨著頻率復用係數的提高，同鄰頻幹擾將成為主要幹擾。

　　傳播分類

　　無線電波自發射地點到接收地點主要有天波、地波、空間直線波3種傳播方式，各波特性如下：

　　

　　地波：沿著地球表面傳播的電波，稱為地波。在傳播過程中因電波受到地面的吸收，其傳播距離不遠。頻率越高，地面吸收越大，因此短波、超短波沿地面傳播時，距離較近，一般不超過100公裡，而中波傳播距離相對較遠。優點是受氣候影響較小，信號穩定，通信可靠性高。

　　天波： 靠大氣層中的電離層反射傳播的電波，稱為天波，又稱電離層反射波。發射的電波是經距地面70—80公裡以上的電離層反射後至接收地點，其傳播距離較遠，一般在1000公裡以上。缺點是受電離層氣候影響較大，傳播信號很不穩定。短波頻段是天波傳播的最佳頻段，漁業船舶配備的短波單邊帶電臺，就是利用天波傳播方式進行遠距離通信的設備。

　　空間直線波： 在空間由發射地點向接收地點直線傳播的電波，稱空間直線電波，又稱直線波或視距波。傳播距離為視距範圍，僅為數十公裡。漁業船舶配備的對講機和雷達均是利用空間波傳播方式進行通信的設備。

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