【正文】 以入射波會(huì)在界面上產(chǎn)生反射 ， 如圖 3 5 所示 。 解 先由式 (3 13)求出自由空間傳播的損耗 Lfs為 ［ Lfs］ = +20lg(5+10)+20lg 150 = 由式 (3 21)求第一菲涅爾區(qū)半徑 x1為 mddddx 10151010105233321211 ????????? ?式中， λ =c/f, c為光速， f為頻率。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 例 31 設(shè)圖 3 3(a)所示的傳播路徑中 ， 菲涅爾余隙x=82m, d1=5km, d2=10km, 工作頻率為 150MHz。 為此 ， 在選擇天線高度時(shí) ， 根據(jù)地形盡可能使服務(wù)區(qū)內(nèi)各處的菲涅爾余隙 x＞ 。 圖中 ， 縱坐標(biāo)為繞射引起的附加損耗 ， 即相對(duì)于自由空間傳播損耗的分貝數(shù) 。 規(guī)定阻擋時(shí)余隙為負(fù) ， 如圖 3 3(a)所示； 無(wú)阻擋時(shí)余隙為正 ， 如圖 33(b)所示 。 設(shè)障礙物與發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)的相對(duì)位置如圖 3 3 所示 。 由于地球等效半徑 Re遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天線高度 ， 不難證明 ， 自發(fā)射天線頂點(diǎn) A到切點(diǎn) C的距離 d1為 te hRd 21 ?(3 17) 同理 ， 由切點(diǎn) C到接收天線頂點(diǎn) B的距離 d2為 re hRd ?2 (3 18) 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 – 2 視線傳播極限距離 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 可見(jiàn)， 視線傳播的極限距離 d為 )(221 rte hhRddd ????(3 19) 在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下 ， Re=8500km, 故 ? ?rt hhd ?? (3 20) 式中， ht、 hr的單位是 m, d的單位是 km。 由上可知 ， 大氣折射有利于超視距的傳播 ， 但在視線距離內(nèi) ， 因?yàn)橛烧凵洮F(xiàn)象所產(chǎn)生的折射波會(huì)同直射波同時(shí)存在 ， 從而也會(huì)產(chǎn)生多徑衰落 。 因而 k＞ 1, Re＞ R0。 大氣折射對(duì)電波傳播的影響 ， 在工程上通常用 “ 地球等效半徑 ” 來(lái)表征 ， 即認(rèn)為電波依然按直線方向行進(jìn) ， 只是地球的實(shí)際半徑 R0( 106 m)變成了等效半徑 Re, Re與R0之間的關(guān)系為 dhdnRRRk e00 11???式中， k稱作地球等效半徑系數(shù)。 根據(jù)折射定律 ， 電波傳播速度 v與大氣折射率 n成反比 ， 即 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 當(dāng)一束電波通過(guò)折射率隨高度變化的大氣層時(shí) ， 由于不同高度上的電波傳播速度不同 ， 從而使電波射束發(fā)生彎曲 ， 彎曲的方向和程度取決于大氣折射率的垂直梯度 dn/dh。 眾所周知 ， 大氣的相對(duì)介電系數(shù)與溫度 、 濕度和氣壓有關(guān) 。 (38) 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 24 ???????dGGPP RTTR?? (3 9) 當(dāng)收 、 發(fā)天線增益為 0dB， 即當(dāng) GR=GT=1時(shí) ， 接收 天線上獲得的功率為 24 ???????dPP TR?? (3 10) 由式 (3 6)至式 (3 8)可得 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 由上式可見(jiàn)， 自由空間傳播損耗 Lfs可定義為 24?????????? dPPLRTfs(3 11) 以 dB計(jì)， 得 ? ? )(4lg20)(4lg10)(2dBddBddBL fs???? ????????(3 12) 或 ［ Lfs］ (dB) = +20lg d(km)+20lg f(MHz) (3 13) 式中 ， d的單位為 km， 頻率單位以 MHz計(jì) 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 )m/V(30 T0dPE ? (3 1) 雖然電波在自由空間里傳播不受阻擋 ， 不產(chǎn)生反射 、 折射 、 繞射 、 散射和吸收 ， 但是 ， 當(dāng)電波經(jīng)過(guò)一段路徑傳播之后 ， 能量仍會(huì)受到衰減 ， 這是由輻射能量的擴(kuò)散而引起的 。 電波在自由空間傳播時(shí) ， 其能量既不會(huì)被障礙物所吸收 ， 也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射 。 無(wú)線電波傳播特性 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 1 典型的傳播通路 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 直射波 直射波傳播可按自由空間傳播來(lái)考慮 。第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 無(wú)線電波傳播特性 移動(dòng)信道的特征 陸地移動(dòng)信道的傳輸損耗 移動(dòng)信道的傳播模型 思考題與習(xí)題 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 電波傳播方式 發(fā)射機(jī)天線發(fā)出的無(wú)線電波 ， 可依不同的路徑到達(dá)接收機(jī) ， 當(dāng)頻率 f＞ 30 MHz時(shí) ， 典型的傳播通路如圖 31 所示 。 沿路徑 ① 從發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線的電波稱為直射波 ，它是 VHF和 UHF頻段的主要傳播方式；沿路徑 ② 的電波經(jīng)過(guò)地面反射到達(dá)接收機(jī) ， 稱為地面反射波； 路徑 ③ 的電波沿地球表面?zhèn)鞑?， 稱為地表面波 。 所謂自由空間傳播系指天線周圍為無(wú)限大真空時(shí)的電波傳播 ， 它是理想傳播條件 。 實(shí)際情況下 ， 只要地面上空的大氣層是各向同性的均勻媒質(zhì) ， 其相對(duì)介電常數(shù)ε和相對(duì)導(dǎo)磁率 μ都等于 1， 傳播路徑上沒(méi)有障礙物阻擋 ，到達(dá)接收天線的地面反射信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)也可以忽略不計(jì) ， 在這樣情況下 ， 電波可視作在自由空間傳播 。 由電磁場(chǎng)理論可知 ， 若各向同性天線 (亦稱全向天線或無(wú)方向性天線 )的輻射功率為 PT瓦 ， 則距輻射源 dm處的電場(chǎng)強(qiáng)度有效值 E0為 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 磁場(chǎng)強(qiáng)度有效值 H0為 )/(120 300 mAdPH T?? (3 2) 單位面積上的電波功率密度 S為 )/(4 22 mWdPS T?? (3 3) 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 若用發(fā)射天線增益為 GT的方向性天線取代各向同性天線 ， 則上述公式應(yīng)改寫(xiě)為 )/(4)/(12030)/(30200mWdGPSmAdGPHmVdGPETTTTTT?????(3 4) (3 5) (3 6) 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 接收天線獲取的電波功率等于該點(diǎn)的電波功率密度乘以接收天線的有效面積 ， 即 PR = SAR (3 7) 式中 ， AR為接收天線的有效面積 ， 它與接收天線增益 GR滿足下列關(guān)系： RR GA ??42?式中， λ2/4π為各向同性天線的有效面積。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 大氣中的電波傳播 1. 大氣折射 在不考慮傳導(dǎo)電流和介質(zhì)磁化的情況下 ， 介質(zhì)折射率 n與相對(duì)介電系數(shù) εr的關(guān)系為 rn ??(3 14) nc?? (315) 式中， c為光速。 大氣高度不同 ， εr也不同 ， 即 dn/dh是不同的 。這種由大氣折射率引起電波傳播方向發(fā)生彎曲的現(xiàn)象 ， 稱為大氣對(duì)電波的折射 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 當(dāng) dn/dh＜ 0時(shí) ， 表示大氣折射率 n隨著高度升高而減少 。 在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下 ， 即當(dāng) dn/dh≈4 108(l/m)， 等效地球半徑系數(shù) k=4/3， 等效地球半徑 Re=8 500km 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 2. 視線傳播極限距離 視線傳播的極限距離可由圖 3 2 計(jì)算 ， 天線的高度分別為 ht和 hr， 兩個(gè)天線頂點(diǎn)的連線 AB與地面相切于 C點(diǎn) 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 障礙物的影響與繞射損耗 在實(shí)際情況下 ， 電波的直射路徑上存在各種障礙物 ， 由障礙物引起的附加傳播損耗稱為繞射損耗 。 圖中 ， x表示障礙物頂點(diǎn) P至直射線 TR的距離 ， 稱為菲涅爾余隙 。 由障礙物引起的繞射損耗與菲涅爾余隙的關(guān)系如圖 34 所示 。 橫坐標(biāo)為x/x1, 其中 x1是第一菲涅爾區(qū)在 P點(diǎn)橫截面的半徑 ， 它由下列關(guān)系式可求得： 21211 ddddx??? (3 21) 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 3 障礙物與余隙 (a) 負(fù)余隙； (b) 正余隙 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 由圖 3 4 可見(jiàn) ， 當(dāng) x/x1＞ 時(shí) ， 附加損耗約為 0dB， 即障礙物對(duì)直射波傳播基本上沒(méi)有影響 。 當(dāng) x＜ 0， 即直射線低于障礙物頂點(diǎn)時(shí) ， 損耗急劇增加；當(dāng) x=0時(shí) ， 即 TR直射線從障礙物頂點(diǎn)擦過(guò)時(shí) ， 附加損耗約為 6 dB 。 試 求出電波傳播損耗 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 由圖 34 查得附加損耗 (x/x1≈1)為 , 因此電波傳播的損耗 L為 ［ L］ = ［ Lfs］ + = 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 – 4 繞射損耗與余隙關(guān)系 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 反射波 當(dāng)電波傳播中遇到兩種不同介質(zhì)的光滑界面時(shí) ， 如果界面尺寸比電波波長(zhǎng)大得多 ， 就會(huì)產(chǎn)生鏡面反射 。 通常 ， 在考慮地面對(duì)電波的反射時(shí) ， 按平面波處理 ， 即電波在反射點(diǎn)的反射角等于入射角 。 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 5 反射波與直射波 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 對(duì)于水平極化波和垂直極化波的反射系數(shù) Rh和 Rv分別由下列公式計(jì)算： 2/122/122/122/12)c o s(s i n)c o s(s i n)c o s(s i n)c o s(s i n???????????????????????????ccccvccjhhReRR (3 23) (3 24) 式中， εc是反射媒質(zhì)的等效復(fù)介電常數(shù)， 它與反射媒質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù) εr、 電導(dǎo)率 δ和工作波長(zhǎng) λ有關(guān)， 即 ???? 60j?? rc(325) 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 對(duì)于地面反射 ， 當(dāng)工作頻率高于 150MHz(λ＜ 2m)時(shí) ， θ＜1176。 。 由圖 3 5 可知 ， 反射波與直射波的路徑差為 ?????????????? ????????? ??????????????222221222111)()()()(dhhdhhdhhddhhddcbadrtrtrtrt?(3 27) 式中， d=d1+d2。 例如： 222111?????? ????????? ??dhhdhh rtrt 由此可得到 dhhd rt2?? (3 28) 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 d??? ??? 2式中 ， 2π/λ稱為傳播相移常數(shù) 。 圖 36 是移動(dòng)信道傳播路徑的示意圖 。 直射波的傳播距離為 d, 地面反射波的傳播距離為 d1， 散射波的傳播距離為 d2。 為分析簡(jiǎn)便 ， 假設(shè)反射系數(shù) R=1(鏡面反射 )， 則合成場(chǎng)強(qiáng) E為 式中， E0是直射波場(chǎng)強(qiáng)， λ是工作波長(zhǎng)， α1和 α2分別是地面反射波和散射波相對(duì)于直射波的衰減系數(shù)， 而 Δd1 = d1d Δd2 = d2d 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 圖 3 7 典型信號(hào)衰落特性 第 3章 移動(dòng)信道的傳播特性 )(e x p [)( 0000 ??? ?? tjtS (3 32) 多徑效應(yīng)與瑞利衰落 在陸地移動(dòng)通信中 ， 移動(dòng)臺(tái)往往受到各種障礙物和其它移動(dòng)體的影響 ， 以致到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)是來(lái)自不同傳播路徑的信號(hào)之和 ， 如圖 3 8 所示 。 經(jīng)