第3章 电波传播、天线、抗衰落技术

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1、移动通信技术第3章电波传播、天线、抗衰落技术2021/8/271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2021/8/2723.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性3.1.2阴影效应3.1.3移动信道的多径传播特性3.1.4多径衰落的时域特征和频域特征3.1.5电波传播损耗预测模型与中值路径损耗预测3.1电波传播2021/8/2733.1.1VHF、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1800MHz、2.4GHz。移动通信中的传播方式主要有直射波、反射波

2、、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。图3-1典型的移动信道电波传播路径2021/8/2741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。3.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/275自由空间传播损耗可定义为式中，d是距离的千米数，

3、f是频率的兆赫数。由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时，［］将分别增加6dB。3.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/2762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3.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/277已知地球半径为R= 6370km，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

4、。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= 8500km，可得修正后的视距传播的极限距离d0为3.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/2783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。3.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/279图3-3菲涅尔余隙（a）中所示的x被定义为负值（b）中所

5、示的x被定义为正值3.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/2710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3.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/2711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。3.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/27124反射波电

6、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+d23.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/27133.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性图3-5反射波和直射波2021/8/2714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3.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/2715在移动通信系统中，影响传播的三种最基本的传播机制

7、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。3.1.1VHF、UHF频段的电波传播特性2021/8/2716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