电磁波的传播特性

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1、课程名称第2部分、电磁波的传播特性电磁场与电磁波电磁波的传输特性传输损耗衰落多普勒频移无线通信系统噪声与干扰主要内容一、电磁场和电磁波电磁场理论1864年：麦克斯韦（英）发表了电磁场理论，并预言电磁波的存在。1887年：德国人赫兹设计出了世界上第一副无线电天线，并通过实验证实了1864年麦克斯韦关于存在电磁波的预言。这一理论的研究和应用使人类通信发生了革命性的突破，无线通信的应用彻底改变了人类的通信方式，其中最重要的两点：移动通信：摆脱了线路的束缚，真正实现了无处不在的通信。太空通信：为人类实现太空探索提供了通信手段。无线通信技术实际上就是研究电磁波传输的技术，而无线通信技术

2、又是移动通信技术的技术基石，作为一个从事移动通信专业的技术人员必须对电磁场和电磁波技术的基本概念有所了解。电磁场和电磁波的研究是一项非常复杂的技术，这里仅仅介绍一些非常简化的电磁波的最基本的概念。一、电磁场和电磁波电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。在麦克斯韦方程组中，电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。第一个方程表示静电场是有源的。第二个方程表示磁场是无源的。第三个方程表示变化的磁场可以产生感应电场。第四个方程表示变化的电场可以产生磁场。一、电磁场和电磁波电磁波从科学的角度来说，电磁辐射

3、是能量的一种，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁辐射。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的电磁波，电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。电磁波在传播中携带有能量，可以作为信息的载体，这就为无线电通信、广播、电视、遥感等技术开阔了道路。电磁波不需要依靠介质传送（这一点非常重要！），各种电磁波在真空中的传输速度是固定的，速度为光速。光波本身就是电磁波，无线电波也具有和光波同样的特性，比如当它通过不同介质时，也会发生折射、反射、绕射、散射和吸收等现象。电磁波为横波，电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。一、电磁波和电磁波频段名称频率范围

4、波段名称波长范围极低频（ELF）3~30Hz极长波108~107m（100~10Mm）超低频（SLF）30~300Hz超长波107~106m（10~1Mm）特低频（ULF）300~3000Hz特长波106~105m（1000~100Km）甚低频（VLF）3~30KHz甚长波105~104m（100~10Km）低频（LF）30~300KHz长波104~103m（10~1Km）中频（MF）300~3000KHz中波103~102m（1000~100m）高频（HF）3~30MHz短波102~10m（100~10m）甚高频（VHF）30~300MHz超短波（米波）10~1m特高频（U

5、HF）300~3000MHz微波分米波1~0.1m超高频（SHF）3~30GHz厘米波10~1cm极高频（EHF）30~300GHz毫米波10~1mm至高频（THF）300~3000GHz亚毫米波1~0.1mm100~10000THz光波3×10-3~3×10-5mm如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话，它们是工频电磁波、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。二、电磁波的传播特性无线通信中经常会提到“射频”，射频就是射频电流，简称RF，它是一种高频交流变化电磁波的简称。在电磁波频率低于100KHz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输。但电磁波频率高

6、于100KHz时，电磁波可以在空气中传播，形成远距离传输能力，无线通信就是采用射频传输方式的。我们有时也把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频信号。电磁波的传播主要有以下特性，这些特性与无线通信密切相关。趋肤效应自由空间损耗吸收反射二、电磁波的传播特性趋肤效应射频信号不是存在于导体中就是以波的形式存在于自由空间中。当射频信号存在于导体中时，它只是存在于导体的表面。如果将射频信号放在一个球形的实心导体上，那么它只出现在该导体的表面，不会进入里面，如果可以将一个检测器放在球里面，它将检测不到射频信号的存在。射频信号所呈现的这种行为称为“趋肤效应”。二、电磁波的传播特性自由空间损

7、耗一旦射频信号逃离导体边界飞翔在自由空间中形成电磁波，它们将经受所谓的自由空间损耗。电磁波的损耗与我们学习过的电路损耗是不同的，从“路”的概念发展到“场”的概念。以光为例子来进行分析，打开一个手电筒的电源开关后，光从手电筒射出后开始发散。如果将食指和拇指搭成一个圆圈放在手电筒跟前，几乎所有的光线都可以从圆圈中通过。但当这个圆圈离开手电筒一定距离之后，部分光线就不会从圆圈中通过了，实质上，所有的光仍然在那里，只不过发散的范围更大了。把这个圆圈想像成一个接收机，离得越远，所接收的光（信号）就越少。所以对于接