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電波的基本概念

2008-12-05 | rar | 333 | 次下載 | 3積分

資料介紹

電波的基本概念
電波傳播的幾個(gè)基本概念
目前GSM和CDMA移動(dòng)通信使用的頻段為:
GSM:890 --- 960 MHz, 1710 --- 1880 MHz
CDMA: 806 --- 896 MHz
806 --- 960 MHz 頻率范圍屬超短波范圍; 1710 --- 1880 MHz 頻率范圍屬微波范圍。
電波的頻率不同,或者說(shuō)波長(zhǎng)不同,其傳播特點(diǎn)也不完全相同,甚至很不相同。
3.1 自由空間通信距離方程
設(shè)發(fā)射功率為PT,發(fā)射天線增益為GT,工作頻率為f . 接收功率為PR,接收天線增益為GR,收、發(fā)天線間距離為R,那么電波在無(wú)環(huán)境干擾時(shí),傳播途中的電波損耗 L0 有以下表達(dá)式:
L0 (dB) = 10 Lg( PT / PR )
= 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)
[舉例] 設(shè):PT = 10 W = 40dBmw ;GR = GT = 7 (dBi) ; f = 1910MHz
問(wèn):R = 500 m 時(shí), PR = ?
解答: (1) L0 (dB) 的計(jì)算
L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB)
= 32.45 + 65.62 - 6 - 7 - 7 = 78.07 (dB)
(2) PR 的計(jì)算
PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 ) = 1 ( μW ) / ( 10 0.807 )
= 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW ) #
順便指出,1.9GHz電波在穿透一層磚墻時(shí),大約損失 (10---15) dB
3.2 超短波和微波的傳播視距
極限直視距離
超短波特別是微波,頻率很高,波長(zhǎng)很短,它的地表面波衰減很快,因此不能依靠地表面波作較遠(yuǎn)距離的傳播。超短波特別是微波,主要是由空間波來(lái)傳播的。簡(jiǎn)單地說(shuō),空間波是在空間范圍內(nèi)沿直線方向傳播的波。顯然,由于地球的曲率使空間波傳播存在一個(gè)極限直視距離Rmax 。在最遠(yuǎn)直視距離之內(nèi)的區(qū)域,習(xí)慣上稱為照明區(qū);極限直視距離Rmax以外的區(qū)域,則稱為陰影區(qū)。不言而語(yǔ),利用超短波、微波進(jìn)行通信時(shí),接收點(diǎn)應(yīng)落在發(fā)射天線極限直視距離Rmax內(nèi)。
受地球曲率半徑的影響,極限直視距離Rmax 和發(fā)射天線與接收天線的高度HT 與 HR間的關(guān)系
為 : Rmax = 3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km)
 
考慮到大氣層對(duì)電波的折射作用,極限直視距離應(yīng)修正為
Rmax = 4.12 { √HT (m) +√HR (m) } (km)
由于電磁波的頻率遠(yuǎn)低于光波的頻率,電波傳播的有效直視距離 Re 約為 極限直視距離Rmax的 70% ,即 Re = 0.7 Rmax .
例如,HT 與 HR 分別為 49 m 和 1.7 m,則有效直視距離為 Re = 24 km .
3.3 電波在平面地上的傳播特征
由發(fā)射天線直接射到接收點(diǎn)的電波稱為直射波;發(fā)射天線發(fā)出的指向地面的電波,被地面反射而到達(dá)接收點(diǎn)的電波稱為反射波。顯然,接收點(diǎn)的信號(hào)應(yīng)該是直射波和反射波的合成。電波的合成不會(huì)象 1 + 1 = 2 那樣簡(jiǎn)單地代數(shù)相加,合成結(jié)果會(huì)隨著直射波和反射波間的波程差的不同而不同。
波程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),直射波和反射波信號(hào)相加,合成為最大;波程差為一個(gè)波長(zhǎng)的倍數(shù)時(shí),直射波和反射波信號(hào)相減,合成為最小??梢?jiàn),地面反射的存在,使得信號(hào)強(qiáng)度的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜。
實(shí)際測(cè)量指出:在一定的距離 Ri之內(nèi),信號(hào)強(qiáng)度隨距離或天線高度的增加都會(huì)作起伏變化;
在一定的距離 Ri之外,隨距離的增加或天線高度的減少,信號(hào)強(qiáng)度將。單調(diào)下降。理論計(jì)算給出了這個(gè) Ri 和天線高度 HT與 HR 的關(guān)系式:Ri = (4 HT HR )/ l , l 是波長(zhǎng)。
不言而喻, Ri 必須小于極限直視距離Rmax 。
3.4 電波的多徑傳播
在超短波、微波波段,電波在傳播過(guò)程中還會(huì)遇到障礙物(例如樓房、高大建筑物或山丘等) 對(duì)電波產(chǎn)生反射。因此,到達(dá)接收天線的還有多種反射波(廣意地說(shuō),地面反射波也應(yīng)包括在內(nèi)),這種現(xiàn)象叫為多徑傳播。
由于多徑傳輸,使得信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的空間分布變得相當(dāng)復(fù)雜,波動(dòng)很大,有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng),有的地方信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)減弱;也由于多徑傳輸?shù)挠绊懀€會(huì)使電波的極化方向發(fā)生變化。另外,不同的障礙物對(duì)電波的反射能力也不同。例如:鋼筋水泥建筑物對(duì)超短波、微波的反射能力比磚墻強(qiáng)。我們應(yīng)盡量克服多徑傳輸效應(yīng)的負(fù)面影響,這也正是在通信質(zhì)量要求較高的通信網(wǎng)中,人們常常采用空間分集技術(shù)或極化分集技術(shù)的緣由。
3.5 電波的繞射傳播
在傳播途徑中遇到大障礙物時(shí),電波會(huì)繞過(guò)障礙物向前傳播,這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。超短波、微波的頻率較高,波長(zhǎng)短,繞射能力弱,在高大建筑物后面信號(hào)強(qiáng)度小,形成所謂的“陰影區(qū)”。信號(hào)質(zhì)量受到影響的程度,不僅和建筑物的高度有關(guān),和接收天線與建筑物之間的距離有關(guān),還和頻率有關(guān)。例如有一個(gè)建筑物,其高度為 10 米,在建筑物后面距離200 米處,接收的信號(hào)質(zhì)量幾乎不受影響,但在 100 米處,接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)明顯減弱。注意,誠(chéng)如上面所說(shuō)過(guò)的那樣,減弱程度還與信號(hào)頻率有關(guān),對(duì)于 216 ~ 223 兆赫的射頻信號(hào),接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)低16 dB,對(duì)于 670 兆赫的射頻信號(hào),接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)比無(wú)建筑物時(shí)低20dB .如果建筑物高度增加到50 米時(shí),則在距建筑物 1000 米以內(nèi),接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)都將受到影響而減弱。也就是說(shuō),頻率越高、建筑物越高、接收天線與建筑物越近,信號(hào)強(qiáng)度與通信質(zhì)量受影響程度越大;相反,頻率越低,建筑物越矮、接收天線與建筑物越遠(yuǎn),影響越小。
因此,選擇基站場(chǎng)地以及架設(shè)天線時(shí),一定要考慮到繞射傳播可能產(chǎn)生的各種不利影響,注意到對(duì)繞射傳播起影響的各種因素。

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