无线电波传播原理及主要传播模型

无线电波传播原理

1无线电波传播原理? 1.1 电磁场与电磁波基础

? 1.2 无线电波传播原理

? 1.3 无线传播环境

? 1.4 无线信道分析

1.1 电磁场与电磁波基础

1820年奥斯特电磁1831年法拉第磁电

产生产生

变化的电场

磁场

变化的磁场电场激发

电磁场理论

麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出了著名的电磁场理论（经典电磁场理论），指出变化电场和变化磁场形成了统一的电磁场，预言电磁场能以波动的形式在空间传播，称为电磁波；并得到电磁波在真空中传播的速度等于光速，从而断定光在本质上就是一种电磁波。后来，赫兹用振荡电路产生了电磁波，使麦克斯韦的学说得到了实验证明，为电学和光学奠定了统一的基础。因此，麦克斯韦的经典电磁场理论是人类对电磁规律的历史性总结，是19世纪物理学发展的最辉煌成就，是物理学发展史上一个重要的里程碑。

电磁波的诞生

赫兹----德国物理学家

赫兹对人类伟大的贡献是

用实验证实了电磁波的存在，

发现了光电效应。

1888年，成了近代科学史上的

一座里程碑。开创了无线电电子技术

的新纪元。

赫兹用各种实验，证明了不仅电磁波的性质和光波相同，而且传播速度也相同，并可发生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，即电磁波服从一般波动所具有的一切规律。如果空间的电场或磁场变化是周期性的，我们用周期和频率来描述变化快慢。电磁场变化过程中产生的电磁波的频率等于电磁场的变化频率；电磁波在传播中从一种介质进入另一种介质时，其频率不会发生改变，但其传播速度会发生改变。

电磁波的应用

从1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在，

1895年俄国科学家波波夫发明了第一个无线电报系统。1914年语音通信成为可能。

1920年商业无线电广播开始使用。

20世纪30年代发明了雷达。

40年代雷达和通讯得到飞速发展，

自50年代第一颗人造卫星上天，卫星通讯事业得到迅猛发展。如今电磁波已在通讯、遥感、空间控测、军事应用、科学研究等诸多方面得到广泛的应用。

无线电通信的起源1897 年：

马可尼完成无线通信试验——电报

发收两端距离为18 海里

试验是在固定站与一艘拖船之间进行的

20 世纪初：

两次世界大战导致无线通信蓬勃发展

步话机、对讲机等

1941 年美陆军就开始装备步话机

短波波段，电子管

电磁波分类-按传输方式

电磁波分类-按波长

各波段电磁波特点

长波通信：沿地面传播，衰减小、穿透能力强中波通信：地波传播及夜晚电离层反射传播短波通信：天波传播，适合远距离传输

超短波通信：直线传播，视距通信，广播电视、移动通信

微波通信：工作频带宽，长距离接力通信

第1讲无线电波传播原理? 1.1 电磁场与电磁波基础

? 1.2 无线电波传播原理

? 1.3 无线传播环境

? 1.4 无线信道分析

传播途径

①建筑物反射波②绕射波③直射波

④地面反射波

①建筑物反射波②绕射波③直射波④地面反射波

第1讲无线电波传播原理? 1.1 电磁场与电磁波基础

? 1.2 无线电波传播原理

? 1.3 无线传播环境

? 1.4 无线信道分析

1.3 无线传播环境?问题：移动通信比较固定通信有那些特殊性呢??多径无线传播

无线路径是一个很复杂的传播媒介

?手机发射功率有限

手机的发射功率客观限制了蜂窝小区的服务范围

手机电池寿命和对人体危害决定了发射功率大小

?频率资源有限

带宽一定

信道编码等占用额外频率资源

频率需要被重复利用==> 产生同频干扰

?用户行为的不确定性

无线电波传播方式与各频段的利用

无线电波传播方式与各频段的利用无线电通信是利用电磁波在空间传送信息的通信方式。电磁波由发射天线向外辐射出去，天线就是波源。电磁波中的电磁场随着时间而变化，从而把辐射的能量传播至远方。无线电波共有以下七种传播方式（附图为无线电波传播方式示意图）。（1）波导方式当电磁波频率为30kHz以下（波长为10km以上）时，大地犹如导体，而电离层的下层由于折射率为虚数，电磁波也不能进入，因此电磁波被限制在电离层的下层与地球表面之间的空间内传输，称为波导传波方式；（2）地波方式沿地球表面传播的无线电波称为地波（或地表波），这种传播方式比较稳定，受天气影响小；（3）天波方式射向天空经电离层折射后又折返回地面（还可经地面再反射回到天空）的无线电波称为天波，天波可以传播到几千公里之外的地面，也可以在地球表面和电离层之间多次反射，即可以实现多跳传播。（4）空间波方式主要指直射波和反射波。电波在空间按直线传播，称为直射波。当电波传播过程中遇到两种不同介质的光滑界面时，还会像光一样发生镜面反射，称为反射波。（5）绕射方式由于地球表面是个弯曲的球面，因此电波传播距离受到地球曲率的限制，但无线电波也能同光的绕射传播现象一样，形成视距以外的传播。（6）对流层散射方式地球大气层中的对流层，因其物理特性的不规则性或不连续性，会对无线电波起到散射作用。利用对流层散射作用进行无线电波的传播称为对流层散射方式。（7）视距传播指点到点或地球到卫星之间的电波传播。附表给出了从甚低频（VLF）至极高频（EHF）频段的电波传播方式、传播距离、可用带宽以及可能形成的干扰情况。

在确定无线电系统实际通信距离、覆盖范围和无线电干扰影响范围时，无线电传播损耗是一个关键参数。无线电通信系统若不进行科学的频率指配和严格的系统设计与场强预测，会使系统之间产生严重干扰而不能正常工作。为了保证无线电通信用户的通信质量，确保无线电波发射的业务覆盖服务区和电波传播的可靠程度，必须仔细地计算从接收天线到发射天线之间的传播损耗。理论上讲，在自由空间无线电波的传播损耗大小与传播距离的平方及使用频率的平方成正比关系，但是在确定无线电系统实际通信距离、覆盖范围和无线电干扰影响范围时，同时还要考虑在传播路径上存在着各种各样的影响，如高空电离层影响，高山、湖泊、海洋、地面建筑、植被以及地球曲面的影响等，因而电波具有反射、绕射、散射和波导传播等传播方式。在研究电波传播特性时，通常以数学表达式来描述这些传播损耗特性，即所谓的数学模型。无线电波传播模型通常是很复杂的，必须对不同的频段使用不同的电波传播模型，以预测电台覆盖和传播场强。下面简要地叙述几种传播方式（详细数学公式略）。 VLF(f< 30kHz) 频率低于30kHz的电波，传播损耗近似等于自由空间传播损耗，即相当于电波在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，不发生反射、折射、绕射和吸收现象，只存在因电磁能量扩散引起的传播损耗。在此频段内，电波在电离层与地球之间可以以波导方式沿地球表面进行传播。 LF(30kHz< f< 300kHz) 在这个频段内，有两种重要的传播方式：地波方式及电离层天波方式。天波信号幅度具有明显的昼夜变化，这是由于电离层吸收和变化

几种典型的无线传播模型介绍

几种典型的无线传播模型介绍传播模型是非常重要的。传播模型是移动通信网小区规划的基础。模型的价值就是保证了精度，同时节省了人力、费用和时间。在规划某-区域的蜂窝系统之前，选择信号覆盖区的蜂窝站址使其互不干扰，是一个重要的任务。如果不用预期方法，唯-的方法就是尝试法，通过实际测量进行。这就要进行蜂窝站址覆盖区的测量，在所建议的方案中，选择最佳者。这种方法费钱，费力。利用高精度的预期方法并通过计算机计算，通过比较和评估计算机输出的所有方案的性能，我们就能够很容易地选出最佳蜂窝站址配置方案。因此，可以说传播模型的准确与否关系到小区规划是否合理，运营商是否以比较经济合理的投资满足了用户的需求。由于我国幅员辽阔，各省、市的无线传播环境千差万别。例如，处于丘陵地区的城市与处于平原地区的城市相比，其传播环境有很大不同，两者的传播模型也会存在较大差异。因此如果仅仅根据经验而无视各地不同地形、地貌、建筑物、植被等参数的影响，必然会导致所建成的网络或者存在覆盖、质量问题，或者所建基站过于密集，造成资源浪费。随着我国移动通信网络的飞速发展，各运营商越来越重视传播模型与本地区环境相匹配的问题。一个优秀的移动无线传播模型要具有能够根据不同的特征地貌轮廓，像平原、丘陵、山谷等，或者是不同的人造环境，例如开阔地、郊区、市区等，做出适当的调整。这些环境因素涉及了传播模型中的很多变量，它们都起着重要的作用。因此，一个良好的移动无线传播模型是很难形成的。为了完善模型，就需要利用统计方法，测量出大量的数据，对模型进行校正。传播模型的校正问题将在第 4 节中做具体的介绍。一个好的模型还应该简单易用。模型应该表述清楚，不应该给用户提供任何主观判断和解释，因为主观判断和解释往往在同-区域会得出不同的预期值。一个好的模型应具有好的公认度和可接受性。应用不同的模型时，得到的结构有可能不-致。良好的公认度就显得非常重要了。多数模型是预期无线电波传播路径上的路径损耗的。所以传播环境对无线传播模型的建立起关键作用，确定某-特定地区的传播环境的主要因素有： ( l ）自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）; ( 2 ）人工建筑的数量、高度、分布和材料特性； ( 3 ）该地区的植被特征； ( 4 ）天气状况； ( 5 ）自然和人为的电磁噪声状况。另外，无线传播模型还受到系统工作频率和移动台运动状况的影响。在相同地区，工作频率不同，接收信号衰落状况各异；静止的移动台与高速运动的移动台的传播环境也大不相同。-般分为：室外传播模型和室内传播模型。常用的模型如表1 所示。

无线电波的传播特性修订版

无线电波的传播特性 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

无线电波的传播特性无线电通信就是不用导线，而利用电磁波振荡在空中传递信号，天线就是波源。电磁波中的电磁场随着时间而变化，从而把辐射的能量传播至远方。在莫尔斯和贝尔先后发明了有线电报和电话之后，很多科学家对电磁现象大量研究。直到1831年，在英国，法拉弟首先发现了电磁感应现象，并且预言：电与磁的传播是和光一样的一种波。英国科学家麦克斯韦从1850年就开始对法拉弟提出的课题展开研究。他总结了前人的研究成果，用数学方法对法拉弟的电磁场思想做了严格的论证，并在1864年做出“电与磁的交替转化过程，是一种波的传播形式，是一种光波”的论断，他称这种波为电磁波。在麦克斯韦首先提出电磁理论后，又过了24年，才由德国伟大的物理学家赫兹通过实验证实了麦氏理论的正确。赫兹设计了一个能够接收电火花的装置，结构极简单。把一根导线弯成圆形，使两端之间仅留一微小的间隙，称它为“共振子”。“共振子”为什么也有火花发生呢赫兹认为，这一定是电振荡以电磁波形式通过空间传播过去的。赫兹于1888年公布了自己的实验结果，证实了电磁波的存在。赫兹的实验成果震惊了世界，许多科学家继续开展对电磁波的研究。1890年，法国物理学家布朗利发现，将金属粉末即紧缩成块，但是它的电阻减小了，使电流容易通过。这种装有金属粉未的玻璃管被称为“布朗利管”，又称“粉末检波器”，它接收电磁波的灵敏度比赫兹的“共振子”要高得多。 1894年，20岁的意大利青年马可尼从杂志上读到悼念赫兹的文章和他生前的感人事迹，受到极大启发：“如果利用赫兹发现的电磁波，不需要导线也可以实现远距离通信了”。马可尼为自己的大胆设想所激动下宏愿，决心开拓无线电通信事业，把赫兹的研究成果付诸实际应用。在家人的支持下，马可尼就在自己家中进行实验，他用赫兹的火花放电器作发射机，用布朗利的金属粉未检波器作接收机经过一个多月的努力，终于完成了电磁波的发送和接收实验，并在实

无线电波的传播特性

无线电波的传播特性 1、无线电波的传播特性及信号分析甚低频VLF 3-30KHz 超长波1KKm-100Km 空间波为主海岸潜艇通信;远距离通信;超远距离导航低频LF 30-300KHz 长波10Km-1Km 地波为主越洋通信;中距离通信;地下岩层通信;远距离导航中频MF 0.3-3MHz 中波1Km-100m 地波与天波船用通信;业余无线电通信;移动通信;中距离导航高频HF 3-30MHz 短波100m-10m 天波与地波远距离短波通信;国际定点通信甚高频VHF 30-300MHz 米波10m-1m 空间波电离层散射（30-60MHz）;流星余迹通信;人造电离层通信（30-144MHz）;对空间飞行体通信;移动通信超高频UHF 0.3-3GHz 分米波1m-0.1m 空间波小容量微波中继通信;（352-420MHz）;对流层散射通信（700-10000MHz）;中容量微波通信（1700-2400MHz）特高频SHF 3-30GHz 厘米波10cm-1cm 空间波大容量微波中继通信（3600-4200MHz）;大容量微波中继通信（5850-8500MHz）;数字通信;卫星通信;国际海事卫星通信（1500-1600MHz） ELF 极低频3~30Hz SLF 超低频30~300Hz ULF 特低频 300~3000Hz VLF 甚低频3~30kHz LF 低频30~300kHz 中波，长波 MF 中频300~3000kHz 100m~1000m 中波 AM广播 HF 高频 3~30MHz 10~100m 短波短波广播 VHF 甚高频 30~300MHz 1~10m 米波FM广播 UHF 特高频 300~3000MHz 0.1~1m 分米波 SHF 超高频3~30GHz 1cm~10cm 厘米波 EHF 极高频30~300GHz 1mm~1cm 毫米波无线电波按传播途径可分为以下四种：天波—由空间电离层反射而传播；地波—沿地球表面传播；直射波—由发射台到接收台直线传播；地面反射波—经地面反射而传播。无线电波离开天线后，既在媒介质中传播，也沿各种媒介质的交界面（如地面）传播，具有一定的规律性，但对它产生影响的因素却很多。无线电波在传播中的主要特性如下：（1）直线传播均匀媒介质（如空气）中，电波沿直线传播。（2）反射与折射电波由一种媒介质传导另一种媒介质时，在两种介质的分界面上，传播方向要发生变化。由第一种介质射向第二中介质，在分界面上出现两种现象。一种是射线返回第一种介质，叫做反射；另一种现象是射线进入第二种介质，但方向发生了偏折，叫做折射。一般情况下反射和折射是同时发生的。入射角等于反射角，但不一定等于折射角。反射和折射给测向准确性带来很大的不良影响；反射严重是，测向设备误指反射体，给干扰查找造成极大困难。（3）绕射电波在传播途中，有力图绕过难以穿透的障碍物的能力。绕射能力的强弱与电波的频率有关，又和障碍物大小有关。频率越低的电波，绕射能力越弱；障碍物越大，绕射越困难。工作于80米（375MHZ）波段的电波，绕射能力是较强的，除陡峭高山（相对高度在200米以上）外，一般丘陵均可逾越。2米波段的电波绕射能力就很差了，一座楼房，或一个小山丘，都可能使信号难以绕过去。（4）干涉直射波与地面反射波或其它物体的反射波在某处相遇时，测向收到的信号为两个电波合成后的信号，其信号强度有可能增强（两个信号跌叠加）也可能减弱（两个信号相互抵消）。这种现象称为波的干涉。产生干涉的结果，使得测向机在某些接收点收到的信号强，而某些接收点收到的信号弱，甚至收不到信号，给判断干扰信号距离造成错觉。天线发射到空间的电波的能量是一定的，随着传播距离的增大，不仅在传播途中能量要损耗，而且能量的分布也越来越广，单位面积上获得的能量越来越小。反之，

无线电波传播途径

无线电波在均匀介质 (如空气)中，具有直线传播的特点。只要测出电波传播的方向，就可以确定出信号源（发射台）所在方向。无线电测向是指通过无线电测向机测定发射台（或接收台）方位的过程，但是无线电测向运动中，要快速寻找隐蔽巧妙的信号源，必须掌握无线电波的传播规律。一、无线电波的发射与传播无线电波既看不见，也摸不着，却充满了整个空间。广播、移动通讯、电视等，已经是现代社会生活必不可少的一部分。无线电波属于电磁波中频率较低的一种，它可直接在空间辐射传播。无线电波的频率范围很宽，频段不同，特性也不尽相同。我国目前开展的无线电测向运动涉及三个频段:频率为1.8—2兆赫的中波波段，波长为150—166.6米，称160米波段测向；频率为3.5—3.6兆赫的短波波段，波长为83.3—85.7米，称80米波段测向；频率为144—146兆赫的超短波段，波长为2.08—2.055米，称2米波段测向。（一）无线电波的发射过程无线电波是通过天线发射到空间的。当电流在天线中流动时，天线周围的空间不但产生电力线 (即电场)，同时还产生磁力线。其相互间的关系，如图2-1-1所示。如果天线中电流改变方向，空间的电力线和磁力线方向随之改变。如果加在天线上的是高频交流电，由于电流的方向变化极快，根据电磁感应的原理，在这些交替变化的电场和磁场的外层空间，又激起新的电磁场，不断地向外扩散，天线中的高频电能以变化的电磁场的形式，传向四面八方，这就是无线电波。从图2-l可知，电力线 (即电场)方向与天线基本平行，磁力线 (磁场)的形状则是以天线为圆心，与天线相垂直的方向随之变化的无数同心圆。图2-1-1 无线电波的发射（二）无线电波的特性 l.无线电波的极化交变电磁场在其附近空间又激起新的电磁场的现象称无线电波的极化。空间传播的无线电波都是极化波。当天线垂直于地平面时，天线辐射的无线电波的电场垂直于地平面称垂直极化波。天线平行于地平面时，天线辐射的无线电波的电

无线电波传播模型与覆盖预测

无线电波传播模型与覆盖预测河北全通通信有限责任公司工程部网络服务组二0 0二年四月二十日

第一节无线传播理论 1.1 无线传播基本原理在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。众所周知，无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直达波或自由空间波、地波或表面波、对流层反射波、电离层波。如图1-1所示。就电波传播而言，发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。自由空间指该区域是各向同性（沿各个轴特性一样）且同类（均匀结构）。自由空间波的其他名字有直达波或视距波。如图1-1（a），直达波沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信。另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），见图1-1（b）。第二种方式是地波或表面波。地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表面波。表面波沿地球表面传播。从发射天线发出的一些能量直接到达接收机；有些能量经从地球表面反射后到达接收机；有些通过表面波到达接收机。表面波在地表面上传播，由于地面不是理想的，有些能量被地面吸收。当能量进入地面，它建立地面电流。这三种的表面波见图1-1（c）。第三种方式即对流层反射波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反射系数随高度增加而减少。这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。如图1-1（d）所示。对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。第四种方式是经电离层反射传播。当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，见图1-1（e）。这种传播用于长距离通信。除了反射，由于折射率的不均匀，电离层可产生电波散射。另外，电离层中的流星也能散射电波。同对流层一样，电离层也具有连续波动的特性，在这种波动上是随机的快速波动。蜂窝系统的无线传播利用了第二种电波传播方式。这一点将在后文中论述。在设计蜂窝系统时研究传播有两个原因。第一，它对于计算覆盖不同小区的场强提供必要的工具。因为在大多数情况下覆盖区域从几百米到几十公里，地波传播可以在这种情况下应用。第二，它可计算邻信道和同信道干扰。预测场强有两种方法。第一种纯理论方法，适用于分离的物体，如山和其他固体物体。但这种预测忽略了地球的不规则性。第二种基于在各种环境的测量，包括不规则地形及人为障碍，尤其是在移动通信中普遍存在的较高的频率和较低的移动天线。第三种方法是结合上述两种方法的改进模型，基于测量和使用折射定律考虑山和其他障碍物的影响。在蜂窝系统中，至少有两种传播模型，第一种是FCC建议的模型。第二种设计模型由Okumura提供，覆盖边

无线电波的传播特性

无线电波的传播特性传播特性（一）移动通信的一个重要基础是无线电波的传播，无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.为了更好地说明移动通信的问题，我们先介绍一下电波的各种传播方式： 1．表面波传播表面波传播是指电波沿着地球表面传播情况.这时电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响着电波的传播. 当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时，由于地表面是半导体，因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收.另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射. 从物理课程中我们已经知道，只有当波长与障碍物高度可以比较的时候，才能有绕射功能.由此可知，在实际情况中只有长波，中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方.在短波的部分波段和超短波，微波波段，由于障碍高度比波长大，因而电波在地面上不绕射，而是按直线传播. 2．天波传播短波能传至地球上较远的地方，这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释.直到1925年，利用在地面上垂直向上发射一个脉冲，并收到其反射回波，才直接证明了高层大气中存在电离层.籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方.我们把经过电离层反射到地面的电波叫天波. 电离层是指分布在地球周围的大气层中，60km以上的电离区域.在这个区域中，存在有大量的自由电子与正离子，还可能有大量的负离子，以及未被电离的中性离子.发现电离层后，尤其近三四十年来，随着火箭与卫星技术的发展，利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究.当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分，其研究的空间范围和频段也日益宽广. 在电离层中，当被调制的无线电波信号在电离层内传播时，组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度.所以波形会发生失真.这就是电离层的色散性.同时，由于自由电子受电波电场作用而发生运动，所以当电波经过电离层，其能量会被吸收一部分.而且，从电离层吸收电波的规律看，若使用电波的工作频率太低，则电离层对电波的吸收作用很强.所以天波传播中有一个最低可用频率，低于这个频率，就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作. 传播特性（二） 1．空间波传播当发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线.所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响. 空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率的影响.收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度.一般地说，视线距离可以达到50km左右. 空间波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对流层的影响. 移动通信中，电波主要以空间波的形式传播.类似的还有微波传播.

无线电波的传播方式

无线电波的传播方式一、无线电波的传播方式无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后，是经过不同的传播路径到达接收点的。人们根据这些各具特点的传播方式，把无线电波归纳为四种主要类型。 1）地波，这是沿地球表面传播的无线电波。 2）天波，也即电离层波。地球大气层的高层存在着“电离层”。无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。 3）空间波，由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。直射波和反射波合称为空间波。 4）散射波，当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。在业余无线电通信中，运用最多的是“天波”传播方式，这是短波远距离通信向必要条件。空间波和散射波的运用多见于超高频通信，而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。二、电离层与天波传播 1．电离层概况在业余无线电中，短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。短波段信号的传播主要依靠的是天波，所以我们必需对电离层有所了解。地球表面被厚厚的大气层包围着。大气层的底层部分是“对流层”，其高度在极区约为九公里，在赤道约为十六公里。在这里，气温除局部外总是随高度上升而下降。人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层，但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。它对电波传播基本上没有影响。离地面约50到400公里高空的空气很少流动。在太阳紫外线强烈照射下，气体分子中的电子挣脱了原子的束缚，形成了自由电子和离子，即电离层。由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射，电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层，每个分层的密度都是中间大两边小。离地面50～90公里的称作口层。D层白天存在，晚上消失。D层的密度最小，对电波不易反射。当电波穿过口层时，频率较低的被吸收得较多。 90公里~140公里的是E层。通常情况下E层的密度也较小，只有对中波可以反射。在一些特定条件下，E层有可能反射高频率的无线电波。在盛夏或是隆冬，E层对电波的反射现象总是有规律地出现，你可以清楚地接收到远距离小功率电台发射的信号，而且可以发现可听别的范围是在有规律地变化。所以，爱好者们对这种不稳定的E层总是抱着极大的兴趣在进行观测研究。高空200～300公里的是F1层，300～400公里是F2层。夏季以及部分春秋季的白天，F1层和F2层同时存在，且F2层的密度最大。到了夜晚，F1和F2合并成一个F2层，高度上升。F2层对电波的反射能力最强，它的存在是短波能够进行远距离通信的主要条件。电离层示意阁请看图5．1。 2.电离层对电波传播的影响人们发现，当电波以一定的入射角到达电离层时，它也会象光学中的反射那样以相同的角度离开电离层。显然，电离层越高或电波进入电离层时与电离层的夹角越小，电波从发射点经电离层反射到达地面的跨越距离越大。这就是利用天波可以进行远程通信的根本原出。而且，电波返回地面时又可能被大地反射而再次进入电离层，形成电离层的第二次、第三次反射，如图5．2所示。

无线电波段划分及传播方式

无线电波段划分及传播方式频率从几十Hz(甚至更低)到3000GHz左右(波长从几十Mm 到0.1mm左右)频谱范围内的电磁波，称为无线电波。电波旅行不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。发信天线或自然辐射源所辐射的无线电波，通过自然条件下的媒质到达收信天线的过程，就称为无线电波的传播。无线电波的频谱，根据它们的特点可以划分为表所示钓几个波段。根据频谱和需要，可以进行通信、广播、电视、导航和探测等，但不同波段电波的传播特性有很大差别。光速÷频率=波长无线电波波段划分波段名称波长范围(m)频段名称频率范围超长波长波中波短波 1,000,000~10,000 10,000~1,000 1,000~100 100~~10 10~1

0.1~0.01 0.01~0.001 甚低频低频中频高频甚高频特高频超高频极高频 3~30KHz 30~300KHz 300~3,000KHz 3~30MHz 30~300MHz 300~3,000MHz 3~30GHz 30~300GHz 超短波米波分米波厘米波

电波主要传播方式电波传输不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种：地表传播对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。那些走直线的电波就过不去了。只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。其特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。因此，这种传播方式主要适用于长波和中波波段。天波传播声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。无线电波也能够反射。在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就象一只悬空的金属盖，电波射到“电离层’

无线电信号的特性

无线电信号的特性无线电信号的特性在高频电路中, 我们要处理的无线电信号主要有三种: 基带（消息）信号、高频载波信号和已调信号。所谓基带信号, 就是没有进行调制之前的原始信号, 也称调制信号。 1、时间特性 (1)、信号的描述：一个无线电信号, 可以将它表示为电压或电流的时间函数, 通常用时域波形或数学表达式来描述。 (2)、时间特性的概念：无线电信号的时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间特性（如时间常数）与之相适应。 2、频谱特性对于较复杂的信号（如话音信号、图像信号等）, 用频谱分析法表示较为方便。信号的频谱特性的概念：信号的频谱特性就是信号中各频率成分的特性。对于周期性信号, 可以表示为许多离散的频率分量（各分量间成谐频关系）, 例如图1 —3即为图1 —2所示信号的频谱图; 对于非周期性信号, 可以用傅里叶变换的方法分解为连续谱, 信号为连续谱的积分。频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分, 它们分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。

任何信号都会占据一定的带宽。从频谱特性上看, 带宽就是信号能量主要部分（一般为90%以上）所占据的频率范围或频带宽度。图1 — 3 频谱图 3、传播特性传播特性：是指无线电信号的传播方式、传播距离、传播特点等。无线电信号的传播特性主要根据其所处的频段或波段来区分。电磁波从发射天线辐射出去后, 不仅电波的能量会扩散, 接收机只能收到其中极小的一部分, 而且在传播过程中, 电波的能量会被地面、建筑物或高空的电离层吸收或反射, 或者在大气层中产生折射或散射等现象, 从而造成到达接收机时的强度大大衰减。根据无线电波在传播过程所发生的现象, 电波的传播方式主要有直射（视距）传播、绕射（地波）传播、折射和反射（天波）传播及散射传播等, 如图 1 — 5 所示。决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。

无线电波的基本概念、发射与接收原理

无线电波的基本概念、发射与接收原理 19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦总结前人的科学技术，提出了电磁波学说。20多年后，德国科学家赫兹通过实验，证明了电磁波的存在。什么是电磁波呢?从电工学电磁感应现象知道，在电磁场里，磁场的任何变化会产生电场，电场的任何变化也会产生磁场。交变的电磁场不仅可能存在于电荷、电流或导体的周围，而且能够脱离其产生的波源向远处传播，这种在空间以—定速度传播的交变电磁场，就称为电磁波。无线电技术中使用的这一段电磁波称为无线电波。无线电波的传播理论分析和实验都表明无线电波是横波，即电场和磁场的方向都与波的传播方向垂直。而且电场强度与磁场强度的方向也总是相互垂直的。无线电波在空间传播时，必然要受到大气层的影响，尤其以电离层的影响最为显著。电离层是由于从太阳及其他星体发出的放射性辐射进入大气层，使大气层被电离而形成的。电离层内含有自由电子是影响无线电波的主要因素。电离层对无线电波的主要影响是使传播方向由电子密度较大区域向密度较小区域弯曲，即发生电波折射。这种影响随波段的不同而不相同。波长越长，折射越显著。30MHz以下的波被折回地面；30MHz以上的波，则穿透电离层。另外，电波受电离层的另—影响是能量被吸收而衰减。电离程度越大，衰减越大；波长越长，衰减亦越大。无线电波的传播方式，因波长的不同而有不同的传播特性，分为地波、天波和空间波三种形式。地波――沿地球表面空间向外传播的无线电波。中、长波均利用地波方式传播。天波――依靠电离层的反射作用传播的无线电波叫做天波。短波多利用这种方式传播。空间波――沿直线传播的无线电波。它包括由发射点直接到达接收点的直射波和经地面反射到接收点的反射波。超短波的电视和雷达多采用空间波方式传播。各种波长的传播特性如下长波(见波段划分表)波长在3000M以上，中波在100—1000M。长波段主要用作发射标准时间信号。而中波主要用作本地无线电广播和海上通信及导航。短波主要靠天波传播。传送距离较远，甚至可以用作国际无线电广播，远距离无线电话和电报通信等。超短波是波长在10M—1m的波，只能用空间波传播，其主要以直线传播为主，由于有地球曲率的影响，传播距离较短，不得不靠增加天线高度来增加通信距离。如无线电视等。

无线传播理论

HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.Internal https://www.360docs.net/doc/7014851376.html, HUAWEI Confidential

l学习完本课程，您将能够： [掌握无线电波传播原理，为后续的链路预算等做理论准备。

基本原理－无线频谱不同的频段内的频率具有不同的传播特性 300-3000GHz EHF Extremely High Frequency 30-300GHz SHF Super High Frequency 3-30GHz UHF Ultra High Frequency 300-3000MHz VHF Very High Frequency 30-300MHz HF High Frequency 3-30MHz MF Medium Frequency 300-3000KHz LF Low Frequency 30-300KHz VLF Very-low Frequency 3-30KHz VF Voice Frequency 300-3000Hz ELF Extremely Low Frequency 30-300Hz 3-30Hz Designation Classification Frequency

基本原理－电磁波的传播 l 无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。[如果电波的电场方向垂直于地面，为垂直极化波[如果电波的电场方向与地面平行，为水平极化波

基本原理－电磁波的传播 l 池塘中的波纹：能量从源点向四周传播，并逐渐减弱 l 电磁波的传播与此类似，不同之处（当辐射源是各向同性的理想点源时）： [在三维空间以球面波的形式传播[传播介质不同，空气、障碍物、反射物

无线电波的基本知识

三维工程技术培训讲义1无线电波的基本概念无线电波的传播方向无线电波的极化方式无线电波的传播速度自由空间的传播知识无线电波的衰落特性三维工程技术培训讲义 2 无线电波的基本概念三维工程技术培训讲义3无线电波的传播方向三维工程技术培训讲义 4 无线电波的极化方式无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化。无线电波的电场方向称为电波的极化方向。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化三维工程技术培训讲义5 无线电波的传播速度无线电波和光波一样，它的传播速度和传播媒质有关。无线电波在真空中的传播速度等于光速。我们用Ｃ＝３０００００公里／秒表示。在媒质中的传播速度为：Ｖε`＝Ｃ/√ε，式中ε为传播媒质的相对数很接近，略大于１。因此，无线电波在三维工程技术培训讲义 6 无线电波的传播方式 )直射直射是无线电波在自由空间传播的方式。)反射当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射。反射常发

三维工程技术培训讲义7 无线电波的传播方式图示：①直射波②反射波③④绕射（衍射）波三维工程技术培训讲义 8 无线电波的衰落特性三维工程技术培训讲义9无线电波的衰落特性对于移动通信的电波传播,其衰落特性由下列已知公式及图示表征 ---自由空间的传播衰耗： Lbs＝32.45+20lgD(km)+20lgf(MHz) (5) ---准平滑地形市区路径传播衰耗中值：三维工程技术培训讲义 10 无线电波的衰落特性自由空间的传播损耗自由空间是一个理想的空间，在自由空间中，电波沿直线传播而不被吸收，也不发生反射、折射、绕射和散射等现象。在下图所示的自由空间中，设在原点0有一辐射源，均匀地向各方向辐射，辐射功率为Pt 。经辐射且，能量均匀地分布在以0点为球心，d 为半径的球面上。已知球面的表面积为 4πd2 ，因此，在球面单位面积上的功率应为Pt/4πd2。若接收天线所能接），并将波长λ换算成相对率与传播距离有关。三维工程技术培训讲义11无线电波的衰落特性自由空间的传播损耗 ;自由空间损耗与距离的关系三维工程技术培训讲义 12 准平无线电波的衰落特性

地面无线电波传播特征实验_论文

本科毕业论文地面无线电波传播特征实验 THE GROUND RADIO WA VES PROPAGATION CHARACTERISTICS EXPERIMENT 学院（部）：专业班级：学生姓名：指导教师：年月日

地面无线电波传播特征实验摘要无线电波发展十分迅速，而且应用在生产实践中非常广泛，掌握好无线电波传播特征以及研究更好的无线电波发展方法是非常重要的。本文主要研究地面无线电波的传播特征实验。本文通过对井下无线电波透视技术在井上进行模拟试验，通过对不同频率在不同情况下的接收强度得到的数据，进行分析成图，得出结论。频率越高衰减速度越快，直至相同。频率越高衰减越稳定,，接收天线离发射天线距离越远，衰减速度减慢直至几乎不变。符合指数公式。另外，垂直与平行方向两个方向获得的场强哪个更稳定更有规律性的问题。关键词：无线电波，无线电波透视技术，传播特征规律

THE GROUND RADIO WA VES PROPAGATION CHARACTERISTICS EXPERIMENT ABSTRACT In the rapidly growing radio waves is very extensive and applied in production practice, mastering the radio waves propagation characteristic and the development of radio waves research better method is very important. This paper mainly studies the ground radio waves propagation characteristics of the experiment. This article through to the underground radio wave perspective technique to inoue simulation experiment was carried out, based on the received strength of different frequencies in different cases is data, analysis of maps, draw the conclusion. The higher the frequency the faster the attenuation, until the same. The more stable, the higher the frequency attenuation, the further away from the transmitting antenna distance receiving antenna, attenuation slowed until almost the same. In line with the index formula. In addition, the vertical and parallel to the direction of two direction which is more stable field strength from a regular problem. KEYWORDS：radio waves, radio waves, the technical perspective, propagation characteristics of law

传播的原理与模型介绍

传播的原理与模型介绍传播跟人类生活关系非常密切，对人类社会的一切研究都会涉及到传播。下面我们来介绍传播的基本原理以及几种著名的传播模型。一、传播的基本原理为了更好地了解人们的传播过程，我们从六个方面来分析人类信息传播的基本过程： 1．人类传播的行为起源于一个信息发送者，他掌握了发送一系列的具体的有特定意义的信息的主动权。（发送者→发送信息） 2．发送者通过选择一些接受者可以理解的词语和肢体语言对要发送的信息进行编码。（信息→编码成符号） 3．信息穿越时空以口头或书面的形式在发送者与接收者之间进行传输。（信息→以符号传输） 4．接收者，也就是信息所指向的个体，将接收到的信息作为一组特定的符号来处理。（接收者→接收到符号） 5．接收者按他自己对这些符号意义的理解进行建构，从而将信息解码。（符号→被解码成信息） 6．对信息进行解释的结果就是接收者在一定程度上受到信息的影响了。也就是说，传播生效了。二、传播的基本模型 1．香农—韦佛尔模型 1949年，克劳德·香农和瓦伦·韦弗合著了《通信的数学原理》一书，并

在此书中提出了一个传播模型。后来几乎任何一个与教学技术有关的传播模型都源于“香农-韦弗”模型。在该模型中，信源产生或选择一条由即将传输的信号组成的信息。发射器将信息转化成一组信号并通过一条通道将其传送给接收器。接收器又将信号转化成信息。这个模型可以应用到很多不同的场合。电视信息就是电子领域中的一个很好的例子：制片、导演和解说员就是信源，信息由电视频道传播到电视机即接收器，电视机又将电磁波转化成可观看的图象。在人际传播中，说话者的大脑就是信源，发声器官即系统就是传送机，空气就是传播渠道。而听者的耳朵是接收器，头脑是信宿。这个模型的最后一个组成部分——噪音，是指在传播过程中扭曲或者掩盖信号的任何干扰物。2．“5W模型” 美国政治学家拉斯韦尔在其1948年发表的《传播在社会中的结构与功能》一文中，最早以建立模式的方法对人类社会的传播活动进行了分析，这便是著名的“5W”模式。“5W”模式界定了传播学的研究范围和基本内容，影响极为深远。“5W”模式是其称谓来自模式中五个要素同样的首字母“W”。即：Who、Says What、In Which Channel、With what effects 这五个英文单词的首字母合称为“5W”。即：“谁→说什么→通过什么渠道→对谁→取得什么效果”这五个要素又构成了后来传播学研究五个基本内容，即控制研究、内容分析、媒介研究、受众研究和效果研究。这五个要素各有其自身的特点： “谁”就是传播者，在传播过程中担负着信息的收集、加工和传递的任务。

(完整word版)第二章光束传播法基本原理

第四章光束传播法基础第一节数值计算方法 1．电磁场数值计算它是一种基于麦克斯韦方程组，建立逼近实际工程电磁场问题的连续型的数学模型，（合理的假设）然后采用相应的数值计算方法，经离散化处理，(合适的方法，使离散化的模型既能反映连续型模型的特性，又便于计算机分析)把连续型数学模型转化为等价的离散型数学模型，计算出待求离散数学模型的离散解(数值解)，从而获得相应结果的一种方法。 2.数值方法分类: 时域分析、频域分析。时域分析：模拟光在波导中的传播过程频域分析：求解波导模式时域分析逼真：把原来因为速度太快、结构太小、不可见的现象模拟出来，能够直观地展示。求解：波导连接、耦合、非线性特性、波导模式。频域分析：光场分布、给定具体结构波导的模式的有效折射率(色散、偏振)、损耗(材料吸收、结构本身导致)等。问题: 频域结果能否推得时域信息? 反之? 3．常用数值方法简介 (1)有限差分法(频域有限差分法) （20世纪50年代出现）利用划分网格的方法将定解区域离散化为网格离散节点的集合，然后基于差分原理，以各离散点上函数的差商来近似替代该点上的偏导数，这样待求的偏微分方程定解问题可转化为一组相应的差分方程的问题。根据差分方程组，解出各离散点上的待求函数值，即为所求定解问题的离散解，再应用插值方法便可从离散解得到定解问题在整个场域上的近似解。

原理:偏导→差分方法特点：原理简单、通用性好；对复杂结构，计算量大(矩阵运算)。(频域分析) 适用范围：计算光波导的模式求解。现状：适用于较简单结构的分析。但有限差分(偏导→差分)法广泛应用于数值方法中 (2) 有限元法 20世纪40年代提出,其在电磁问题方面的应用有约40多年历史。以变分原理为基础，把所要求解的微分方程转化为相应的变分问题，即泛函求极值问题。常见方法为把要分析的区域划分为很多三角形(每个三角形成为一个基元)，每个基元内的场用多项式来表达，然后加入不同基元间场的连续条件，就可得到整个横截面的场分布。特点：较复杂---需要前处理(三角化，剖分)；后处理：（场分布，伪解剔除）（通用性强，精度高）根据该方法对于各种各样的电磁计算问题具有较强的适应能力性，所形成的代数方程矩阵求解容易、收敛性好。主要缺点：对于形状和分布复杂的三维问题，由于其变量多和剖分要求细，往往因计算机内存而受到限制。程序设计复杂、计算量较大。适用范围：求解光波导的模式（有效折射率、色散、双折射、传输损耗等）。现状：功能最强大的数值方法之一。特别是上世纪90年代出现的矢量有限元方法，完全解决了有限元方法出现的伪解问题，大大降低了有限元法的后处理过程。有限元光束传播法。 (3)时域有限差分法时域有限差分法是近年来开始流行的一种数值模拟方法，它通过将麦克斯韦方程在时间空间上离散化的方法实现对电磁波传播的模拟。它能够得到电磁波传输的瞬态（即时域）信息，通过傅里叶变换即可得到相应的频域信息。