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《移動(dòng)通信 課件 (郭梯云)第3章.ppt》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第3章移動(dòng)信道中的電波傳播與分集接收3.1VHF、UHF電波傳播特性3.2移動(dòng)信道的特征3.3陸地移動(dòng)信道的場(chǎng)強(qiáng)估算3.4其它移動(dòng)信道的傳輸特點(diǎn)3.5分集接收3.1VHF、UHF電波傳播特性3.1.1電波傳播方式發(fā)射機(jī)天線發(fā)出的無線電波,可依不同的路徑到達(dá)接收機(jī),當(dāng)頻率f>30MHz時(shí),典型的傳播通路如圖3-1所示。圖3–1典型的傳播通路3.1.2直射波直射波傳播可按自由空間傳播來考慮。所謂自由空間傳播系指天線周圍為無限大真空時(shí)的電波傳播,它是理想傳播條件。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。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)
2、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。當(dāng)電波經(jīng)過一段路徑傳播之后,能量仍會(huì)受到衰減,這是由于輻射能量的擴(kuò)散而引起的。由電磁場(chǎng)理論可知,若各向同性天線(亦稱全向天線或無方向性天線)的輻射功率為PT瓦時(shí),則距輻射源d米處的電場(chǎng)強(qiáng)度有效值E0為磁場(chǎng)強(qiáng)度有效值H0為單位面積上的電波功率密度S為若用天線增益為GT的方向性天線取代各向同性天線,則上述公式應(yīng)改寫為: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)
3、系式中,λ2/4π為各向同性天線的有效面積。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由上式可見,自由空間傳播損耗Lfs可定義為以dB計(jì),得或式中,d的單位為km,頻率單位以MHz計(jì)。(3-13)3.1.3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)。大氣高度不同,εr也不同,即dn/dh是不同的。根據(jù)折射定律,電波傳播速度v與大氣折射率n成反比,即式中,c為光速。當(dāng)一束電波通過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
4、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。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。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(6.37×106m)變成了等效半徑Re,Re與R0之間的關(guān)系為式中,k稱作地球等效半徑系數(shù)。當(dāng)dn/dh<0時(shí),表示大氣折射率n隨著高度升高而減少。因而k>1,Re>R0。在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下,即當(dāng)dn/dh≈-4×10-8(l/m),等效地球半徑系數(shù)k=4/3,等效地球半徑Re=8500km。由上可知,大氣折射有利于超視距的傳播,但
5、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。2.視線傳播極限距離圖3–2視線傳播極限距離自發(fā)射天線頂點(diǎn)A到切點(diǎn)C的距離d1為同理,由切點(diǎn)C到接收天線頂點(diǎn)B的距離d2為在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射情況下,Re=8500km,故式中,ht、hr的單位是m,d的單位是km。3.1.4障礙物的影響與繞射損耗圖3–3障礙物與余隙(a)負(fù)余隙;(b)正余隙圖中,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。規(guī)定阻擋時(shí)余隙為負(fù),如圖3-3(a)所示;無阻擋時(shí)余隙為正,如圖3-3(b)所示。由障礙物引起的繞射損耗與菲涅爾余隙的關(guān)系如圖3-4所示。圖中,縱坐標(biāo)為繞射引起的
6、附加損耗,即相對(duì)于自由空間傳播的分貝數(shù)。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:(3-21)圖3–4繞射損耗與余隙關(guān)系由圖3-4可見,當(dāng)x/x1>0.5時(shí),附加損耗約為0dB,即障礙物對(duì)直射波傳播基本上沒有影響。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>0.5x1;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)擦過時(shí),附加損耗約為6dB。例3–1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。試求出電波傳播損耗。解
7、先由式(3-13)求出自由空間傳播的損耗Lfs為由式(3-21)求第一菲涅爾區(qū)半徑x1為由圖3-4查得附加損耗(x/x1≈-1)為17dB,所以電波傳播的損耗L為3.1.5反射波圖3–5反射波與直射波通常,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。不同界面的反射特性用反射系數(shù)R表征,它定義為反射波場(chǎng)強(qiáng)與入射波場(chǎng)強(qiáng)的比值,R可表示為式中,
8、R
9、為反射點(diǎn)上反射波場(chǎng)強(qiáng)與入射波場(chǎng)強(qiáng)的振幅比,ψ代表反射波相對(duì)于