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1、2.2 大尺度路径损耗,主要内容,2.2.1 概述2.2.2 自由空间传播模型2.2.3 辐射电场与功率的关系2.2.4 电磁波基本传播机制2.2.5 无线通信传输损耗模型,2.2.1 概述,对电磁波传播模型的研究，首先集中于对发射机一定距离处平均接收信号强度的预测和特定位置附近信号强度的变化。预测平均信号强度的传播模型，描述的是发射机与接收机之间长距离上的信号强度变化，这种模型称为大尺度传播模型。影响无线覆盖范围的主要因素是电磁波频率和地形。,2.2.2 自由空间传播模型,自由空间传播模型用于预测接收机和发射机之间完全无遮挡时的视线路径接收信号强度。自由空间传播时，信号强度随着距离的平方成反
2、比的衰减。发射天线在距离d处的辐射功率密度为,接收效果同天线方向性、接收与发射天线的极化匹配情况等因素有关，假定接收天线处于最佳接收状态。在距离发射天线d处，接收天线的接收功率由下式给出,2.2.2 自由空间传播模型,自由空间的传播衰减由下式给出,2.2.2 自由空间传播模型,采用dB为单位，用正值表示衰减,距离增加一倍，衰减增加6dB，传播距离增加10倍，衰减增加20dB。,为便于工程上计算，引入一个参考距离d0，要求是d0必须满足远场区条件。这是有,2.2.2 自由空间传播模型,以dBm为单位表示时，上式变为,例：一个发射机通过天线发射出去的功率为1W，载波频率为2.4GHz，如果收发天线
3、的增益均为1.6，收发天线之间的距离为1.6km。求：1）接收天线的接收功率是多少（dBm）？2）路径损耗为多少dB？3）传播时延为多少ns？,2.2.3 辐射电场与功率的关系,略,电磁波基本传播机制,电磁波的反射和透射地面反射和传播环境对功率衰减的影响分层电介质结构的反射和透射电磁波的绕射粗糙表面对电磁波的散射,电磁波的反射和透射,可以看出：当电磁波贴近介质表面掠射时将发生全反射现象。这种全反射现象的发生与介质参数的具体数值无关。掠射情况下的介质反射平面可以看作理想的导体反射面。,电磁波的反射和透射,地面反射和传播环境对功率衰减的影响,重要结果：发射机与接收机之间的距离很大时，接收功率随距离
4、的4次方成反比衰减（衰减指数n=4），即40dB/10倍程距离，这比自由空间中20dB/10倍程的衰减要快得多。这时的接收功率与信号频率无关。,地面反射和传播环境对功率衰减的影响,例：GSM系统的工作频率为900MHz，基站天线高度50m，距离发射机1km处的场强为10-3V/m。一个GSM移动台距离基站5km，使用垂直的/4单极天线，增益为2.55dB，接收天线高度1.5m。试计算：（a）接收天线的有效长度和有效接收面积；（b）使用双线地面反射模型情况下，该GSM移动台的接收功率。,例：对于地面无线通信系统，使用双线模型分析时，平坦地区基站的覆盖范围是1km，如果使用卫星通信，则它的覆盖范围
5、是多少？解：在开阔地带，使用双线模型时传播路径衰减斜率为每十倍程距离增加40dB。卫星通信的电波传播规律符合自由空间传播模型，传播路径衰减斜率为每十倍程距离增加20dB。假设卫星通信的覆盖半径为d，则根据题意应有下式20lgd=40lg1000，即卫星通信的覆盖范围是 d=106m=1000km,3.分层电介质结构的反射和透射,略,4.电磁波的绕射,当电磁波传播路径上存在有限大小的物体时，除了会产生反射现象，还会发生绕射（也叫衍射）。绕射使得无线电信号能够传播到阻挡物的后面，尽管绕射损耗非常迅速，但当接收机移动到阻挡物后面时，往往接收信号仍然具有足够的强度。,均匀平面波波前上的所有点都可以看作产生次级波的点源，这些点源产生球面辐射波，当波的传播路径上没有障碍物时，这些球面波叠加形成均匀平面波传播方向上新的波前。当均匀平面波传播路径上有物体阻挡时，一部分点源的辐射受到阻挡，这时的波前就不再是均匀平面波了。对于没有被阻挡的那部分波前的点源，其产生的次级波辐射将部分地绕过障碍物，传播到阻挡物的阴影区，这就是阴影区仍然可能收到信号的原因。阴影区绕射波电场强度为所有次级波电场部分的矢量和。,绕射现象的Huygens原理解释,球面波,.,.,.,.,.,.,.,.,平面波,.,.,.,.,.,t+t 波面,t 波面,t 波面,t+t 波面,ut,ut,The end,
