電磁場傳播理論

電磁場傳播理論中郵建技術有限公司第十分公司徐鑫勤1、電磁波定義2、電磁波傳播機制3、損耗4、衰落5、功率換算6、傳輸模型定義：電磁波：是由同相且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場電磁波的磁場方向、電場方向以及傳播方向三者互相垂直，所以電磁波是橫波電磁波最重要的特性是頻率，傳播速度與光速相同

C=λ（波長）*f（頻率）不同的頻段內的頻率具有不同的傳播特性，本文只講述共性特征。根據電磁波的頻率不同以及傳播特性的相似性將電磁波分為不同的頻譜，同一頻譜內的電磁波傳播特性基本相似。頻譜劃分：電磁波傳播機制1、反射當電磁波遇到比波長大得多的物體時，發(fā)生反射。反射發(fā)生在地球表面、建筑物、墻壁表面、平流層和電離層直射波及地面反射波（最一般的傳播形式）電離層反射波（超視距通訊）2、繞射當發(fā)射機和接收機之間的傳播路由被尖銳的邊緣阻擋時，發(fā)生繞射。絕大部分信號來源。山體繞射波（陰影區(qū)域信號來源）3、散射當電磁波的傳播路由上存在小于波長的物體、并且單位體積內這種障礙物體的數目非常巨大時，發(fā)生散射。散射發(fā)生在粗糙表面、小物體或其它不規(guī)則物體，如：樹葉、街道標志和燈柱等。①建筑物反射波②繞射波③直達波④地面反射波現實中，基站到達UE的信號來自各種不同的路徑，在基站內合并波導效應：波長越短的無線電波，當遇到物體時，在其表面發(fā)生鏡面反射的可能性也越大。當信號在兩側是規(guī)則樓房的街道中傳播時，以反射方式行進，稱之為“波導效應”。信號傳播與在波導內傳播相似，沿波導方向損耗小，信號就強，其他方向損耗大，信號強度就弱。波導效應容易引起越區(qū)覆蓋和導頻污染等，在井型街道會引起切換頻繁、掉話等街道基站基站水面信號經過道路兩側建筑物不斷反射，在傳播過程中衰減很少，容易沿著道路覆蓋到很遠的區(qū)域，造成越區(qū)覆蓋，形成覆蓋孤島。所以在方位角設計時要避免覆蓋方向與道路平行。當信號覆蓋水域時，水面形狀不規(guī)則，信號會被水面反射到各個方向，覆蓋區(qū)域難以控制，所以在方位角設計時要避免信號直接覆蓋水面。損耗1、傳播損耗2、穿透損耗3、繞射損耗4、反射損耗傳播損耗自由空間傳播損耗公式：PL=32.44+20lgF（MHz）+20lgL（km）說明：PL：PathLoss，路徑損耗F：頻率L：接收點與發(fā)射信源的距離從公式中可以看出：自由空間傳播時路徑損耗與信號頻率以及傳輸距離相關頻率越高、傳輸距離越遠，路徑損耗越大每當頻率增加一倍，路徑損耗增加6dB，每當距離增加一倍，路徑損耗增加6dB。2，穿透損耗室內信號取決于建筑物的穿透損耗室內窗口處與室內中部信號差別較大建筑物材質對穿透損耗影響較大建筑物墻體厚度對穿透損耗影響較大電磁波的入射角對穿透損耗影響較大幾種典型的穿透損耗：隔墻阻擋：5～20dB

樓層阻擋：＞20dB，

室內損耗值是樓層高度的函數，-1.9dB/層

家具和其它障礙物的阻擋：2～15dB

厚玻璃：6～10dB

火車車廂的穿透損耗為：15～30dB

電梯的穿透損耗：30dB左右

茂密樹葉損耗：10dB人體損耗：3dB頻率越高，繞射能力越弱，透射能力越強頻率越低，繞射能力越強，透射能力越弱衰落衰落分為快衰落和慢衰落快衰落：移動臺附近的散射體（地形，地物和移動體等）引起的多徑傳播信號在接收點相疊加，造成接收信號快速起伏的現象。主要由于多徑傳播而產生的衰落，由于移動體周圍有許多散射、反射和折射體，引起信號的多徑傳輸，使到達的信號之間相互疊加，其合成信號幅度表現為快速的起伏變化，其變化率比慢衰落快，又稱為瑞利（Rayleigh）分布、萊斯（Rice）分布慢衰落：由于移動臺的不斷運動，電波傳播路徑地形地貌是不斷變化的，因而局部中值也是不斷變化的．這種變化所造成的衰落比多徑效應引起的快衰落要慢得多，稱為慢衰落。慢衰落是由大氣折射、大氣湍流、大氣層結等平均大氣條件的變化而引起的，通常與頻率的關系不大，而主要與氣象條件、電路長度、地形等因素有關。慢衰落一般服從對數正態(tài)分布，又稱為對數正態(tài)衰落或陰影衰落。距離(m)接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落快衰落抗衰落技術-分集1、時間分集2、空間分集3、頻率分集4、RACK接收多普勒頻移：原因:移動體在x軸上以速度v移動時會引起多普勒（Doppler）頻率漂移表達式：多普勒頻移cosαV：移動速度λ：波長α：入射波與移動臺移動方向之間的夾角一般只考慮接收信號傳播方向與移動體移動方向平行多普勒頻移與移動臺運動的方向、速度以及無線電波入射方向之間的夾角有關：若移動臺朝向入射波方向運動，則多普勒頻移為正（接收信號頻率上升）；反之若移動臺背向入射波方向運動，則多普勒頻移為負（接收信號頻率下降）。信號經過不同方向傳播，其多徑分量造成接收機信號的多普勒擴散，因而增加了信號帶寬功率換算：單位：W，mW，dBm，dBW引入dBm，dBW的目的是為了將倍數關系轉化為加減法dBm=10lgmW比如：10W換算為dBm、dBW10W=10000mW10lg10W=10lg1000mW=40dBm10lg10W=10dBW20W就是增加3dB，值為43dBm傳播模型：Ok