春第2讲无线电波的传播ppt课件

1、第第1章章 无线通信基础无线通信基础1.1 1.1 无线电波无线电波1.2 1.2 通信系统通信系统1.3 1.3 信号信号 噪声噪声 调制与解调调制与解调1.4 1.4 数据通信与网络数据通信与网络1.1 1.1 无线电波无线电波cf 波长波长1.1.11.1.1无线电波的波长、频率和传播速度的关系无线电波的波长、频率和传播速度的关系 / / 式中，为速度，单位为米式中，为速度，单位为米/ /秒；秒； 为频率，单为频率，单位为赫芝；位为赫芝；为波长，单位为米。真空中的光速为波长，单位为米。真空中的光速用用 C C 来表示，因而，真空中无线电波的波长、来表示，因而，真空中无线电波的波长、频率和

2、速度又可表示为：频率和速度又可表示为：无线电波和光波一样，它的传播速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。我们用的传播速度等于光速。我们用公里秒公里秒 表示。在媒质中的传表示。在媒质中的传播速度为：播速度为：/ /（1/21/2，式中，式中为传播媒质的相对介电常数。因而，同为传播媒质的相对介电常数。因而，同一频率的无线电波在不同的媒质中传播一频率的无线电波在不同的媒质中传播时，速度是不同的，因此波长也不一样。时，速度是不同的，因此波长也不一样。超长波超长波 100,000米米10,000米，频率米，频率330千赫；

3、千赫；长波长波 10,000米米1,000米，米， 频率频率30300千赫；千赫；中波中波 1,000米米100米，米， 频率频率300千赫千赫1.6兆赫；兆赫；短波短波 100米米10米，米， 频率为频率为1.630兆赫；兆赫；超短波超短波 10米米1毫米，毫米， 频率为频率为30300,000兆赫兆赫（其中：波长在（其中：波长在1米以下的超短波又称为微波）。米以下的超短波又称为微波）。 无线电波的波长无线电波的波长 100,000米到米到0.75毫米毫米 1.1.2 无线电波段的划分1.1 1.1 无线电波无线电波1.1 1.1 无线电波无线电波 1.1.2 无线电波段的划分分米波分米波

4、波长波长1m-10cm, UHF 特高频特高频厘米波厘米波 波长波长10-1cm SHF 超高频超高频毫米波毫米波 波长波长10-1mm EHF 极高频极高频微波段的另一种细分微波段的另一种细分超高频微波段的工程英文代号超高频微波段的工程英文代号L波段波段 1-2GHz, X波段波段 8-12.5GHzS 波段波段 2-4GHz, Ku波段波段 12.5-18GHzC波段波段 4-8 GHz, K波段波段 18-26.5GHz Ka波段波段 26.5-40GHz0.1 um 100um无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直

5、的，同时这两者又都垂电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向。直于传播方向。 1.1.3 无线电波的传播B与与E的关系的关系 ()0|i k xtiikBEE eEkEBE v vEkBB与与E同相位；同相位；E、B、k构构成右手螺旋关系；成右手螺旋关系；E/B为为波速波速电磁波的传播电磁波的传播电场电场电场电场电场电场振子振子电波传输方向电波传输方向磁场磁场磁场磁场B B l la ah h blahb l a hblah无线电波的传播类似一无线电波的传播类似一个池塘上的波纹，个池塘上的波纹， 天线的极化天线的极化天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向天线辐射的电磁场

6、的电场方向就是天线的极化方向垂直极化垂直极化水平极化水平极化+ 45度倾斜的极化度倾斜的极化- 45度倾斜度倾斜的极化的极化双极化天线双极化天线两个天线为一个整体，传输两个独立的波。两个天线为一个整体，传输两个独立的波。V/H (垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜 (+/- 45)导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关. . 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐线上的电流就大大增加，因而就能形成较强的辐射。

7、通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。子。 1.1.半波振子天线半波振子天线 同轴线变化为天线同轴线变化为天线对称振子半波振子天线对称振子半波振子天线两臂长度相等的振子叫做对称振子，也叫半波振子。两臂长度相等的振子叫做对称振子，也叫半波振子。振子振子1/2波长波长1/4波长波长1/4波长波长1/2波长波长波长波长一个一个1/2波长的对称振子波长的对称振子 在在800MHz 约约 200mm长长 400MHz 约约 400mm 长长2.2.电流环天线电流环天线 3.3.抛物面天线抛物面天线 4.4.天线天线 阵阵1.2.1 1.2.1 无线电波的多种

8、传播无线电波的多种传播方式方式直射直射反射反射绕射衍射）绕射衍射）散射散射1.2 无线电波的传播模型无线电波的传播模型1.2.2 电磁波在自由空间中的传播损耗电磁波在自由空间中的传播损耗 设一个点波源的发射功率为设一个点波源的发射功率为Pt , 在半在半径为径为d的球面上的无线电波功率密度的球面上的无线电波功率密度204dPPt P0可以理解为在与辐射源相距 d 的单位面积上所接收的功率。1.2 1.2 无线电波的传播模型无线电波的传播模型 考虑发射天线增益考虑发射天线增益GtGt后，与发射源相后，与发射源相距距 d d 处的单位面积所接收的功率为处的单位面积所接收的功率为 24 dGPPtt

9、r 发射天线增益表示天线在最大辐射方发射天线增益表示天线在最大辐射方向上单位立体角的发射功率与无方向天线向上单位立体角的发射功率与无方向天线单位立体角的发射功率的比值。单位立体角的发射功率的比值。 根据天线理论，天线的有效面积为 于是，如果接收机与发射机的距离为于是，如果接收机与发射机的距离为d，接收天线的有效面积为接收天线的有效面积为A，发射天线增益为，发射天线增益为Gt，接收天线增益为接收天线增益为Gr，这时，接收到的信号载，这时，接收到的信号载波功率为波功率为42A24 dGPAGPPttrrrtrtrPGGdG222)4(4Friss公式公式LdPGGdPtrr2221)4()(Pr为

10、接收天线的接收功率，Pt为发射机的发射功率，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，d为发射机与接收机之间的距离，L为综合损耗因子，为波长1.2 1.2 无线电波的传播模型无线电波的传播模型 1.2.3 无线电波在传输中的损耗无线电波在传输过程中的信号损耗无线电波在传输过程中的信号损耗路径衰耗路径衰耗阴影衰落阴影衰落多径衰落多径衰落大尺度衰落大尺度衰落（慢衰落）（慢衰落）小尺度衰落小尺度衰落（快衰落）（快衰落）路径衰耗路径衰耗阴影衰落阴影衰落多径衰落多径衰落电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因而，

11、森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因而，到达接收天线的超短波不仅有直射波，还有反射波，这种到达接收天线的超短波不仅有直射波，还有反射波，这种现象就叫多径传输。现象就叫多径传输。 由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂，波动很由于多途径传播使得信号场强分布相当复杂，波动很大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发生变大；也由于多径传输的影响，会使电波的极化方向发生变化，因而，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减化，因而，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。弱。另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不同。电波的多径传播电波的多径传播

12、多径衰落与多径传播多径衰落与多径传播频率选择性衰落时间选择性衰落 多径传播与多径传播与反射反射用分集接收改善信号电平用分集接收改善信号电平 1 扩频通信的原理扩频通信的原理 (1) 直接序列扩频系统直接序列扩频系统 DSSS (2) 跳频扩频系统跳频扩频系统 FHSS (3) 跳时扩频系统跳时扩频系统 THSS 1 扩频通信的原理扩频通信的原理带宽Bb干扰白噪声解扩后的有用信号扩展频带Bc1f 直接序列扩频系统直接序列扩频系统2 扩频增益扩频增益bCbCIORRBBNSNSG)/()/( 2 扩频通信的主要特点扩频通信的主要特点 (1) 抗干扰性能好抗干扰性能好 (2) 隐蔽性好隐蔽性好 (3) 可以实现码分多址通信可以实现码分多址通信 (4) 能抗多径干扰能抗多径干扰 (5) 能精确定时和测距能精确定时和测距1.3 1.3 数字通信系统数字通信系统1.3.1 1.3.1 通信系统通信系统信息源信息源受信者受信者发送设备发送设备接收设备接收设备信道信道噪声源噪声源1 1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型2