春第2讲无线电波的传播.ppt

1、17:25,现代通信技术,第1章 无线通信基础,1.1 无线电波,1.2 通信系统,1.3 信号 噪声 调制与解调,1.4 数据通信与网络,17:25,现代通信技术,1.1 无线电波,1.1.1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/秒； 为频率，单位为赫芝；为波长，单位为米。真空中的光速用 C 来表示，因此，真空中无线电波的波长、频率和速度又可表示为：,17:25,现代通信技术,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。我们用公里秒 表示。在媒质中的传播速度为：/（）1/2，式中为传播媒质的相对介电常数。因此，同一频率的无线

2、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。,17:25,现代通信技术,超长波 100,000米10,000米，频率330千赫； 长波 10,000米1,000米， 频率30300千赫； 中波 1,000米100米， 频率300千赫1.6兆赫； 短波 100米10米， 频率为1.630兆赫； 超短波 10米1毫米， 频率为30300,000兆赫 （其中：波长在1米以下的超短波又称为微波）。,1.1.2 无线电波段的划分,1.1 无线电波,17:25,现代通信技术,17:25,现代通信技术,1.1 无线电波,1.1.2 无线电波段的划分,分米波 波长1m-10cm, UHF 特高频

3、 厘米波 波长10-1cm SHF 超高频 毫米波 波长10-1mm EHF 极高频,微波段的另一种细分,超高频微波段的工程英文代号,L波段 1-2GHz, X波段 8-12.5GHz S 波段 2-4GHz, Ku波段 12.5-18GHz C波段 4-8 GHz, K波段 18-26.5GHz Ka波段 26.5-40GHz,17:25,现代通信技术,0.1 um 100um,17:25,现代通信技术,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的，同时这两者又都垂直于传播方向。,1.1.3 无线电波的传播,17:25,现代通信技术,B与E的关系,B与E同相位；E、

4、B、k构成右手螺旋关系；E/B为波速,17:25,现代通信技术,电磁波的传播,17:25,现代通信技术,无线电波的传播类似一个池塘上的波纹，,17:25,现代通信技术,1.1.4 无线电波的极化 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。,17:25,现代通信技术,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,17:25,现代通信技术,双极化天线 两个天线为一个整体，传输两个独立的波。,17:25,现代通信技术,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. 当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就

5、大大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子。,1.1.5 天线,17:25,现代通信技术,1.半波振子天线,1.1.5 天线,17:25,现代通信技术,同轴线变化为天线,17:25,现代通信技术,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。,一个1/2波长的对称振子 在800MHz 约 200mm长 400MHz 约 400mm 长,17:25,现代通信技术,2.电流环天线,1.1.5 天线,3.抛物面天线,4.天线 阵,17:25,现代通信技术,1.2.1 无线电波的多种传播方式,直射,反射,绕射（衍射）,散射,1.2 无线电波的传

6、播模型,17:25,现代通信技术,1.2.2 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Pt , 在半径为d的球面上的无线电波功率密度,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 无线电波的传播模型,17:25,现代通信技术,考虑发射天线增益Gt后，与发射源相距 d 处的单位面积所接收的功率为,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单位立体角的发射功率的比值。,17:25,现代通信技术,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d，接收天线的有效面积为A，发射天线增益为Gt，接收天线增益为Gr，这时，接收

7、到的信号载波功率为,17:25,现代通信技术,Friss公式,Pr为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,17:25,现代通信技术,1.2 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,路径衰耗,阴影衰落,多径衰落,大尺度衰落 （慢衰落）,小尺度衰落 （快衰落）,17:25,现代通信技术,路径衰耗,阴影衰落,多径衰落,17:25,现代通信技术,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。因此，到达接收天线的超

8、短波不仅有直射波，还有反射波，这种现象就叫多径传输。 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，因此，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。,电波的多径传播,17:25,现代通信技术,多径衰落与多径传播,频率选择性衰落,时间选择性衰落,17:25,现代通信技术,多径传播与反射,17:25,现代通信技术,用分集接收改善信号电平,17:25,现代通信技术,1.3扩频通信技术,1 扩频通信的原理,(1) 直接序列扩频系统 DSSS,(2) 跳频扩频系统 FHSS,(3) 跳时扩频系统 THSS,17:25,现代通信技术,1.3 扩频通信技术,1 扩频通信的原理,17:25,现代通信技术,直接序列扩频系统,17:25,现代通信技术,2 扩频增益,17:25,现代通信技术,1.3.5 扩频通信技术,1.3 数字通信,2 扩频通信的主要特点,(1) 抗干扰性能好,(2) 隐蔽性好,(3) 可以实现码分多址通信,(4) 能抗多径干扰,(5) 能精确定时和测距,17:25,现代通信技术,1.3 数字通信系统,1.3.1 通信系统,1 通信系统的一般模型,2 数字通信系统,17:25,现代通信技术,信源,信源编码器,信道编码器,调 制 器,传输 通道,