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《电波传播理论》课件 城市环境中电波传播特性的仿真和分析

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第7章电波传播概论精品

第7章电波传播概论精品
②季节变化：夏季的电子密度大于冬季（ F2层例外）。 ③随太阳黑子11年周期的变化：黑子数目增加时，太阳辐射 的能量增强，因而各层电子密度增大 。
④随地理位置变化：地理位置不同，太阳光照强度也不相同。 赤道附近电子密度最大，越靠近两极电子密度越小。
第7章电波传播概论
四、 无线电波在电离层中的传播
1、反射的原理 由公式可得：电波进入电离层后，随着高度的增加，电子密 度增加，折射率减小。
② 天波传播的随机多径效应严重, 多径时延较大, 信道带 宽较窄。因此, 对传输信号的带宽有很大限制, 特别是对于数 字通信来说, 为了保证通信质量, 在接收时必须采用相应的抗 多径措施。
第7章电波传播概论
③ 天波传播不太稳定, 衰落严重, 在设计电路时必须考虑 衰落影响, 使电路设计留有足够的电平余量。
第7章电波传播概论
3、电离层反射与入射角的关系 当电波频率一定时，反射与入射角的关系： ①入射角较大时：角度越大，越易反射，反射后可到达的距 离越远。 ②入射角较小时：角度越小，进入电离层的深度就越大，传 输距离越远。当小于某一临界角时，电波将穿透电离层。
因此，在以发射天线为中 心，一定半径的区域内，不能 有天波到达，称为天波静区。
如果考虑大气折射率的影 响，视距传输距离需要修正。
rv 2ae ( h1 h2 ) 4.12( h1 h2 ) 103(m)
第7章电波传播概论
三、大气对电波的衰减
大气对电波的衰减主要来自两个方面：
1、热吸收和谐振吸收：云、雾、雨等小水滴对电波的热 吸收与小水滴的浓度有关；水分子、氧分子对电波的谐振吸收 与工作波长有关。
第7章电波传播概论
7.3
一、概念 天波传播：指发射天线发出的电波在高空被电离层反射

《电波传播理论》课件 地表面波传播模式

《电波传播理论》课件 地表面波传播模式

Z
Z O
2020/11/29
对E1x
o 2
H1y取x的导数，得
空间波
E1x o H1y
(1)
x
2 x
地表面波
从方程 E＝0，得
E1Z
E1x ＝ E1Z
(2)
x
Z
8
又从方程 H 1
j
0
E
1,
得
E1y x
j 0E1Z
(3)
把(2)(3)式代入(1)式，得
E1Z z
0 2
( j 0E1z )
由于地球表面呈球形使电波传播的路径按 绕射的方式进行。
2020/11/29
3
第2节 地波传播场强的计算
偶极子天线所产生的地波垂直电场E通常表示为： E E0 A
其中，E 0 为理想导电地面上的垂直电场； A 称为衰减因子，它是频率、距离和地面电参数的 复杂函数。
一般说来，频率愈高，地面电导率愈低，地 波随距离衰减就愈快。
均匀层：对电波传播影响很小
对电波传播的影响大小取决于大气中带电 粒子的多少。
对流层折射的影响
对流层的特点 如果对流层是均匀的，介电常数是常数，那 么，无线电波的传播将沿着直线进行。但是对 流层是不均匀的，不是常数，而是随着离地 的高度和温度而变化。无线电波在对流层中的 传播可以看作是从彼此系数不同的一个介质薄 层进入另一个介质薄层，这时传播路径将发生 连续弯曲，即发生折射。
2020/11/29
1
第1节、地表面波传播特性
❖ 沿地球表面以绕射方式进行传播的无线电波传播模 式，称为地波传播
❖ 特点：
信号比较稳定 半导电性地球表面的影响较大 地面对地波有较大的衰减 地面上方垂直方向电场强度远大于水平方向电场强度

电波传播基本知识PPT课件

电波传播基本知识PPT课件

电波传播方式的说明
• 地表面波是建立在地球表面的一种电波传播形式，在频率小于5MHz且 天线高度小于地面半波长时，此传播形式占主导作用。其特点是传播距 离远，易与水下建立通信，不受天气与地面环境的阻挡。
• 对流层电波传播是无线通信中占主导作用的传播形式，频率在30MHz以 上时，视距传播成为主要传播方式，此时需注意对流层折射系数的影响 (一般地，此种传播又称地面传播)，传播特点是视距传播，易受地面环 境的阻挡影响，传播衰减较大。
电波反射的退极化作用
• 电波反射的退极化作用除了有耗地面的反射以外，不规则的反射目标也 是造成电波去极化的原因之一。
• 移动信道中的各种物体目标对电波的反射过程，是目标表面上每一部分 对电波的散射的综合。其中还包含某些表面结构的二次甚至更多次反射。 目标上的每一部分，相对电波发射天线的取向和形态是各异的。所以复 杂形状的目标具有极强的、多样的退极化作用。
• 《无线通信技术》，深圳市华为技术有限公司 • 《现代无线通信系统电波传播》，Hernry L.Bertoni • 《移动通信工程(理论与应用)》， • 《网络规划设计》，深圳市华为技术有限公司
第3页/共86页
课程内容
第一章 无线通信基本概念 第二章 移动通信电波传播的几个概念 第三章 移动通信电波传播特性 第四章 移动通信信道与预测
第8页/共86页
大气媒质的分层情况
第9页/共86页
第一章 无线通信的基本概念
第一节 概述 第二节 无线通信中的大
气媒质
第三节 无线通信中的电 波传播方式
第四节 无线通信的频段 划分与传播方式
第10页/共86页
电波传播方式的分类
• 根据何种介质或何种介质分界面对电波传播产生主要的影响，可将常遇 到的电波传播方式分为： • （1）地表面波传播（电波传播主要受地球表面的影响）。 • （2）对流层电波视距传播（电波传播主要受对流层影响）。 • （3）电离层电波反射传播（电波传播主要受电离层影响)。

电波的传播特性(ppt)

电波的传播特性(ppt)

OM模型 任意地形地物信号中值的预测 场强中值变动分布及预测 覆盖设计
模型：城市视为准平滑地形，给出经验曲线
其他地形地物情况则给出修正值
OM模型可在适用范围内作电波传播预测
– 地形、地物的分类 – 准平滑地形上的电波传播特性 – 不规则地形修正因子 – 其他因素对电波传播的影响
地形的分类
电波传播的衰落特性 场强估算模型
1.衰落的概念
– 由于实际传播环境中复杂的地形地物对传播 信号的阻挡，及反射、绕射和散射引起的无 线信号的多径传播都会对电磁波的传播产生 影响，导致接收信号的随机变化
– 衰落的类型
阴影衰落（阴影效应、气象条件变化） 场强中值的缓慢变化（慢衰落）
多径衰落（多径效应） 瞬时值有快速、大幅度的变化（快衰落）
– 无线电波的波长、频率和传播速度的关系： λ＝Ｖ/ｆ
Ｖ为速度(m/s)；ｆ为频率(Hz)；λ为波长(m) 不同介质中传播速度不同、波长不同
无线电波的极化
– 概念：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
–电波的极化方向：无线电波的电场方向 –极化波必须用对应的极化特性的天线接收
电波的传播特性 (ppt)
电波的传播特性
重点
– OM模型及任意地形、地物情况下电波传播衰耗中 值的预测
难点
– 任意地形、地物情况下电波传播衰耗中值的预测
目的和要求
– 了解衰落对信号传输的影响 – 掌握自由空间传输衰耗、OM模型及电波传播衰耗
中值的计算方法
无线电波的概念 电波的传播方式
– 在分析电波传播特性时总是以自由空间的传播环境 为参考进行
– 自由空间
一种理想的、均匀的、各向同性的介质空间 当电磁波在自由空间中传播时直线传播，不发生反射、折

电波传播基础PPT课件

电波传播基础PPT课件
关。相应的坡印廷矢量和接收功率分别表示为：
S
PtGt
4 d 2
A2
W m2
Pr
4 d
2
A2GtGr Pt
W
第13页/共33页
(9) (10)
传输媒质对电波传播的影响
对于某一传输电路，发射天线输入功率与接收天线
输入功率（满足匹配条件）之比，定义为该电路的传输
损耗L，即
L
Pt Pr
4 d
第18页/共33页
传输媒质对电波传播的影响
❖多径传输 当电波以两个或两个以上不同长度的路径传播到达
接收地点时，则接收天线捡拾的信号是由几个不同路径 传来的电场之和。因路径长度有差别，它们到接收地点 的时间延迟（简称时延）不同。若以τ表示最大传输时 延与最小传输时延之差，若τ值太大就会引起较明显的 信号失真。图2(a)示出了接收点场强是由两条路径传来 的、振幅不等的、相位差φ=ωτ的两个电场叠加。
当接收天线与来波极化匹配并与负载阻抗匹配时，
其接收功率为
Pr
SAe
Pt Gt
4 d 2
2 4
Gr
4 d
2
PtGtGr
(W)
(3)
式中S为坡印廷矢量（W/m2）, Ae为接收天线的有 效面积（m2），Pt为发射天线的输入功率（W），Gt和 Gr分别是发射天线和接收天线的增益，λ为自由空间电 波的波长（m）。
设一天线置于自由空间，在其最大辐射方向上、距 离为d的接收点处产生的场强为
E0
60PtGt d
V m
(1)
pt为发射天线输入功率（W），Gt为发射天线增益， d为距离（m），E0为自由空间场强振幅值。为便于实用， 或写成：
第8页/共33页

天线与电波传播课件(第六章)电波传播概论

天线与电波传播课件(第六章)电波传播概论

编著： [美] John D.Kraus
出版社：电子工业出版社
8/12/2013
Ronald J. Marhefka
2002年8月 第一版
2
Dept.PEE Hefei Normal University
天线与电波传播
第1章 天线基础知识
第2章 窄带天线
第3章 宽带天线 第4章 口径天线 第5章 天线新技术 第6章 电波传播概论
不被电离层反射
8/12/2013
15
Dept.PEE Hefei Normal University
主要传播方式
注：微波中继通信
视距通信中天线一般 为抛物面天线
8/12/2013
16
Dept.PEE Hefei Normal University
主要传播方式
4、散射通信：利用对流层、电离层、流星余迹等不均匀体 对电磁波的散射来实现“超视距传播”，用于超短波（米波） 和微波的远距离通信。
8/12/2013
11
Dept.PEE Hefei Normal University
研究内容
(4) 开拓新频段：低到几十赫兹，高到几百吉赫兹，开发 毫米波段应用研究。 (5) 开发电波应用领域：军用（通信雷达，制导等）民用 （遥感、测控、导航等等）等其他领域。 (6) 研究电磁兼容、抗干扰等相关课题的研究。
8/12/2013
12
Dept.PEE Hefei Normal University
主要传播方式
1、地波传播：信号延地面传播、信号稳定、吸收小，适 用于甚长波、长波、中波(一般<2MHz)，主要用于广播、 授时等。
通常适宜采用垂直极化天线发射信号！
8/12/2013

电波传播理论徐立勤PPT课件


（17.30）
——接收机的门限电平
（17.31）
第6页/共13页
17-6
《电波传播理论》
第17章 地面固定和移动通信衰落预测模型
17.2 移动通信衰落预测模型
♥ 在移动通信中，除了固定通信中大气层结和地面反射多径传播引起的接收信号 随时间的变化外，由于移动用户的运动引起的收、发站点之间电波传播边界条 件和射线路径的快速变化也是产生衰落的重要原因。
♥
地点和 时间被超过的场强
——空间域内的衰落深度【表17.1或式（17.37）】 ——时间域内的衰落深度【表17.1或式（17.37）】 ——场强随地点变化的均方根偏差【式（17.33-4）】 ——场强随时间变化的均方根偏差 【式（17.35-6）】
（17.32）
第7页/共13页
17-7
《电波传播理论》
第8页/共13页
17-8
《电波传播理论》
第17章 地面固定和移动通信衰落预测模型
♥ 电离层中电波传播的主要特点：
在超短波以上频率，电离层引起的吸收损耗基本上可以忽略；
法拉第旋转效应虽然很可观，但是，在地空通信中，通常使用椭圆和圆极化波， 这可以避免极化面旋转带来的破坏性影响；
电离层折射效应不至于引起信号幅度的显著变化，可是会对无线电定位的精度 有些影响。
♥ 为了保证在衰落期间能够正常地通信，必须加大发射功率、压低接收机噪声、 提高天线增益，升高天线架设高度,甚至还得采取分集措施等等。
♥ 电波传播引起的信号衰落现象对无线电通信的质量、对工程实施与设备研制的 技术难度以及投资成本等方面都带来极大影响。
第1页/共13页
17-1
《电波传播理论》
第17章 地面固定和移动通信衰落预测模型

无线电波传播基础理论-PPT文档资料27页

Coverage Threshold dBm
Location P robablity %
-70 -74 -78 -82 -86 -90 -94 -98 -102 -106 -110
1.8 传播模型
• 总体而言GSM1800MHz频段的覆盖比GSM900M频段要差一些：
– Okumura – Hata公式中GSM1800M频段的路径损耗比GSM900M频段大
9.79dB
– 功率预算中GSM1800M频段MS发射功率比GSM900M频段小3dB(各自 分别为30dBm和33dBm）
– 50m长 7/8” 电缆损耗差值为0.97dB – GSM1800与GSM900相比较，所有以上各项给出了 13.77 dB差值 • 但实际的场强测量和1800M频段的模型校正发现平均差值并没有这么大 – 通常 Okumura – Hata模型1800M频段的修正因子比900M频段小3～6dB。
1.1 研究电波传播特性的必要性
• 无线电波传播特性的研究和了解是移动通信网络规划和建设的基础,从 频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统 间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传 播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。
• 无线电波传播与工作频率有关，如450MHz、900MHz和1800MHz的电 波传播特性差别很大；
1805-1850MHz(BS)
CDMA
825-835MHz (MS) 870-880MHz (BS)
由上表可以看出移动通信频段位于UHF频段范围内，是以空 间波的方式进行传输的。
1.3 dB概念的介绍
• Calculations in dB (deci-Bel) • logarithm ic, relative scale

电波传播理论基础 ppt课件


S
t
τ(wm we )dτ
σE 2dτ
τ
P流入 Pm Pe PT
外界经闭合曲面S流入V内的全部电磁功率等于V 内导体的焦耳热与V内的电磁场能量的时间变化 率之和——电磁场中的能量守恒定律。
玻印亭矢量

S E H *
S 平均

Re

1 2

E

H
*

有向前传播的分量，反射波为零。
参数：E、H 随时间变化的周期： T 2π /
dq
电位移矢量D D εE
介电常数：将物质置于电场中，物质将被极化， 用介电常数ε描述。
磁导率常数：将物质置于磁场B中，物质将被磁 化，用磁导率常数μ描述。
磁场强度H
B μH
磁感应强度B d F d qv B(T)
电荷Q、电荷密度ρ、电流I与电流密度J
PPT课件
6
电磁场本构关系
通过闭合曲面S的磁通量横为零。
磁场是无源场（散度源）（注：根据亥姆霍兹定 理，磁场一定存在旋度源）
PPT课件
18
高斯（1777～1855），德国数学家 、物理学家。在数论、代数学、非 欧几何、复变函数和微分几何等方 面都做出了开创性的贡献。他还把 数学应用于天文学、大地测量学和 磁学的研究，发明了最小二乘法原 理。高斯被誉为“数学王子”。高 斯一生共发表155篇论文，他对待学 问十分严谨，只是把他自己认为是 十分成熟的作品发表出来。其著作 还有《地磁概念》和《论与距离平 方成反比的引力和斥力的普遍定律 》等。
麦克斯韦修正的安培环路定律：磁场强度沿闭合 回路l的环流量等于通过l所包围面积的传导电流 与位移电流。
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第九章、城市环境中电波传播特 性的仿真和分析
城市环境一般是指大厦和两层以上的建筑 物稠密的地区，包括大的商业街区以及居民生 活小区。在城市环境中的电波传播由于受到地 理条件的限制，电波传播特性有别于开阔地区 的电波传播。对城市环境中电波传播特性的研 究有助于电波在路径上的传输损耗的分析；有 助于移动通信基站的选址和优化。
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8
❖ 损耗与接收天线高度的关系
接收天线的高度越高，传输损耗就越小。这主要 是因为接收天线架设高度越高，天线周围的障碍 物对信号的影响就越小，接收到的场强也就越大 ，从而传输损耗越小。
在天线高度为1m到3m范围内变化时，传输损耗 降低了4dB左右，而通常人的身高在1.5m到2m之 间，在这个范围内传输损耗只有2dB左右的差别 。所以就手机而言，接收高度的影响并不是特别 重要。
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 d(km)
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城区
20
0
5
10
15
20
25
d(km)
郊区
10
❖ 无线电波在郊区传播时，随着距离的增加， 衰减中值也不断增大，但是增加的幅度要明 显小于城区的衰减中值。这与理论是相符的 ，同城区一样，随着距离的增加，建筑物会 相应增加，衰减中值也就随之增加，但由于 郊区的建筑物分布不像城区一样密集，而且 建筑物的高度也会有所下降，传播环境要好 于城区，所以郊区的衰减中值要小于城区。 可以看出，北京市郊区电波传播衰减中值的 幅度在20～40dB之间。
❖ L =7.42-0.78d(km)
160
155
150
145
140
135
Lp(dB)
130
125
实测
120
修正Egli
115
110
105
100
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
d(km)
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6
第3节、北京市区电波传播特性的 分析
❖ 损耗与发射频率的关系
发射频率越高，传输损耗越大。
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第1节、城市环境中的建筑物
❖ 城市环境中的建筑物类型
比较有规划的建筑群，如居民小区。 高层建筑物。在一群建筑物前有一栋或几栋很高
的大厦，在这些大厦的后面不远处有一些矮的建 筑。
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2
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3
第2节、北京市区电波传播预测模 型的修正
❖ 实测结果
❖ L =d -0.53-0.4d(km)
160
155
150
145
140
135
Lp(dB)
130
125 实测
120
修正Hata
115
110
105
100
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
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d(km)
5
Egli模型的修正
Lp 88 20 lg f 40 lg d 20 lg(hb ) 20 lg(hm ) L
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11
CDMA800与GSM900相比，相同距离上的传输 损耗要小。
这主要是因为一方面由于频率越高，波长越短， 因此电波传播途中遇到障碍物时绕射的作用越弱 ，障碍物的阻挡作用越强，导致损耗越大；
另一方面由于频率越高，大气对它的吸收也越大 ，这也导致在传播过程中传输损耗就越大。
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❖ 损耗与传播距离的关系
但如果是大型的接收机，也应该尽量将接收天线 架高，比如架设在建筑物的楼顶。
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衰减中值的计算
❖ 衰减中值的定义
反映地形地物及建筑物影响的一个物理量，它定 义为：
A(dB) Lp Ls
❖ 北京市衰减中值的计算
50
45
A(dB) A(dB0
25
25
20
传播距离的增大，传输损耗也不断加大。
在实际城市环境中的电波传播过程中，由于实际 环境更为复杂，导致功率在传播中的损耗更大， 所以距离越远时传输损耗也越大。
❖ 损耗与发射天线高度的关系
随着发射天线高度的增加，传输损耗不断减小。 这主要是因为天线架设高度越高，障碍物落入第 一菲涅尔区的可能性就越小。
一般来说，为了扩大基站的覆盖范围，都会将天 线架设得比较高。
d (km) E(dBV / m) Lp (dB)
0.5 71.8 109.2
1 62.7 118.3
2 52.1 128.9
4 43.2 137.8
8 34.2 146.8
12 29.3 151.7
16 26.7 154.3
20 24.3 156.7
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Hata模型的修正
Lp 69.55 26.16 lg( f ) 13.82 lg(hb ) (hm ) [44.9 6.55lg(hb )]lg(d ) K L