第3讲 无线电波传播理论

《无线电波的发射、接收和传播》讲义一、无线电波的概述在我们生活的这个充满信息的世界里，无线电波扮演着至关重要的角色。

从手机通讯到广播电视，从卫星导航到无线局域网，无线电波无处不在。

那究竟什么是无线电波呢？无线电波是一种电磁波，其频率范围非常广泛，通常被划分为不同的频段。

它们能够在空间中传播，不需要任何有形的介质，这使得它们能够实现远距离的通信和信息传递。

二、无线电波的发射要实现无线电通信，首先要将信息加载到无线电波上并发射出去。

这就涉及到无线电波的发射过程。

无线电波的发射需要一个振荡器，它能够产生高频的交流电流。

这个交流电流通过天线时，会在天线周围产生变化的电磁场，从而向外辐射无线电波。

为了有效地发射无线电波，天线的长度和形状至关重要。

天线的长度通常与所发射无线电波的波长有关。

一般来说，天线的长度为无线电波波长的四分之一时，发射效果较好。

此外，发射的无线电波还需要进行调制。

调制就是把要传递的信息（比如声音、图像等）加载到无线电波上。

常见的调制方式有调幅和调频。

调幅是改变无线电波的振幅来表示信息，而调频则是改变无线电波的频率来表示信息。

在实际的发射系统中，还需要功率放大器来增强信号的强度，以确保信号能够传播到足够远的距离。

三、无线电波的传播无线电波在空间中的传播方式主要有地波传播、天波传播和空间波传播。

地波传播是指无线电波沿着地球表面传播。

这种传播方式适用于中波和长波，它们能够沿着地面绕过障碍物，传播距离较远，但信号容易受到地面吸收和干扰。

天波传播是无线电波被发射到高空的电离层后，被反射回地面的传播方式。

短波主要通过这种方式传播。

电离层的特性会随着时间和季节等因素发生变化，这可能导致信号的不稳定和衰落。

空间波传播则是指无线电波像光线一样直线传播。

这种传播方式适用于超短波和微波，常用于卫星通信、雷达等领域。

但由于是直线传播，其传播距离受到地球曲率的限制，需要通过中继站来延伸传播距离。

此外，无线电波在传播过程中还会受到衰减和干扰。

《无线电波的发射、接收和传播》讲义一、无线电波的概述在我们的日常生活中，无线电波无处不在。

从手机通信到广播电视，从卫星导航到无线局域网，无线电波在信息传递中扮演着至关重要的角色。

那么，什么是无线电波呢？无线电波是一种电磁波，其频率范围非常广泛，从低频的几千赫兹到高频的几十亿赫兹。

它们能够在自由空间中传播，不需要像电线那样的物理连接就能传递信息。

二、无线电波的发射要实现无线电通信，首先需要发射无线电波。

无线电波的发射主要依靠天线和发射机。

天线是发射和接收无线电波的重要设备。

发射时，电流通过天线，产生变化的电磁场，从而向周围空间辐射出无线电波。

天线的形状和尺寸会影响发射的效率和方向性。

发射机则负责产生高频振荡电流。

这个电流具有特定的频率和功率，决定了发射的无线电波的特征。

为了有效地发射无线电波，发射机通常会对信号进行调制。

调制就是把要传递的信息加载到高频载波上。

常见的调制方式有调幅（AM）和调频（FM）。

调幅是使载波的振幅随信号变化，而调频则是使载波的频率随信号变化。

经过调制后的信号，能够携带更多的信息，并且更适合在空间中传播。

三、无线电波的传播无线电波在空间中的传播方式主要有地波传播、天波传播和直线传播三种。

地波传播是指无线电波沿着地球表面传播。

这种传播方式适合频率较低的无线电波，如长波和中波。

地波传播比较稳定，但传播距离有限，且容易受到地面障碍物和地球曲率的影响。

天波传播是指无线电波被发射到高空的电离层，然后被反射回地面。

这种传播方式适合中波和短波。

电离层是地球大气层中的一个区域，其中存在大量的自由电子和离子，能够反射无线电波。

但电离层的状态会随时间和季节变化，导致天波传播的稳定性较差。

直线传播是指无线电波以直线的方式传播。

这种传播方式适合频率较高的无线电波，如超短波和微波。

直线传播的信号强度随距离的增加而迅速衰减，因此需要通过中继站来延长传播距离。

此外，无线电波在传播过程中还会受到各种因素的影响，如大气衰减、障碍物阻挡、多径传播等。

无线电波传播原理1无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析1.1 电磁场与电磁波基础1820年奥斯特电磁1831年法拉第磁电产生产生变化的电场磁场变化的磁场电场激发?电磁场理论麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出了著名的电磁场理论（经典电磁场理论），指出变化电场和变化磁场形成了统一的电磁场，预言电磁场能以波动的形式在空间传播，称为电磁波；并得到电磁波在真空中传播的速度等于光速，从而断定光在本质上就是一种电磁波。

后来，赫兹用振荡电路产生了电磁波，使麦克斯韦的学说得到了实验证明，为电学和光学奠定了统一的基础。

因此，麦克斯韦的经典电磁场理论是人类对电磁规律的历史性总结，是19世纪物理学发展的最辉煌成就，是物理学发展史上一个重要的里程碑。

电磁波的诞生赫兹----德国物理学家赫兹对人类伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在，发现了光电效应。

1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。

开创了无线电电子技术的新纪元。

赫兹用各种实验，证明了不仅电磁波的性质和光波相同，而且传播速度也相同，并可发生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，即电磁波服从一般波动所具有的一切规律。

如果空间的电场或磁场变化是周期性的，我们用周期和频率来描述变化快慢。

电磁场变化过程中产生的电磁波的频率等于电磁场的变化频率；电磁波在传播中从一种介质进入另一种介质时，其频率不会发生改变，但其传播速度会发生改变。

电磁波的应用从1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在，1895年俄国科学家波波夫发明了第一个无线电报系统。

1914年语音通信成为可能。

1920年商业无线电广播开始使用。

20世纪30年代发明了雷达。

40年代雷达和通讯得到飞速发展，自50年代第一颗人造卫星上天，卫星通讯事业得到迅猛发展。

如今电磁波已在通讯、遥感、空间控测、军事应用、科学研究等诸多方面得到广泛的应用。

无线电通信的起源1897 年：马可尼完成无线通信试验——电报发收两端距离为18 海里试验是在固定站与一艘拖船之间进行的20 世纪初：两次世界大战导致无线通信蓬勃发展步话机、对讲机等1941 年美陆军就开始装备步话机短波波段，电子管电磁波分类-按传输方式电磁波分类-按传输方式电磁波分类-按波长电磁波分类-按波长各波段电磁波特点长波通信：沿地面传播，衰减小、穿透能力强 中波通信：地波传播及夜晚电离层反射传播 短波通信：天波传播，适合远距离传输超短波通信：直线传播，视距通信，广播电视、移动通信微波通信：工作频带宽，长距离接力通信第1讲无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析传播途径①建筑物反射波②绕射波③直射波④地面反射波①建筑物反射波②绕射波③直射波④地面反射波第1讲无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析1.3 无线传播环境•问题：移动通信比较固定通信有那些特殊性呢?•多径无线传播无线路径是一个很复杂的传播媒介•手机发射功率有限手机的发射功率客观限制了蜂窝小区的服务范围手机电池寿命和对人体危害决定了发射功率大小•频率资源有限带宽一定信道编码等占用额外频率资源频率需要被重复利用==> 产生同频干扰•用户行为的不确定性第1讲无线电波传播原理• 1.1 电磁场与电磁波基础• 1.2 无线电波传播原理• 1.3 无线传播环境• 1.4 无线信道分析无线信道分析在移动通信研究中的意义无线通信系统的信道十分复杂：9地理环境的复杂性和多样性9用户移动的随机性9多径传播无线信道是制约移动通信质量的主要因素无线信道是研究各种技术的主要推动力量无线信道的建模对于整个移动通信系统仿真的正确性和可靠性有着举足轻重的意义1.4 无线信道分析•无线信道中的损耗一般分为三个层次：—大尺度（又称路径损耗）【path loss】—中等尺度（阴影衰落、慢衰落）【shadowing】—小尺度衰落（快衰落）【fast fading】无线信道分析场强平均值随距离增加而衰减（路径损耗，大尺度衰落）•电磁波在空间传播的损耗场强中值呈慢速变化（慢衰落，阴影衰落，中等尺度衰落）•由地形地貌导致场强瞬时值呈快速变化（快衰落，小尺度衰落）•多径效应——由移动体周围的局部散射体引起的多径传播，表现为快衰落•多普勒效应——由移动体的运动引起，多径条件下引起频谱展宽三种衰落区别•大尺度衰落主要是路径损耗，可用自由空间传播模型来近似；其特点是：慢变，信道在很长时间内可以认为是恒定的，而且衰落的幅度很小。

《无线电波的发射、接收和传播》讲义一、无线电波的发现与发展在我们生活的这个充满信息的时代，无线电波扮演着至关重要的角色。

从手机通信到广播电视，从卫星导航到无线网络，无线电波无处不在，为我们的生活带来了极大的便利。

但你是否知道无线电波是如何被发现和发展的呢？早在 19 世纪，英国物理学家麦克斯韦就从理论上预言了电磁波的存在。

而后，德国物理学家赫兹通过实验成功地证实了电磁波的存在，并测量了电磁波的波长和频率，为无线电技术的发展奠定了基础。

随着时间的推移，科学家们不断地探索和研究，无线电技术得到了迅猛的发展。

从最初的简单无线电通信，到如今的复杂的无线通信网络，无线电波的应用领域不断扩大，技术也越来越先进。

二、无线电波的发射要实现无线电通信，首先要将需要传输的信息加载到无线电波上进行发射。

那么，无线电波是如何发射出去的呢？无线电波的发射需要一个发射机，它主要由振荡器、放大器和天线组成。

振荡器产生高频振荡电流，这就是我们所说的载波。

而要传输的信息，比如声音、图像或数据，通过调制器加载到载波上，使载波的某些特性（如振幅、频率或相位）随着信息的变化而变化。

其中，常见的调制方式有调幅（AM）和调频（FM）。

调幅是使载波的振幅随着信息信号的变化而变化，而调频则是使载波的频率随着信息信号的变化而变化。

天线是将调制后的无线电波发射出去的重要部件。

天线的形状和尺寸会影响无线电波的发射方向和强度。

为了增强发射效果，有时会使用定向天线，将无线电波集中向特定的方向发射。

三、无线电波的传播无线电波发射出去后，就会在空间中传播。

那么，它们是如何传播的呢？无线电波的传播方式主要有地波传播、天波传播和空间波传播。

地波传播是指无线电波沿着地球表面传播。

这种传播方式适合中波和长波，因为它们的波长较长，能够绕过障碍物，并且在地面上的衰减较小。

例如，一些中波广播电台就是通过地波传播来覆盖较大的区域。

天波传播是指无线电波通过电离层的反射和折射进行传播。