一、無線電波的基本性質(zhì)

我們知道，無線電波是由隨時(shí)間變化的電場和磁場組成的，電場與磁場相互依存、相互轉(zhuǎn)化，形成統(tǒng)一的時(shí)變電磁場體系。時(shí)變電磁場是以波動的形式在空間存在和運(yùn)動的，因此稱為電磁波或無線電波（注意，嚴(yán)格來講，電磁波和無線電波是兩個(gè)不同的概念，具體定義詳見下表1-0，無線電波是一種傳播形式的電磁波，而且僅是電磁波的一小部分，即3000GHz以下的部分）。電磁波作為一種物質(zhì)形式具有能量，當(dāng)電磁波以波動的形式在空間運(yùn)動和傳播時(shí)，電磁能量以能流的形式在空間中運(yùn)動和轉(zhuǎn)移，從而將信息能量從一點(diǎn)傳到另一點(diǎn)。無線電波的電場、磁場及電磁能流之間具有如下一些基本關(guān)系和基本性質(zhì)。

表 1-0：電磁波和無線電波的定義

1、電場、磁場和能流傳輸方向：電場、磁場和能流傳輸方向（即電波傳輸方向）相互垂直，它們之間是一個(gè)右手螺旋的關(guān)系。即如果將右手除大拇指外的四個(gè)指頭并攏從電場E的方向轉(zhuǎn)到磁場H的方向，則大拇指所指的方向就是電磁波傳播的方向，也就是能流密度S的傳輸方向。

2、特性阻抗：電場強(qiáng)度E的大小與磁場強(qiáng)度H的大小的比值是一個(gè)固定值，該值稱為媒質(zhì)的特性阻抗（或波阻抗），記為Z_C，如表1-2中的式一。對于真空媒質(zhì)，其特性阻抗Z _C = Z ₀，其計(jì)算式如表1-2中的式二。

表 1-2：本文所有計(jì)算公式及式中參數(shù)的含義

3、電磁能流密度：空間任一點(diǎn)的能流密度S定義為：某一時(shí)刻t穿過該點(diǎn)單位面積的功率。對于隨時(shí)間做簡諧變化（e ^jωt）的電磁波，經(jīng)常使用平均能流密度的概念，它是對能流密度在一個(gè)周期內(nèi)求平均值。因此空間任一點(diǎn)平均能流密度S av的定義為：在單位時(shí)間里通過單位面積的平均功率（W/m²），S av大小為如表1-2中的式三。

4、無線電波的極化形式：無線電波具有一定的極化形式，波的極化是指電場強(qiáng)度矢量在空間的取向。無線電波有直線極化、圓極化、橢圓極化3種不同的極化形式，其含義詳見下表1-4。直線極化波和圓極化波都可看做橢圓極化波的特例。

表 1-4：無線電波的三種極化形式

5、無線電波的輻射：無線電波是由天線向空間輻射所產(chǎn)生的。輻射后的無線電波在空間傳播，在遠(yuǎn)離天線一段距離后的空間是遠(yuǎn)場區(qū)，在該區(qū)的場又稱輻射場。對輻射場，電場強(qiáng)度E和磁場強(qiáng)度H的振幅隨離開天線的距離r的增加而按1 /r的因子減小，輻射場的等相面（或稱波陣面，波前）是以r為半徑的球面。

二、無線電波的傳播方式

陸地?zé)o線電波在實(shí)際傳播中，在不同的地形地貌和移動速度等的環(huán)境下傳播，常表現(xiàn)為直射波、反射波、繞射波、折射波、散射波等多種傳播方式。傳播方式中這些術(shù)語的定義與注釋匯總于下表2中。直射波是我們希望的傳播方式，尤其是視距傳播系統(tǒng)中，相對于直射波，其它傳播方式的電波，可能會對直射波形成干擾（或稱干涉）。

表 2：無線電波傳播方式的術(shù)語

三、無線電波的傳播形式

根據(jù)媒質(zhì)及不同媒質(zhì)分界面對電波傳播產(chǎn)生的主要影響，可將無線電波的傳播形式分為以下幾種：

1、地面波傳播：無線電波沿著地球表面的傳播，稱為地面波傳播。其特點(diǎn)是信號比較穩(wěn)定，但電波頻率越高，地面波隨距離的增加衰減越快。因此這種傳播方式主要適用于長波和中波波段。

2、天波傳播：天波傳播是指電波由高空電離層反射回來而到達(dá)地面接收點(diǎn)的這種傳播方式。短波是利用天波進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。

3、散射傳播：散射傳播是利用對流層或電離層中介質(zhì)的不均勻性或流星通過大氣時(shí)的電離余跡對電磁波的散射作用來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳播的。這種傳播方式主要用于超短波和微波遠(yuǎn)距離通信。

4、視距傳播：視距(LOS：Line of Sight)傳播是指在發(fā)射天線和接收天線間能相互“看見”的距離內(nèi)，電波直接從發(fā)射端傳送到接收端（有時(shí)包括有地面反射波）的一種傳播方式，又稱為直接波或空間波傳播。微波波段的無線電波就是以視距傳播方式來進(jìn)行傳送的，因?yàn)槲⒉úǘ晤l率很高，波長很短，沿地面?zhèn)鞑r(shí)衰減很大，投射到高空電離層時(shí)會穿過電離層而不能被反射回地面。視距傳播大體上可分為3類情況。第一類是指地面上（如移動通信和微波接力傳輸?shù)龋┑囊暰鄠鞑ィ坏诙愂侵傅孛嫔吓c空中目標(biāo)之間（如與飛機(jī)、通信衛(wèi)星等）的視距傳播；第三類是指空間通信系統(tǒng)之間（如飛機(jī)之間、宇宙飛行器之間等）的視距傳播。

非視距（NLOS：non Line of Sight）傳播是相對于LOS而言，短波通信就是一種NLOS傳播。

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三、自由空間的傳播與傳播損耗

1、自由空間傳播

無線電波在均勻的、所有方向都可認(rèn)為是無限大的理想電介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為自由空間傳播。自由空間，嚴(yán)格來說是指真空，是一種理想情況，無線電波在這種自由空間的傳播過程中不產(chǎn)生波的吸收、散射和反射等現(xiàn)象。實(shí)際上是不可能達(dá)到這種情況的，通常的自由空間是指充滿均勻、無耗媒質(zhì)的無限大空間，即該空間具有電導(dǎo)率為零、相對介電常數(shù)和相對磁導(dǎo)率均恒為1的特點(diǎn)，但它會受到傳播環(huán)境、傳播形式、傳播方式等的影響。此時(shí)，我們?nèi)粘Ｒ踩匀环Q作自由空間傳播。

2、自由空間的基本傳播損耗

電波由發(fā)射天線輻射后，能量是向周圍空間擴(kuò)散的，達(dá)到接收天線的能量僅是其中的一小部分，距離越遠(yuǎn)，接收天線收到的能量越少，這就是電波在自由空間傳播過程中的衰減，也稱為自由空間的基本傳播損耗，如圖4-2所示。

圖 4-2：計(jì)算電波傳播損耗示意圖

在圖4-2中，如果把發(fā)射天線放置在A點(diǎn)，發(fā)射功率為P _t，把接收天線及設(shè)備放在B點(diǎn)，所接收到的功率為P _r，AB間的距離為d，則可以以A點(diǎn)為球心，以d為半徑作一球面，其球面積為4πd²。B點(diǎn)在球面上，因此，在球面上任一點(diǎn)的單位面積所接收到的功率為P_r /4πd²。如果發(fā)射天線和接收天線均無方向性，則無方向性接收天線所能接收的有效面積為λ²/4π，λ為所傳電波的波長。所以，在B點(diǎn)的無方向性接收天線所收到的功率為如表1-2中的式四。

于是可定義自由空間的衰減系數(shù)L_S為表1-2中的式五或式六；當(dāng)收發(fā)天線間的距離d的單位是km，發(fā)射頻率f的單位為GHz，c是波在自由空間的傳播速度時(shí)，自由空間的衰減系數(shù)L _S則為表1-2中的式七。

例如在微波通信中，天線的方向性是很強(qiáng)的，站間的距離很大（與波長相比），由輻射源發(fā)出的電波雖然是球面波，但達(dá)到接收天線時(shí)已經(jīng)完全可以認(rèn)為是平面波了，所以在討論微波通信的電波傳輸時(shí)，均是按平面波的情況來分析。

3、傳播損耗的種類

陸地無線電波在自由空間的傳播，并非是理想傳播，其總的傳播損耗，主要產(chǎn)生于下述的損耗種類：一種是擴(kuò)散損耗（如圖4-2所示）；一種是吸收損耗；一種是干涉損耗；一種是雨衰損耗（當(dāng)工作頻率（射頻）大于1GHz以上時(shí)）。當(dāng)然根據(jù)傳播形式、傳播自然環(huán)境等還可能產(chǎn)生其它損耗（如地波傳播的繞射損耗等），其這四種損耗是主要的，這四種類型損耗的釋義詳見下表4-3。

表 4-3：常見自由空間無線電波傳播損耗的釋義

欲具體了解無線電傳播中雨衰損耗預(yù)測與計(jì)算的請進(jìn)入。

五、無線電波傳播特性的預(yù)測與計(jì)算

由于上述所述的無線電波的傳播特性，在各種無線電通信系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)不同的無線電業(yè)務(wù)和不同的工作頻段，應(yīng)對其無線電波的傳播特性進(jìn)行預(yù)測和計(jì)算，以保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的正常。為此，我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14617.x《陸地移動業(yè)務(wù)和固定業(yè)務(wù)傳播特性》系列做出了相應(yīng)的規(guī)定。目前包括3個(gè)部分：陸地移動業(yè)務(wù)的傳播特性；固定業(yè)務(wù)的傳播特性；視距微波接力通信系統(tǒng)傳播特性。

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