空间传播衰耗公式及其他一些经验值详解
WLAN室内传播模型
无线局域网室内覆盖的主要特点是：覆盖范围较小，环境变动较大。一般情况下我们选取以下两种适用于WLAN的模型进行分析。由于室内无线环境千差万别，在规划中需根据实际情况选择参考模型与模型系数。
(1) Devasirvatham模型
Devasirvatham模型又称线性路径衰减模型，公式如下：
Pl(d,f)[dB]为室内路径损耗＝
其中，为自由空间损耗＝
d：传播路径；f：电波频率；a：模型系数
(2) 衰减因子模型
就电波空间传播损耗来说，2.4GHz频段的电磁波有近似的路径传播损耗。公式为：
PathLoss(dB) = 46 +10* n*Log D（m）
其中，D为传播路径，n为衰减因子。针对不同的无线环境，衰减因子n的取值有所不同。在自由空间中，路径衰减与距离的平方成正比，即衰减因子为2。在建筑物内，距离对路径损耗的影响将明显大于自由空间。一般来说，对于全开放环境下n的取值为2.0～2.5；对于半开放环境下n的取值为2.5～3.0；对于较封闭环境下n的取值为3.0～3.5。典型路径传播损耗理论计算值如表1。
现阶段可提供的2.4GHz电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下：
●隔墙的阻挡（砖墙厚度100mm ~300mm）：20-40dB；
●楼层的阻挡：30dB以上；
●木制家具、门和其他木板隔墙阻挡2-15dB；
●厚玻璃（12mm）：10dB（2450MHz）
开阔空间内，设计覆盖距离尽量不要超过30m。
●如果天线目标区域之间有20mm左右薄墙阻隔时，设计覆盖距离尽量不要超过20m。
●如果天线与目标区域之间有较多高于1.5m的家具等阻隔时，设计覆盖距离尽量不要超过20m。
●如果天线安装在长走廊的一端，设计覆盖距离尽量不要超过20m。
●如果天线与目标区域之间有一个拐角时，设计覆盖距离尽量不要超过15m。
●如果天线与目标区域之间有多个拐角时，设计覆盖距离尽量不要超过10m。
●不要进行隔楼层进行覆盖。
5.1 链路预算
上行和下行链路都有自己的发射功率损耗和路径衰落。在蜂窝通信中，为了确定有效覆盖范围，必须确定最大路径衰落、或其他限制因数。在上行链路，从移动台到基站的限制因数是基站的接受灵敏度。对下行链路来说，从基站到移动台的主要限制因数是基站的发射功率。通过优化上下行之间的平衡关系，能够使小区覆盖半径内，有较好的通信质量。
一般是通过利用基站资源，改善网络中每个小区的链路平衡（上行或下行），从而使系统工作在最佳状态。最终也可以促使切换和呼叫建立期间，移动通话性能更好。图5-01是一基站链路损耗计算，可作为参考。
图5-01
上下行链路平衡的计算。对于实现双向通信的GSM系统来说，上下行链路平衡是十分重要的，是保证在两个方向上具有同等的话务量和通信质量的主要因素，也关系到小区的实际覆盖范围。
下行链路（DownLink）是指基站发，移动台接收的链路。
上行链路（UpLink）是指移动台发，基站接收的链路。
上下行链路平衡的算法如下：
下行链路（用dB值表示）：
PinMS = PoutBTS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdMS - LslantBTS -
LPdown
式中：
PinMS 为移动台接收到的功率；
PoutBTS为BTS的输出功率；
LduplBTS为合路器、双工器等的损耗；
LpBTS为BTS的天线的馈缆、跳线、接头等损耗；
GaBTS为基站发射天线的增益；
Cori为基站天线的方向系数；
GaMS为移动台接收天线的增益；
GdMS为移动台接收天线的分集增益；
LslantBTS为双极化天线的极化损耗；
LPdown为下行路径损耗；
上行链路（用dB值表示）：
PinBTS = PoutMS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdBTS -LPup +[Gta]
式中：
PinBTS为基站接收到的功率；
PoutMS为移动台的输出功率；
LduplBTS为合路器、双工器等的损耗；
LpBTS为BTS的天线的馈缆、跳线、接头等损耗；
GaBTS为基站接收天线的增益；
Cori 为基站天线的方向系数；
GaMS为移动台发射天线的增益；
GdBTS为基站接收天线的分集增益；
Gta为使用塔放的情况下，由此带来的增益；
LPup为上行路径损耗。
根据互易定理，即对于任一移动台位置，上行路损等于下行路损，即：
LPdown = LPup
设系统余量为DL ，移动台的恶化量储备为DNMS ，基站的恶化量储备为DNBTS，移动台的接收机灵敏度为MSsense，基站的接收机灵敏度为BTSsense，Lother为其它损耗，如建筑物贯穿损耗、车内损耗、人体损耗等。于是，对于覆盖区内任一点，应满足：
PinMS - DL - DNMS - Lother >= MSsense
PinBTS - DL - DNMS - Lother >= BTSsense
上下行链路平衡的目的是调整基站的发射功率，使得覆盖区边界上的点（离基站最远的点）满足：
PinMS - DL - DNMS - Lother = MSsense
于是，得到了基站的最大发射功率的计算公式：
PoutBTS <= MSsense - BTSsense + PoutMS + GdBTS - GdMS + LslantBTS - Gta +
DNMS - DNBTS
5.2 各类损耗的确定
◆建筑物的贯穿损耗
建筑物的贯穿损耗是指电波通过建筑物的外层结构时所受到的衰减，它等于建筑物外与建筑物内的场强中值之差。
建筑物的贯穿损耗与建筑物的结构、门窗的种类和大小、楼层有很大关系。贯穿损耗随楼层高度的变化，一般为-2dB/层，因此，一般都考虑一层（底层）的贯穿损耗。
下面是一组针对900MHz频段，综合国外测试结果的数据：
--- 中等城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物，贯穿损耗中值为10dB，标准偏差7.3dB；郊区同类建筑物，贯穿损耗中值为5.8dB，标准偏差8.7dB。
--- 大城市市区一般钢筋混凝土框架建筑物，贯穿损耗中值为18dB，标准偏差7.7dB；郊区同类建筑物，贯穿损耗中值为13.1dB，标准偏差9.5dB。
--- 大城市市区一金属壳体结构或特殊金属框架结构的建筑物，贯穿损耗中值为27dB。
由于我国的城市环境与国外有很大的不同，一般比国外同类名称要高8---10dB。
对于1800MHz，虽然其波长比900MHz短，贯穿能力更大，但绕射损耗更大。因此，实际上，1800MHz 的建筑物的贯穿损耗比900MHz的要大。GSM规范3.30中提到，城市环境中的建筑物的贯穿损耗一般为15dB，农村为10dB。一般取比同类地区900MHz的贯穿损耗大5---10dB。
◆人体损耗
对于手持机，当位于使用者的腰部和肩部时，接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低4---7dB和1---2dB。
一般人体损耗设为3dB。
◆车内损耗
金属结构的汽车带来的车内损耗不能忽视。尤其在经济发达的城市，人的一部分时间是在汽车中度过的。
一般车内损耗为8---10dB。
◆馈线损耗
在GSM900中经常使用的是7/8″的馈线，在1000MHz的情况下，每100米的损耗是4.3dB；在2000MHz的情况下，每100米的损耗则为6.46dB，多了2.16个dB。
5.3 无线传播特性
移动通信的传播如图5-02中的曲
线所示，总体平均值随距离减弱，但信号电平经历快慢衰落的影响。慢衰落是由接受点周围地形地物对信号反射，使得信号电平在几十米范围内有大幅度的变化，若移动台在没有任何障碍物的环境下移动，则信号电平只与发射机的距离有关。所以通常某点信号电平是指几十米范围内的平均信号电平。这个信号的变化呈正态分布。标准偏差对不同地形地物是不一样的，通常在6－8dB 左右。快衰落是叠加在慢衰落信号上的。这个衰落的速度很快，每秒可达几十次。除与地形地物有关，还与移动台的速度和信号的波长有关，并且幅度很大，可几十个dB ，信号的变化呈瑞利分布。快衰落往往会降低话音质量，所以要留快衰落的储备。
图5-02
无线电波在自由空间的传播是电波传播研究中最基本、最简单的一种。自由空间是满足下述条件的一种理想空间：1. 均匀无损耗的无限大空间，2. 各项同性，3. 电导率为零。应用电磁场理论可以推出，在自由空间传播条件下，传输损耗Ls 的表达式为：
Ls ＝32.45+20lgf+20lgd
自由空间基本传输损耗Ls 仅与频率f 和距离d 有关。当f 和d 扩大一倍时，Ls 均增加6dB ，由此我们可知GSM1800基站传播损耗在自由空间就比GSM900基站大6个dB ，如图5-03所示。
图5-03
陆地移动信道的主要特征是多径传播，实际多径传播环境是十分复杂的，在研究传播问题时往往将其简化，并且是从最简单的情况入手。仅考虑从基站至移动台的直射波以及地面反射波的两径模型是最简单的传播模型。两径模型如图5-04所示，应用电磁场理论可以推出，传输损耗Lp的表达式为：Lp=20lg(d2/(h1*h2))
图5-04
5.4 常用的两种电波传播模型
◆Okumura电波传播衰减计算模式
GSM900MHz主要采用CCIR推荐的Okumura电波传播衰减计算模式。该模式是以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考，对其他传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。不同地形上的基本传输损耗按下列公式分别预测。
L(市区）＝69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a)
L(郊区)=64.15+26.16lgf-2[lg(f/28)]2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(乡村公路)=46.38+35.33lgf-[lg(f/28)]2-2.39(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(开阔区)=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
L(林区)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)
其中：
f----工作频率，MHz
h1---基站天线高度，m
h2---移动台天线高度，m
d----到基站的距离，km
a(h2)---移动台天线高度增益因子，dB
a(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中，小城市)
=3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市)
s(a)---市区建筑物密度修正因子，dB;
s(a)=30-25lga (5% =20+0.19lga-15.6(lga)2 (1% =20 (a≤1%) ◆Cost-231-Walfish-Ikegami电波传播衰减计算模式 GSM 1800 MHz主要采用欧洲电信科学技术研究联合推荐的"Cost- 2-Walfish-Ikegami"电波传播衰减计算模式。该模式的特点是：从对众多城市的电波实测中得出的一种小区域覆盖范围内的电波损耗模式。 分视距和非视距两种情况： (1) 视距情况 基本传输损耗采用下式计算 L＝42.6+26lgd+20lgf (2) 非视距情况 基本传输损耗由三项组成: L＝Lo+Lmsd+Lrts Lo=32.4+20lgd+20lgf a)Lo代表自由空间损耗 b)Lmsd是多重屏蔽的绕射损耗 c)Lrts是屋顶至街道的绕射及散射损耗。 不管是用哪一种模式来预测无线覆盖范围，只是基于理论和测试结果统计的近似计算由于实际地理环境千差万别，很难用一种数学模型来精确地描述，特别是城区街道中各种密集的、下规则的建筑物反射、绕射及阻挡，给数学模型预测带来很大困难。因此。有一定精度的预测虽可起到指导网络基站选点及布点的初步设什，但是通过数学模型预测与实际信号场强值总是存在差别。由于移动环境的复杂性和多变性，要对接受信号中值进行准确计算是相当困难的。无线通信工程上的做法是，在大量场强测试的基础上，经过对数据的分析与统计处理，找出各种地形地物下的传播损耗（或接受信号场强）与距离、频率以及天线高度的关系，给出传播特性的各种图表和计算公式，建立传播预测模型，从而能用较简单的方法预测接受信号的中值。 5.5 参考覆盖标准 大城市繁华市区室内覆盖电平：-70dBm 一般市区室内覆盖电平：-80 dBm 市区室外覆盖电平：-90 dBm 乡村：-94 dBm 附件一：双极化90°定向天线 附件二：全向天线 北京万蓝拓通信技术有限公司宣 关于无线信号传输距离和衰减问题什么是无线CPE?CPE 的英文全称为：Customer Premise Equipment！无线CPE 就是一种接收wifi 信号的无线终端接入设备，可取代无线网卡、无线AP 和无线网桥！可以接收无线路由器，无线AP 和无线打印服务器的无线信号！是一款新型的无线终端接入设备！大量应用于医院，单位，工厂，小区等无线网络接入，节省铺设有线网络的费用！搭配14DBI的原装平板定向天线！按照理想的状况来说户外直线传输距离达到2000 米是没问题的！理想的情况所指的是无干扰无障碍的情况下，而在我们生活的城市这种情况基本上是不可能存在的，在一般的生活小区，医院和单位的较为稳定接收距离是50米左右！如果接收的距离内有墙体阻隔，按照每堵墙衰减3DBI 来算(具体衰减值跟墙的参数有很大区别) 此款无线USB CPE 还搭配USB延长线，如果要接受户外的无线信号，CPE 天线最好是外置于户外，这样搭配的3 米USB 延长线是不可缺少的了！"穿墙能力"与设备使用的频段有直接的关系。 微波的最大特点就是近乎直线传播，绕射能力非常弱，因此身处在障碍物后面的无线接收设备会被障碍物给阻挡。所以对于直线传播的无线微波信号来说，只能是"穿透"障碍物以到达障碍物后面的无线设备了。"穿透"了障碍物的无线 信号将逐渐变成较弱的信号，至于这个信号还有多强，这就是穿透能力或直接说是"穿墙能力"了。对于用户来说，都希望无线信号能至少穿透屋内的墙壁和地板。墙壁的材质有多种，有木质墙、玻璃墙、砖墙、混凝土墙等；地板一般是钢筋混凝土。每穿透一道隔离墙，无线的接受信号或多或少都有衰减，上面的建筑结构依次从低到高的衰减。一旦选用了发射功率过低、接收灵敏度不够、天线增益不够的无线设备，无线信号会衰减得很利害，传输速率急速下降，甚至会容易出现无线的盲点。无线设备的发射功率、接收灵敏度(这是双向的)、天线增益、有效传输距离都直接与隔断穿透能力和连接是否稳定以及最终实际传输速率有关，是能否实现稳定速度无缝连接十分关键的指标。 无线设备的穿透隔墙的能力，通常情况下取决于以下技术指标：(1)IEEE 802.11 规定的无线局域网设备的最大发射功率是20dBm(100 毫瓦)，一般较好的产品要达到17dBm。(2)接收灵敏度目前最优的是-105dB。经过一层木板，接收信号将衰减4dB；经过一堵砖墙，接收信号将衰减8~15 dB；经过钢筋混凝土墙，则至少衰减15~30 dB。发射灵敏度高达105dB 的无线设备具有强大的墙壁穿透性；能够连续穿透三面厚度达1.2 米总间隔30 米的钢筋混凝土墙壁而不需要任何中继设备。(3)天线增益最好是27 dBi。一般的无线局域网设备的天线增益为2dBi，按照经验， 电磁波传输损耗及远场区的场强预测 广播电视无线电波的频段较高，电磁波信号传输时以直射波为主，但是也存在反射、绕射和散射等。电磁波在空间传播时，向外传输的电磁波以球面波的形式向外发射，距离越大，球面半径就越大，单点的电磁信号就越小，空间损耗也就越大。另外，电磁波在空间传播的过程中会受到空气中的尘埃、水滴、水汽等物质的影响，造成反射和散射；电磁波在接近地表传输时，会由于地表不是绝对光滑，而是存在高低起伏、树木遮挡、建筑物遮挡、大型水面或湖面的影响，而产生反射、绕射等情况，这样，电磁波信号到达接收天线时就会由各种传播方式传播到的所有信号叠加而成。因为各个地区的地形存在很大差异，同一地区各个方向上的建筑物、树木、河流湖泊等情况也不尽相同，因此这种不是由于空间球面扩散而产生的损耗就是很难预测的；同时，由于各个区域的电磁覆盖情况都不一样，随之带来的电磁干扰情况也不一样，这就更为场强覆盖预测带来难度。 一、球面传播的电磁波的空间损耗 Pr ：接收信号功率 Pt ：发射信号功率 Gt ：发射天线增益 Gr ：接收天线增益 d ：接收和发射天线之间的距离 λ：射频信号波长 有球面面积可计算得 自由空间传播路径损耗（发射天线和接收天线都为点源天线）可写为： 可以看出，传输距离越大，空间损耗越大，频率越高，传输损耗越大。 二、 实际电磁波的传播损耗 电磁波在空间传播时，都会受到空气中的粒子、地面建筑物、地面植被等其他物体的影响，而产生反射、折射、绕射、散射等。电磁波通常不会按照球面波的传输损耗到达接收天线。这样，实际电磁波的传播损耗，在自由空间传播路径损耗的基础上还要加上一些修正值。传播损耗按照性质分类可分为：经验模型、半经验模型、确定性模型。 MHZ mi MHZ Km r t fs f d f d d d P P dB L 1010222log 20log 2058.36log 20log 2045.324log 20)4(log 10log 10)(1010++=++=??????=??????-==λππλ()/24t r r t G G P P d πλ= 电磁波的危害和防护 随着经济的发展和物质文化生活水平的不断提高，各种家用电器——电视机、空调器、电脑、手机等已经成为现代都市家庭不可或缺的东西。然而，各种家用电器和电子设备在使用过程中会产生多种不同波长和频率的电磁波。在特定条件下，这些电磁波可能成为“电磁污染”，危害到人们的健康。 1 电磁污染危害人体的机理 电磁污染危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等。 热效应：人体７０％以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，导致体温升高，从而影响到体内器官的正常工作。 非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，一旦受到外界电磁场的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场将遭到破坏，人体也会遭受损伤。 累积效应：热效应和非热效应对人体的伤害具有累积效应，其伤害程度会随时间和影响程度发生累积，久而久之会成为永久性病态。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使电磁波功率很小、频率很低，也可能被诱发意想不到的病变。 2 电磁污染的危害 1998年世界卫生组织调查显示，电磁辐射对人体有五大影响：（1）电磁辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因之一； （2）电磁辐射会对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害； （3）电磁辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素之一； （4）过量的电磁辐射直接影响儿童身体组织、骨骼发育，导致视力、肝脏造血功能下降，严重者可导致视网膜脱落； （5）电磁辐射可使男性性功能下降、女性内分泌紊乱。 3 电磁波的防护 3.1电磁环境标准及相关规定 为控制现代生活中电磁波对环境的污染，保护人们身体健康，1989年12月22日我国卫生部颁布了《环境电磁波卫生标准》( GB9175－88)，规定居住区环境电磁波强度限制值：长、中、短波应小于lOV/m，超短波应小于5V/m，微波应小于10μW/cm2。我国有关部门还制订了《电视塔辐射卫生防护距离标准》，国家环保局也颁布了《电磁辐射环境保护管理办法》。 关于无线信号传输距离和衰减问题 什么是无线CPE?CPE的英文全称为：Customer Premise Equipment！ 无线CPE就是一种接收wifi信号的无线终端接入设备，可取代无线网卡、无线AP和无线网桥！可以接收无线路由器，无线AP和无线打印服务器的无线信号！是一款新型的无线终端接入设备！大量应用于医院，单位，工厂，小区等无线网络接入，节省铺设有线网络的费用！ 搭配14DBI的原装平板定向天线！按照理想的状况来说户外直线传输距离达到2000米是没问题的！理想的情况所指的是无干扰无障碍的情况下，而在我们生活的城市这种情况基本上是不可能存在的，在一般的生活小区，医院和单位的较为稳定接收距离是500米左右！如果接收的距离内有墙体阻隔，按照每堵墙衰减3DBI来算(具体衰减值跟墙的参数有很大区别) 此款无线USB CPE还搭配3米的USB延长线，如果要接受户外的无线信号，CPE天线最好是外置于户外，这样搭配的3米USB延长线是不可缺少的了！ "穿墙能力"与设备使用的频段有直接的关系。微波的最大特点就是近乎直线传播，绕射能力非常弱，因此身处在障碍物后面的无线接收设备会被障碍物给阻挡。所以对于直线传播的无线微波信号来说，只能是"穿透"障碍物以到达障碍物后面的无线设备了。"穿透"了障碍物的无线信号将逐渐变成较弱的信号，至于这个信号还有多强，这就是穿透能力或直接说是"穿墙能力"了。对于用户来说，都希望无线信号能至少穿透屋内的墙壁和地板。墙壁的材质有多种，有木质墙、玻璃墙、砖墙、混凝土墙等；地板一般是钢筋混凝土。每穿透一道隔离墙，无线的接受信号或多或少都有衰减，上面的建筑结构依次从低到高的衰减。一旦选用了发射功率过低、接收灵敏度不够、天线增益不够的无线设备，无线信号会衰减得很利害，传输速率急速下降，甚至会容易出现无线的盲点。 无线设备的发射功率、接收灵敏度(这是双向的)、天线增益、有效传输距离都直接与隔断穿透能力和连接是否稳定以及最终实际传输速率有关，是能否实现稳定速度无缝连接十分关键的指标。无线设备的穿透隔墙的能力，通常情况下取决于以下技术指标：(1)IEEE 802.11规定的无线局域网设备的最大发射功率是20dBm(100毫瓦)，一般较好的产品要达到17dBm。(2)接收灵敏度目前最优的是-105dB。经过一层木板，接收信号将衰减4dB；经过一堵砖墙，接收信号将衰减8~15 dB；经过钢筋混凝土墙，则至少衰减15~30 dB。发射灵 点声源随传播距离增加引起的衰减 在自由声场（自由空间）条件下，点声源的声波遵循着球面发散规律，按声功率级作为点声源评价量，其衰减量公式为： （8-1） 式中： △L——距离增加产生衰减值，dB ； r ——点声源至受声点的距离，m 。 在距离点声源，r 1处至r 2处的衰减值： △L＝20 lg （r 1/r 2）（8-2） 当r 2＝2 r 1时，△L＝-6dB ，即点声源声传播距离增加1倍，衰减值是6 dB 。 点声源的几何发散衰减实际应用有两类： a ．无指向性点声源几何发散衰减的基本公式是： L （r ）＝L （r 0）-20 lg （r/r 0） （8-3） 式中：L （r ），L （r 0）——分别是r ，r 0处的声级。 如果已知r 0处的A 声级，则式（8-4）和式（8-3）等效： L A （r ）＝L A （r 0）-20 lg （r/r 0） （8-4） 式（8-3）和式（8-4）中第二项代表了点声源的几何发散衰减： A div ＝20 lg （r/r 0） （8-5） 如果已知点声源的A 声功率级L WA ，且声源处于自由空间，则式（8-4）等效为式 （8-6）： L A （r ）＝L WA -20 lgr-11 （8-6） 如果声源处于半自由空间，则式（8-4）等效为式（8-7）： L A （r）＝L WA -20 lgr-8 （8-7） b．具有指向性声源几何发散衰减的计算见式（8-8）或式（8-9）： L（r）＝L（r 0）-20 lg（r/r ）（8-8） L A （r）＝L A （r ）-20 lg（r/r ）（8-9） 式（8-8）、式（8-9）中，L（r）与L（r 0），LA（r）与L A （r ）必须是在同一 方向上的声级。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！ 实验11.5 电磁波传播特性 Part 1 电磁波参量的测量 一、实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射。 2. 利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，确定电磁波的相位常数K 和波速v 。 二、实验仪器 （1）三厘米固态信号发生器1台； （2）电磁波综合测试仪1套； （3）反射板（金属板）2块； （4）半透射板（玻璃板）1块。 三、实验原理和方法 1. 自由空间电磁波参量的测量 当两束等幅，同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内沿相同或相反方向传播时，由于相位不同发生干涉现象，在传播路程上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间中电磁波波长λ值，再由 2K v f K πλλω=?? ==? 得到电磁波的主要参数K 和v 等。 电磁波参量测试原理如图1所示，P T 和P R 分别表示发射和接收喇叭天线，A 和B 分别表示固定和可移动的金属反射板，C 表示半透射板（有机玻璃板）。由P T 发射平面电磁波，在平面波前进的方向上放置成45°角的半透射板，由于该板的作用，将入射波分成两束波，一束向A 板方向传播，另一束向B 板方向传播。由于A 和B 为金属全反射板，两列波就再次返回到半透射板并达到接收喇叭天线P R 处。于是P R 收到两束同频率，振动方向一致的两个波。如果这两个波的相位差为π的偶数倍，则干涉加强；如果相位差为π的奇数倍，则干涉减弱。 移动反射板B ，当P R 的表头指示从一次极小变到又一次极小时，则反射板B 就移动了λ/2的距离，由这个距离就可以求得平面波的波长。 设入射波为垂直极化波 0j i E E e φ-= 当入射波以入射角θ1向介质板C 斜入射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波t E 。设C 板的反射系数为R ，T 0为由空气进入介质板的折射系数，T c 为由介质板进入空气的折射系数。固定板A 和可移动板B 都是金属板，反射系数均为-1。在一次近似的条件下，接收喇叭天线P R 处的相干波分别为 12100200j r c j r c E RT T E e E RT T E e φφ--=-=- 这里 ()()()1131 223132 K l l KL K l l K l l L KL φφ=+==+=++?= 其中，ΔL =|L 2-L 1|为B 板移动距离，而1r E 与2r E 传播的路程差为2ΔL 。 由于1r E 与2r E 的相位差为21=2K L φφφ?-=?，因此，当2ΔL 满足 ()20,1,2, L n n λ?== 1r E 与2r E 同相相加，接收指示为最大。 当2ΔL 时满足 图1 电磁波参量测试原理图 [吸收系数]absorption coefficient 又称“衰减系数”当电磁波进入岩石中时，由于涡流的热能损耗，将使电磁波的强度随进入距离的增加而衰减，这种现象又称为岩石对电磁波的吸收作用。吸收或衰减系数β的大小和电磁波角频率ω、岩石导电率σ、岩石导磁率μ、岩石 介电系数ε有关， 1 ) 1( 22 2 2 - + = δ ω σ με ω β 。在导体中则简化为：2 ωμσ β= 。 第十六章机械波和电磁波 振动状态的传播就是波动,简称波. 激发波动的振动系统称为波源 16-1机械波的产生和传播 1. 机械波产生的条件 (1)要有作机械振动的物体,亦即波源. (2)要有能够传播这种振动的介质 波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力，将振动传播开去，从而形成 机械波。 波动（或行波)是振动状态的传播，是能量的传播，而不是质点的传播。 ◆质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波. ◆质点的振动方向和波的传播方向相互平行,这种波称为纵波. 2.波阵面和波射线 ●在波动过程中,振动相位相同的点 连成的面称为波阵面（wave surface）●波面中最前面的那个波面称为波前（wave front）波面 波 线 ●波的传播方向称为波线（wave line）或波射线平面波球面波 3. 波的传播速度 由媒质的性质决定与波源情况无关 ●液体和气体中纵波传播速度 B－介质体变弹性模量 ρ－介质密度 ● 在 固 体 G－介质切变模量 中 Y－介质杨氏模量 4.波长和频率 ●一个完整波的长度,称为波长. ●波传过一个波长的时间,叫作波的周期 ●周期的倒数称为频率. 振动曲线波形曲线图形 研究 对象某质点位移随时间变化规律 某时刻，波线上各质点位移随位置变 化规律 物理意义由振动曲线可知 周期T. 振幅A 初相φ0 某时刻方向参看下一时刻 由波形曲线可知该时刻各质点 位移,波长λ，振幅A 只有t=0 时刻波形才能提供初相 某质点方向参看前一质点 特征对确定质点曲线形状一定曲线形状随t 向前平移 16-2 平面简谐波波动方程 ●前进中的波动,称为行波. ●描述介质中各质点的位移随时间变化的数学函数式称为行波的波动表式(或波 动方程) ArcGIS10空间分析 1.定级因素分出一级、二级等，分别输出,并命名为J1和J2。（注：不同级别得分别算，最后再加总） 2．打开空间分析工具条，在工具箱Spatial Analyst Tools ——Distance（距离）—— Euclidean Distance（欧式距离）菜单下。 3.在EuclideanDistanc——EnvironmentsSitting，设置运行环境参数。Workspace选一个工作路径，Output Coordinates选输出坐标系，Processing Extent决定了出图的范围，（1）如果要把分析结果限定在研究区内，选择要分析空间的范围（即研究区的面文件）。（2）如果要让没一点都显示全，则选same as display，这样结果就是一个个圆圈。Raster Analysis中Cell Size选择栅格的大小(50、30、20等，这个指的是栅格的像素大小，值越小精度越高)，Mask选择定级单元（要分析的图层：研究区面文件）。设置完毕，单击OK。 注：如果某个栅格受不同的点的作用，求出来的应该是这几 个点与栅格距离的平均值。 4.在Euclidean Distanc——Input raster or feature source data中选择定级因素图层，Output distance raster 中选着输出位置并命名J1，Maximum distance选择定级因素的作用半径（依实际情况确定）。设置完毕，单击OK。同理计算出二级因素的实际距离，即按照同样的方法对不同级别的距离分别计算。用各级别因素的实际距离（J1）除上最大距离，即衰减系数，并命名JL1。 5.Spatial Analyst Tools——Map Algebra（地图代数）——Raster Calculator（栅格计算器）， 在下面栏中输入公式： 分光器 1 概述： 分光器是一种无源器件，它们不需要外部能量，只要有输入光即可。 分光器由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。分光器的关键部件是色散元件，现在商品仪器都是使用光栅。原子吸收光谱仪对分光器的分辨率要求不高，曾以能分辨开镍三线Ni230.003、Ni231.603、Ni231.096nm为标准，后采用Mn279.5和279.8nm代替Ni三线来检定分辨率。光栅放置在原子化器之后，以阻止来自原子化器内的所有不需要的辐射进入检测器。 2 作用： 分光器是组建PON网络的一个组件，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据，并集中上行数据。分光器带有一个上行光接口，若干下行光接口。从上行光接口过来的光信号被分配到所有的下行光接口传输出去，从下行光接口过来的光信号被分配到唯一的上行光接口传输出去。只是光信号从上行光接口转到下行光接口的时候，光信号强度/光功率将下降，从下行光接口转到上行光接口的时候，同样如此。各个下行光接口出来的光信号强度可以相同，也可以不同。 下面是分光器的图片： 3 参数：常用分光器参数 光分路器参数 指标（dB） 1X4 1X8 1X16 1X32 1X64 插入损耗（IL）典型值7.0 10.2 13.2 16.5 19.6 最大值7.3 10.6 13.5 17.0 20.0 偏振相关损耗（PDL）<=0.3 <=0.3 <=0.3 <=0.3 <=0.3 均匀性<=0.6 <=0.6 <=0.6 <=1.2 <=1.7 回波损耗>=55 >=55 >=55 >=55 >=55 方向性>=55 >=55 >=55 >=55 >=55 端口最大偏差范围0.8 1.7 2.0 2.5 工作波长1260~1610nm 工作稳定40℃~85℃ 贮藏温度40℃~85℃ 工作湿度<=85% 以上1分4、8、16、32都为“均分”分光器； 下面是1分2的分光器相关参数 分光器规格插损典型值端口间最大偏差范围1分250％-50％ 3.4dB0.4 dB 1分25％-95％11.8 dB:0.6dB0.4 dB 1分210％-90％10.4:0.90.4 dB 1分220％-80％7.4:1.30.4 dB 1分230％-70％ 5.6:1.90.4 dB 1分240％-60％ 4.4:2.60.4 dB 点声源随传播距离增加引起的衰减 在自由声场（自由空间）条件下，点声源的声波遵循着球面发散规律，按声功率级作为点声源评价量，其衰减量公式为:.。.。..文档交流 （8—1) 式中： △L—-距离增加产生衰减值，dB; r——点声源至受声点的距离，m. 在距离点声源，r1处至r2处的衰减值： △L＝20 lg（r1/r2）(8-2） 当r2＝2 r1时，△L＝—6dB，即点声源声传播距离增加1倍，衰减值是6 dB. 点声源的几何发散衰减实际应用有两类: a．无指向性点声源几何发散衰减的基本公式是： L（r)＝L(r0）-20 lg(r/r0）（8—3） 式中：L（r),L（r0）—-分别是r，r0处的声级。 如果已知r0处的A声级,则式（8-4）和式（8-3）等效： L A（r）＝L A（r0）-20 lg（r/r0) (8—4） 式（8-3）和式(8-4）中第二项代表了点声源的几何发散衰减： A div＝20 lg（r/r0) （8-5） 如果已知点声源的A声功率级L WA,且声源处于自由空间，则式（8—4）等效为式（8—6）: L A（r）＝L WA-20 lgr—11 （8—6) 如果声源处于半自由空间,则式（8—4)等效为式（8—7）： L A(r）＝L WA-20 lgr-8 （8—7） b．具有指向性声源几何发散衰减的计算见式（8-8）或式（8-9）： L（r）＝L（r0)-20 lg（r/r0）(8-8） L A（r）＝L A（r0）—20 lg(r/r0）（8—9） 式(8-8）、式(8-9）中，L(r)与L（r0），LA（r）与L A（r0）必须是在同一方向上的声级.。..。.。文档交流 文档交流感谢聆听 无线电波的传播特性 传播特性（一） 移动通信的一个重要基础是无线电波的传播，无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.为了更好地说明移动通信的问题，我们先介绍一下电波的各种传播方式： 1．表面波传播 表面波传播是指电波沿着地球表面传播情况.这时电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响着电波的传播. 当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时，由于地表面是半导体，因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收.另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射. 从物理课程中我们已经知道，只有当波长与障碍物高度可以比较的时候，才能有绕射功能.由此可知，在实际情况中只有长波，中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方.在短波的部分波段和超短波，微波波段，由于障碍高度比波长大，因而电波在地面上不绕射，而是按直线传播. 2．天波传播 短波能传至地球上较远的地方，这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释.直到1925年，利用在地面上垂直向上发射一个脉冲，并收到其反射回波，才直接证明了高层大气中存在电离层.籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方.我们把经过电离层反射到地面的电波叫天波. 电离层是指分布在地球周围的大气层中，60km以上的电离区域.在这个区域中，存在有大量的自由电子与正离子，还可能有大量的负离子，以及未被电离的中性离子.发现电离层后，尤其近三四十年来，随着火箭与卫星技术的发展，利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究.当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分，其研究的空间范围和频段也日益宽广. 在电离层中，当被调制的无线电波信号在电离层内传播时，组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度.所以波形会发生失真.这就是电离层的色散性.同时，由于自由电子受电波电场作用而发生运动，所以当电波经过电离层，其能量会被吸收一部分.而且，从电离层吸收电波的规律看，若使用电波的工作频率太低，则电离层对电波的吸收作用很强.所以天波传播中有一个最低可用频率，低于这个频率，就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作. 传播特性（二） 1．空间波传播 当发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线.所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响. 空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率的影响.收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度.一般地说，视线距离可以达到50km左右. 空间波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对流层的影响. 移动通信中，电波主要以空间波的形式传播.类似的还有微波传播. 回答人的补充 2009-09-09 08:17 在光链路的设计中，要碰到光纤损耗、分光损耗、分光附加损耗、活动接头损耗和光链路（总）损耗几项参数，很显然，光链路损耗是以上其他几项损耗值的总和： 光链路损耗=光纤损耗+分光损耗+分光附加损耗+活动接头损耗 (dB) 光纤损耗，是光信号在光纤中传输时光功率消耗引起的，在设计时1310nm通常按每km0.4dB计算，1550nm通常按0.25dB计算。某一光路光纤损耗的dB数，换算成该路单路功率损耗mW数按下式计算： 某单路功率损耗=100.1光纤损耗（mW） （某路）分光比K=某单路功率损耗/各路功率损耗总和 （某路）分光损耗= -10lg K (dB) 分光损耗，实际上是分光时的光功率转移造成的，不是光功率的消耗引起的，因此在计算分光比时不能将它计算进去。但是在计算光链路总损耗时必须将它加进去。 分光附加损耗，是分光时的分光器自身消耗了光功率造成的；活动接头损耗也是其自身消耗了光功率造成的，因此这两项本来应该在计算分光比时都加进和光纤损耗中，算出三者的总损耗dB数，然后换算出损耗总功率数mW，再据此计算出分光比，这样计算得出的最后计算结果最为准确。但是由于分光附加损耗和活动接头损耗的量值，比光纤损耗要小得多，而且各条光链路的数值基本相等，在计算分光比时把各条光路的这两项数值统统忽略不计，对分光比计算结果的影响很 微小。因此，通常在计算分光比时都把分光附加损耗和活动接头损耗忽略不计，仅仅将光纤损耗换算成光功率来计算分光比。但是在计算光链路总损耗的时候，这两项数值都要计算进去。 分光器附加损耗的大小，和分光路数的多少有关，设计时可从表1中选取数值。 表1 分光器的附加损耗值 分光 路数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16 损耗 dB 0.20 0.30 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.20 室内传播和路径损耗计算及实例 RFWaves公司 Adi Shamir 摘要：通过对传播路径损耗的估算来预测无线通信系统在其工作环境下的性能；解释了自由空间传播损耗的计算；电磁波在介质中的发射和反射系数的理论计算是预测反射和发射系数的工具。下面的一些实例和模型是在工作频率时给出的。 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1.简介 大多数无线应用设计人员最关心的问题是系统能否正常工作在无线信道的最大距离。最简单的方法是计算和预测：a)系统的动态范围；b)电磁波的传播损耗。 动态范围对设计者而言是一个重要的系统指标。它决定了传输信道上(收发信机之间)允许的最大功率损耗。决定动态范围的主要指标是发射功率和接收灵敏度。例如：某系统有80dB的动态范围是指接收机可以检测到比发射功率低80dB的信号电平。传播损耗是指传输路径上损失的能量，传播路径是电磁波传输的路径(从发射机到接收机)。例：如果某路径的传播损耗是50dB，发射机的功率是10dB，那末接收机的接收信号电平是-40dB。 2．自由空间中电磁波的传播 如上所述，当电磁波在自由空间传播时，其路径可认为是连接收发信机的一条射线，可用Ferris公式计算自由空间的电波传播损耗： Pr/Pt= . (λ/4πR)2 式中Pr是接收功率，Pt是发射功率，Gt和Gr分别是发射和接收天线的增益，R是收发信机之间的距离，功率损耗与收发信机之间的距离R的平方成反比。公式可以对数表示为： PL=-Gr-Gt+20log(4πR/λ)=Gr+Gt+22+20log(R/λ) （） 式中Gr和Gt分别代表接收天线和发射天线增益（dB）,R是收发信机之间的距离，λ是波长。 当λ=时(f=可得出： =-Gr-Gt++20log(R) （） R的单位为米。 图2-1表示了信号频率，天线的增益为0dBi时的自由空间的损耗曲线。 第十六章机械波和电磁波 振动状态的传播就是波动,简称波. 激发波动的振动系统称为波源 16-1机械波的产生和传播 1. 机械波产生的条件 (1)要有作机械振动的物体,亦即波源. (2)要有能够传播这种振动的介质 波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力，将振动传播开去，从而形成 机械波。 波动（或行波)是振动状态的传播，是能量的传播，而不是质点的传播。 ◆ 质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波. ◆ 质点的振动方向和波的传播方向相互平行,这种波称为纵波. 2.波阵面和波射线 ● 在波动过程中,振动相位相同的点连成的面称 为波阵面（wave surface） ● 波面中最前面的那个波面称为波前（wave front） ● 波的传播方向称为波线（wave line）或波射线 波面波 线 平面波 球面 波 3. 波的传播速度 由媒质的性质决定与波源情况无关 ● 液体和气体中纵波传播速度 B－介质体变弹性模量 ρ－介质密度 ● 在 固 体 中G－介质切变模量 Y－介质杨氏模量 4.波长和频率 ● 一个完整波的长度,称为波长. ● 波传过一个波长的时间,叫作波的周期 ● 周期的倒数称为频率. 16-2 平面简谐波波动方程 ● 前进中的波动,称为行波. ● 描述介质中各质点的位移随时间变化的数学函数式称为行波的波动表式(或波 动方程) 设坐标原点的振动 为： O 点运动传到 p 点需 用时 相位 落后 所以 p 点的运动方 程： 1.平面简谐波的波动表式 定义 k 为角波 数 又 因此下述表达式等价： 为波的 相位 ● 波在某点的相位反映该点媒质的“运动状态”， 所以简谐波的传播也是媒质振动相位的传播。 设 t 时刻x处的相位经 dt 传到（x +dx）处， 则有 于 ——相速度（相速） 是得到 简谐波的波速就是相速 2.行波动力学方程 将平面波的波函数对空间和时间求导，可得 ——波动方程。各种平面波所必须满足的线性偏微分方 程 若 y1，y2 分别是它的解，则（y1＋y2）也是它的解，即上述波动方程遵从叠加原理。 3.波动方程推导（以一维纵波为例） 取棒中任一小质元原长 dx，质量为dm=ρSdx 受其它部分的弹性力为 f 和 f+df 质元的运动学方程 为： 根据弹性模量的定 义： 第六章 平面电磁波的传播 习题6.1 已知自由空间中均匀平面电磁波的电场： y e x t E )210cos(37.738 ππ-?=V/m ，求 （1）电磁波的频率，速度，波长，相位常数，以及传播方向。 （2）该电磁波的磁场表达式。 （3）该电磁波的坡印廷矢量和坡印廷矢量的平均值。 题意分析： 已知均匀平面电磁波的一个场量求解另一个场量，以及相关的参数，这是均匀平面波问题中经常遇到的问题。求解问题的关键在于牢记均匀平面电磁波场量表达形式的基本特点，场矢量方向和波的传播方向之间的关系以及相关公式。 解： （1）求电磁波的频率，速度，波长，相位常数，以及传播方向 沿x 轴正方向传播的电磁波的电场强度瞬时表达式为： y y y e x t E E )c o s (2φβω+-= 电场表达式的特点有： 电磁波角频率 8103?=πω （rad/s ） 由f πω2=，可以得到 电磁波的频率为： 8 10 5.12?==π ω f （Hz ） 电磁波在自由空间的传播速度 8103?==c v （m/s ） 电磁波的波长λ满足式 f v vT = =λ 210 5.110 38 8=??= = ∴f v λ（m ） 相位常数： πβ2= （rad/m ） 分析电磁波的传播方向： 方法一：直接判断法 比较均匀平面电磁波的电场表达式可以看出，均匀平面电磁波的电场表达式中x π2项前面的符号为“-”，该电磁波是沿x 轴正方向传播的电磁波。 方法二：分析法 电场表达式是时间t 和坐标x 的函数，若要使E 为不变的常矢量，就应使组合变量（x t ππ21038-?）在t 和x 变化时为一定值。即，当时间变量t 变为t t ?+，位置变量x 变为x x ?+时，有下式成立： )(2)(10321038 8x x t t x t ?+-?+?=-?ππππ 由上式可得： t x ??= ?π π21038 这说明在电磁波的传播过程中，随着时间的增加（0>?t ），使电场保持定值的点的坐标也在增加（0>?x ），所以电磁波的传播方向是由近及远，沿x 轴正方向逐步远离原点。 （2）求该电磁波的磁场表达式 电磁波的传播方向为x 轴正方向，电场分量为y 轴方向，根据坡印廷矢量的 定义：H E S ?=，电场，磁场以及电磁波的传播方向应遵循右手螺旋定律，所 以本题中磁场的方向应为z 轴方向，三者的方向关系下如图所示。 z 在自由空间中，正弦均匀平面电磁波的电场和磁场分量的比值为固定值，是 空间的波阻抗：Ω=3770Z ，所以磁场分量H 的表达式为： z z z e x t e x t e Z E H )210cos(31.0)210cos(3377 7.738 80ππππ-?=-?== （A/m ） （3）求该电磁波的坡印廷矢量表达式和坡印廷矢量的平均值 根据坡印廷矢量的定义：H E S ?=，得 ])210cos(31.0[])210cos(37.73[8 8z y e x t e x t H E S ππππ-??-?=?= x e x t )210(3cos 773.8 2ππ-?= （W/m 2） 坡印廷矢量的平均值： 室传播和路径损耗计算及实例 RFWaves公司 Adi Shamir 摘要：通过对传播路径损耗的估算来预测无线通信系统在其工作环境下的性能；解释了自由空间传播损耗的计算；电磁波在介质中的发射和反射系数的理论计算是预测反射和发射系数的工具。下面的一些实例和模型是在2.4GHz工作频率时给出的。 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1.简介 大多数无线应用设计人员最关心的问题是系统能否正常工作在无线信道的最大距离。最简单的方法是计算和预测：a)系统的动态围；b)电磁波的传播损耗。 动态围对设计者而言是一个重要的系统指标。它决定了传输信道上(收发信机之间)允许的最大功率损耗。决定动态围的主要指标是发射功率和接收灵敏度。例如：某系统有80dB的动态围是指接收机可以检测到比发射功率低80dB的信号电平。传播损耗是指传输路径上损失的能量，传播路径是电磁波传输的路径(从发射机到接收机)。例：如果某路径的传播损耗是50dB，发射机的功率是10dB，那末接收机的接收信号电平是-40dB。 2．自由空间中电磁波的传播 如上所述，当电磁波在自由空间传播时，其路径可认为是连接收发信机的一条射线，可用Ferris公式计算自由空间的电波传播损耗： Pr/Pt= Gt.Gr. (λ/4πR)2 (2.1) 式中Pr是接收功率，Pt是发射功率，Gt和Gr分别是发射和接收天线的增益，R是收发信机之间的距离，功率损耗与收发信机之间的距离R的平方成反比。公式2.1可以对数表示为： PL=-Gr-Gt+20log(4πR/λ)=Gr+Gt+22+20log(R/λ) （2.2） 式中Gr和Gt分别代表接收天线和发射天线增益（dB）,R是收发信机之间的距离，λ是波长。 当λ=12.3cm时(f=2.44GHz)可得出： PL2.44=-Gr-Gt+40.2+20log(R) （2.3） R的单位为米。 图2-1表示了信号频率2.44GHz，天线的增益为0dBi时的自由空间的损耗曲线。 注意：在此公式中收发天线的极化要一致（匹配），天线的极化不同会产生另一损耗系数。一般情况下对于理想的线极化天线，极化损耗同两个天线的极化方向的夹角的余弦的平方成正比。例如：两个偶极天线的方向夹角为45°时，极化损耗系数为-3dB左右。 电磁波的特征参数 与声波和水波相似，电磁波具有波的性质，可以发生折射等现象。它的速度，波长，频率之间满足关系式： 传播速度=波长×频率。 电磁波在空气中的传播速度为光速，波长λ=300/频率F（GHz）mm。从同步卫星到地球的传播时间大约1/8秒。 波速不变，波长和频率成反比 电磁波的重要特性有：①电磁波可以在真空中传播．②电磁波可以在真空中传播．③电磁波也会产生电磁污染． 电磁波为横波,可用于探测、定位、通信等等 传播速度约为光速（3*108m/s）,不需要介质,伴随着能量的传播而传播 长波波长1000米以上,中波波长100-1000米,短波波长10-100米,超短波和微波波长为10米以下由于长波的波长很长,地面的凹凸与其他参数的变化对长波传播的影响可以忽略. 在通信距离小于300km时,到达接收点的电波,基本上是表面波.长波穿入电离层的深度很浅,受电离层变化的影响很小,电离层对长 波的吸收也不大.因而长波的传播比较稳定.虽然长波通信在接收点 的场强相当稳定,但是它有两个重要的缺点： 1、于表面波衰减慢,发射台发出的表面波对其他接受台干扰很强 烈. 2、天电干扰对长波的接收影响严重,特别是雷雨较多的夏季. 中波能以表面波或天波的形式传播,这一点和长波一样.但长波 穿入电离层极浅,在电离层的下界面即能反射.中波较长波频率 高,故需要在比较深入的电离层处才能发生反射.波长在3000 －2000米的无线电通信,用无线或表面波传播,接收场强都很 稳定,可用以完成可靠的通信,如船舶通信与导航等.波长在20 00－200m的中短波主要用于广播,故此波段又称广播波段. 3、与长,中波一样,短波可以靠表面波和天波传播.由于短波频率 较高,地面吸收较强,用表面波传播时,衰减很快,在一般情况下,短波的表面波传播的距离只有几十公里,不适合作远距离通信 和广播之用.与表面波相反,频率增高,天波在电离层中的损耗 却减小.因此可利用电离层对天波的一次或多次反射,进行远距 离无线电通信. WLAN室内传播模型 无线局域网室内覆盖的主要特点是：覆盖范围较小，环境变动较大。一般情况下我们选取以下两种适用于WLAN的模型进行分析。由于室内无线环境千差万别，在规划中需根据实际情况选择参考模型与模型系数。 (1) Devasirvatham模型 Devasirvatham模型又称线性路径衰减模型，公式如下： Pl(d,f)[dB]为室内路径损耗＝ 其中，为自由空间损耗＝ d：传播路径；f：电波频率；a：模型系数 (2) 衰减因子模型 就电波空间传播损耗来说，2.4GHz频段的电磁波有近似的路径传播损耗。公式为： PathLoss(dB) = 46 +10* n*Log D（m） 其中，D为传播路径，n为衰减因子。针对不同的无线环境，衰减因子n的取值有所不同。在自由空间中，路径衰减与距离的平方成正比，即衰减因子为2。在建筑物内，距离对路径损耗的影响将明显大于自由空间。一般来说，对于全开放环境下n的取值为2.0～2.5；对于半开放环境下n的取值为2.5～3.0；对于较封闭环境下n的取值为3.0～3.5。典型路径传播损耗理论计算值如表1。 现阶段可提供的2.4GHz电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下： ●隔墙的阻挡（砖墙厚度100mm ~300mm）：20-40dB； ●楼层的阻挡：30dB以上； ●木制家具、门和其他木板隔墙阻挡2-15dB； ●厚玻璃（12mm）：10dB（2450MHz） 开阔空间内，设计覆盖距离尽量不要超过30m。 ●如果天线目标区域之间有20mm左右薄墙阻隔时，设计覆盖距离尽量不要超过20m。 ●如果天线与目标区域之间有较多高于1.5m的家具等阻隔时，设计覆盖距离尽量不要超过20m。 ●如果天线安装在长走廊的一端，设计覆盖距离尽量不要超过20m。 ●如果天线与目标区域之间有一个拐角时，设计覆盖距离尽量不要超过15m。 ●如果天线与目标区域之间有多个拐角时，设计覆盖距离尽量不要超过10m。 ●不要进行隔楼层进行覆盖。 海水中电磁波传播特性的研究 摘要：利用电磁场传播所满足的Maxwell 方程组，计算和分析出电磁波在导电媒质中传播时的特征；并以海水为例，得出一些有意义的结论，为海水中通信、信号探测、引信研究等方面工作提供理论依据。 关键词：导电媒质；电磁波；传播 一 .前言 对海水中一般性的电磁问题已进行过初步的讨论分析，尽管只有低频电磁波在海水中能传播可观的距离，但电磁波在其中传播时所呈现出来的性质和在普通绝缘媒质中有很大的区别。正是这些特异性质引起了广泛的关注，并且已开始在众多应用中得到体现。以电磁场传播所满足的Maxwell 方程组为出发点，计算和分析了电磁波在导 电媒质中传播 时的一些特征，并以海水这种导电媒质为例，分析了电磁波在其中传播时的特征，得到一些有意义的结论。 二. 主体 1 电磁波传播时导电媒质中电荷的分布特征 对于均匀的导电媒质，根据以下方程： 电流连续方程 91610()N σε -≈?Ωg 欧姆定律的微分形式 j E σ= 介质中的高斯定理 E ρε ?=g 其中：j 为电流密度矢量；ρ为电荷分布体密度；ε为介质的电容率。可得出导电媒质中的电荷分布体密度满足微分方程： t ρρσε?=-? 从而解得任意时刻的电荷体密度为： 0()0()t t t e σ ερρ--= 可见：电磁波经过时，导电媒质中的电荷分布的体密度随时间呈指数衰减,若初始时电荷体密度为0，则以后保持为0，与有无电磁波在其中传播无关。由各种导电媒质的σ、ε可以计算ρ的衰减快慢。例如海水，取14.4()m σ-=Ωg ， 90.710/N m ε-=?，可以计算91610()N σε -≈?Ωg ，可见其衰减是很快的，也就是说，在均匀导电媒质中不可能有净的自由电荷出现。衰减的电荷实际上是在定向运动，必将在导电媒质表面和非均匀处重新出现。 2 电磁波在导电媒质中的传播特征 电磁波在导电媒质中传播时，振幅不断衰减，电场和磁场强度矢量不再同相，存在色散现象；同时磁场强度比电场强度大得多，电磁波能量中以磁场能量为主，且传播时存在返流现象，这是电磁波在导电媒质中传播时出现的特殊性质。 由麦克斯韦方程组，可得H 、E 和均匀非损耗媒质中的一样，仍然满足亥姆霍兹方程: 22()()0E H k E H ?+= 其中：22k i μωεμωσ=-。 (1)方程的解仍然可为平面单色波形式0exp(())E E i k r t ω=-g ，0exp(())H H i k r t ω=-g ，但波矢量为一复数矢量。为简单起见，可设波矢量沿某单一方向，此时其实部与虚部均为单一方向的矢量，波矢量可表示为： 1122001111()22k i k i k αβ??????=+=+???????????? 其中：0k 为波传播方向的单位方向矢量；12 112α?=??? ；12 112β?=???。 将它们代入平面波表达式中，可见此时的平面波为阻尼横波 000exp()exp(())E k r i k r w t βα--g g g ，其振幅有衰减，这是因为自由电子在入射电场的驱动下形成电流，部分电磁场的能量转变成焦耳热． (2)此时电磁波的等相面的速度可由0k r t const αω-=g ，两边求导得到：v ρωα =，可见即使媒质的电磁性质σ、ε、μ和频率无关，色散现象仍然存在。 (3)将E 、H 的表达式代入麦克斯韦方程组中，即可以得到两者的关系式为：关于无线信号传输距离和衰减问题
电磁波传输损耗
电磁波的危害和防护
关于无线信号传输距离和衰减问题
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11.5 电磁波传播特性
电磁波衰减
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第六章 平面电磁波的传播
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