无线电波的传播特性知识交流

无线电波的传播特性

无线电波的传播特性

1、无线电波的传播特性及信号分析

甚低频 VLF 3-30KHz 超长波 1KKm-100Km 空间波为主海岸潜艇通信;远距离通信;超远距离导航低频 LF 30-300KHz 长波 10Km-1Km 地波为主越洋通信;中距离通信;地下岩层通信;远距离导航中频 MF 0.3-3MHz 中波 1Km-100m 地波与天波船用通信;业余无线电通信;移动通信;中距离导航高频 HF 3-30MHz 短波 100m-10m 天波与地波远距离短波通信;国际定点通信

甚高频 VHF 30-300MHz 米波 10m-1m 空间波电离层散射（30-60MHz）;流星余迹通信;人造电离层通信（30-144MHz）;对空间飞行体通信;移动通信

超高频 UHF 0.3-3GHz 分米波 1m-0.1m 空间波小容量微波中继通信;（352-420MHz）;对流层散射通信（700-10000MHz）;中容量微波通信（1700-2400MHz）

特高频 SHF 3-30GHz 厘米波 10cm-1cm 空间波大容量微波中继通信（3600-4200MHz）;大容量微波中继通信（5850-8500MHz）;数字通信;卫星通信;国际海事卫星通信（1500-1600MHz）

ELF 极低频 3~30Hz

SLF 超低频 30~300Hz

ULF 特低频 300~3000Hz

VLF 甚低频 3~30kHz

LF 低频 30~300kHz 中波，长波

MF 中频 300~3000kHz 100m~1000m 中波 AM广播

HF 高频 3~30MHz 10~100m 短波短波广播

VHF 甚高频 30~300MHz 1~10m 米波 FM广播

UHF 特高频 300~3000MHz 0.1~1m 分米波

SHF 超高频 3~30GHz 1cm~10cm 厘米波

EHF 极高频 30~300GHz 1mm~1cm 毫米波

无线电波按传播途径可分为以下四种：天波—由空间电离层反射而传播；地波—沿地球表面传播；直射波—由发射台到接收台直线传播；地面反射波—经地面反射而传播。无线电波离开天线后，既在媒介质中传播，也沿各种媒介质的交界面（如地面）传播，具有一定的规律性，但对它产生影响的因素却很多。

无线电波在传播中的主要特性如下：

（1）直线传播均匀媒介质（如空气）中，电波沿直线传播。

（2）反射与折射电波由一种媒介质传导另一种媒介质时，在两种介质的分界面上，传播方向要发生变化。由第一种介质射向第二中介质，在分界面上出现两种现象。一种是射线返回第一种介质，叫做反射；另一种现象是射线进入第二种介质，但方向发生了偏折，叫做折射。一般情况下反射和折射是同时发生的。入射角等于反射角，但不一定等于折射角。反射和折射给测向准确性带来很大的不良影响；反射严重是，测向设备误指反射体，给干扰查找造成极大困难。

（3）绕射电波在传播途中，有力图绕过难以穿透的障碍物的能力。绕射能力的强弱与电波的频率有关，又和障碍物大小有关。频率越低的电波，绕射能力越弱；障碍物越大，绕射越困难。工作于80米（375MHZ）波段的电波，绕射能力是较强的，除陡峭高山（相对高度在200米以上）外，一般丘陵均可逾越。2米波段的电波绕射能力就很差了，一座楼房，或一个小山丘，都可能使信号难以绕过去。

（4）干涉直射波与地面反射波或其它物体的反射波在某处相遇时，测向收到的信号为两个电波合成后的信号，其信号强度有可能增强（两个信号跌叠加）也可能减弱（两个信号相互抵消）。这种现象称为波的干涉。产生干涉的结果，使得测向机在某些接收点收到的信号强，而某些接收点收到的信号弱，甚至收不到信号，给判断干扰信号距离造成错觉。天线发射到空间的电波的能量是一定的，随着传播距离的增大，不仅在传播途中能量要损耗，而且能量的分布也越来越广，单位面积上获得的能量越来越小。反

之，愈近，单位面积上获得的能量愈大。在距信号数十米以内，电场强度的变化十分剧烈，反映在测向机耳机中的音量变化也格外明显。我们在实际查处中，100米，200米以内进行信号大小的测定，并作为经验值进行记录。

当发射天线垂直于地面时，天线辐射电磁波的电场也垂直于地面，我们称它“垂直极化波”；当天线平行于地面时，天线辐射电磁波的电场也平行于地面，我们叫它“水平极化波”。160米波段和80米波段，规定发射垂直极化波，因而要求发射天线必须垂直架设；2米波段规定发射水平极化波，因而要求发射天线必须水平架设。

无线电波传播模型通常是很复杂的，必须对不同的频段使用不同的电波传播模型，以预测电台覆盖和传播场强。下面简要地叙述几种传播方式（详细数学公式略）。

VLF(f< 30kHz)频率低于30kHz的电波，传播损耗近似等于自由空间传播损耗，即相当于电波在理想的、均匀的、各向同性的介质中传播，不发生反射、折射、绕射和吸收现象，只存在因电磁能量扩散引起的传播损耗。在此频段内，电波在电离层与地球之间可以以波导方式沿地球表面进行传播。

LF(30kHz< f< 300kHz) 在这个频段内，有两种重要的传播方式：地波方式及电离层天波方式。天波信号幅度具有明显的昼夜变化，这是由于电离层吸收和变化的缘故。

MF(300kHz< f< 3MHz)在该频段内，传播方式也是地波和天波。当评价地波时，还需要知道大地的电气特性，特别是大地电导率的数据。对150kHz到1.6MHz频率频段，采用天波传播的预测方法。在MF广播频带内，天波传播只假定发生在夜间。在1.6MHz以上频率，HF传播预测方法才开始有效。超过1.6MHz时，天波对移动通信明显地变得更为重要。

HF(3MHz< f< 30MHz)在该频率范围内，信号的传播一般是通过电离层,主要以天波方式传播，因而表现出较大的变化。电离层的传播特点主要表现为会造成长途传输的多径失真，出现信号干扰甚至中断操作的情况。由于该频段频谱拥挤以及长距离传播应用两方面的原因，人们不得不使用相当复杂的电波传播预测模型。使用电离层特性来预测HF传播时，ITU－R的P.533建议的预测模型可用来在任意路径上根据季节、太阳黑子数等预测基本的和可用的最高可用频率（MUF）、场强、接收功率、信/噪比和可靠性等。

VHF和UHF(30MHz< f< 3GHz)该频带内，安排有大量固定和移动业务。该频段除了低端之外，通常不是通过有规则的电离层来进行电波传播的。气候只对超折射和传导有影响，这是由大气折射指数中正常梯度的变化引起的。除了自由空间传播外，对流层散射和绕射也是很重要的。我们可以按照下述各种特定传播环境的传播模型来估算电波的传播损耗。

（1）自由空间传播模型通常把电磁波在真空中的传播称之为“自由空间传播”。在某些环境中，假定有用信号只是由于在自由空间所产生的传播损耗。也就是说，把大气看成为近似真空的均匀介质，电磁波沿直线传播，不发生反射、折射、绕射和散射等现象，这时在大气中的传播就等效于自由空间传播，它只与频率f和距离d有关。

（2）平坦大地的绕射模型适合大于视距的传播范围，对有用信号的预测需要考虑地球的曲率。

（3）粗糙大地上的传播模型适合于世界特定地区和特别粗糙大地上的传播。

（4）OKUMURA－HATA模型以距离和发射机天线的高度为依据。校正这个损耗须要以建筑物在接收位置附近的百分率、路径类型（陆地、海洋、混合）和大地不规则度为依据，主要用于大城市和郊区环境的传播损耗和场强预测。

（5）LONGLEY－RICE(ITS)模型可用来估算地波和对流层散射的传播衰减。这个模型是统计模型，也就是预测中值场强和估计信号随时间与空间的变化。另外，还必须考虑到其他有可能造成干扰的传播机理，包括电离层传播机理，有可能随季节和昼夜时间变化；通过偶尔发生的E层，有可能允许在约70MHz频率上进行长距离传播。此外还有超折射和大气波导等。

SHF和更高频率(f>3GHz) 如上所述的各传播因素（除天波而外），均适用于更高的频率，但这时必须考虑衰减、散射以及由降雨与其它大气微粒产生的交差极化。当频率大于10GHz时，雨滴所引起的衰减，会使信号质量严重下降，估算衰减概率分布的方法，通常以超过0.01％时间的雨强密度

R0.01(mm/h)为基础。这个值应以长期降雨观测为基础，大约以一分钟的时间间隔进行取值。20GHz 以上，必须考虑大气衰落，包括气体衰落和降水衰落。

频率与波长的关系和转换

如何把波长转换成频率，或做相反的转换呢？虽然一个电台以固定的频率广播，但是 "波长"也常被拿来使用。例如，在说明短波传导状況时，使用31米波段，比使用"9500KHz到9900千赫/KHz"（这是在31米波段內规划用做国际短波广播的频率范围）简单多了。把频率换算波长的的公式是波长（米/公尺）＝300,000,000/频率（兆赫/MHz），分子300,000,000米/公尺是无线电波在大气中的传播速度（即光速），所以15兆赫(MHz)的波长是，波长＝300000000/15000000＝20米/公尺。当然短波广播规定有许多的频率范围，要记住这些频率与相对的波长是挺麻烦的，但是只要抓住一个要领，便不成问题了。首先记得一个频率与波长的关系，例如15兆赫(MHz)是20米，然后频率增加一倍，波长便减半，相反的频率减半，波长便加倍。例如15MHz是20米，那么30MHz就是10米，而7.5MHz则是40米，这样就容易多了。

在我们了解了频率与波长之间的关系后，当短波电台报出频率及相对波长时，我们更可较容易地在收音机的刻度表上找到该收听的位置，因为传统型(指针式)短波收音机的刻度表上，都有波长或米波段的标示。

如果上述太复杂，您也可以这样简单地理解：频率是用来表示某电台的精确位置；而波长却是用来表示该电台的大概位置，米波段是用来表示某小段频率范围。

如19米波段表示频率15.10 –15.60兆赫范围。（请参考后文的国际广播米波段表）

白天，在广州，您可以在短波19米波段收听到中央人民广播电台第一和第二套节目，准确频率为15.48,15.50,15.55兆赫。

电波绕射

在传播途径中遇到大障碍物时，电波会绕过障碍物向前传播，这种现象叫做电的绕射。超短波、微波的频率较高，波长短，绕射能力弱，在高大建筑物后面信号强度小，形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的程度，不仅和建筑物的高度有关，和接收天线与建筑物之间的距离有关，还和频率有关。例如有一个建筑物，其高度为10米，在建筑物后面距离200米处，接收的信号质量几乎不受影响，但在100米处，接收信号场强比无建筑物时明显减弱。注意，诚如上面所说过的那样，减弱程度还与信号频率有关，对于216 ～ 223兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低16dB，对于670兆赫的射频信号，接收信号场强比无建筑物时低20dB。如果建筑物高度增加到50米时，则在距建筑物1000米以内，接收信号的场强都将受到影响而减弱。也就是说，频率越高、建筑物越高、接收天线与建筑物越近，信号强度与通信质量受影响程度越大；相反，频率越低，建筑物越矮、接收天线与建筑物越远，影响越小。

因此，选择基站场地以及架设天线时，一定要考虑到绕射传播可能产生的各种不利影响，注意到对绕射传播起影响的各种因素。