无线电波的多种传播方式及其受影响因素

（一）无线电波的传播方式

无线电波通过多种传输方式从发射天线到接收天线。主要有表面波传播、天波传播、直射波传播、外层空间传播等。

1.表面波传播

表面波传播，就是电波沿着地球表面到达接收点的传播方式，如图3-7中1所示。电波在地球表面上传播，以绕射方式可以到达视线范围以外。地面对表面波有吸收作用，吸收的强弱与带电波的频率、地面的性质等因素有关。

2.天波传播

天波传播，就是自发射天线发出的电磁波，在高空被电离层反射回来到达接收点的传播方式。如图3-7中2所示。电离层对电磁波除了具有反射作用以外，还有吸收能量与引起信号畸变等作用。其作用强弱与电磁波的频率和电离层的变化有关。

3.直射传播

直射传播，就是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波，如图3-7中3所示。在传播过程中，它的强度衰减较慢，信号最强。

图3-7　无线电波的传播特性

1—表面传播；2—天波传播；3—直射波传播；4—散射波传播；5—外层空间传播

4.散射传播

散射传播，就是利用大气层对流层和电离层的不均匀性来散射电波，使电波到达视线以外的地方。如图3-7中4所示。对流层在地球上方约10英里（1英里≈1.609 344千米）处，是异类介质，反射指数随着高度的增加而减小。

5.外层空间传播

外层空间传播，就是无线电在对流层，电离层以外的外层空间中的传播方式，如图3-7中的5所示。这种传播方式主要用于卫星或以星际为对象的通信中，以及用于空间飞行器的搜索，定位，跟踪等。自由空间波又称为直达波，沿直线传播，用于卫星和外部空间的通信，以及陆地上的视距传播。视线距离通常为50 km左右。

（二）无线电波传播的特点

1.传播环境复杂

移动通信工作在VHF和UHF两个频段（30～3 000 MHz），电波的传播以直接波和反射波为主。因此，地形、地物、地质以及地球的曲率半径等都会对电波的传播造成影响。我国地域辽阔，地形复杂、多样，其中4/5为山区和半山区，即使在平原地区的大城市中，由于高楼林立也使电波传播变得十分复杂，复杂的地形和地面各种地物的形状、大小、相互位置、密度、材料等都会对电波的传播产生反射、折射、绕射等不同程度的影响。

2.信号衰落严重

衰落是无线电波的基本特征之一，衰落是指信号大小随时间的变化关系，信号由强变弱的过程。衰落的变化又有快衰落和慢衰落之分。

1）快衰落

在移动通信系统中，移动台的电波传播因受到高大建筑物的反射、阻挡以及电离层的散射，它所收到的信号是从许多路径来的电波的组合，将这种现象称为多径效应。由于合成信号的幅度、相位和到达时间随机变化，从而严重影响通信质量。这就是所谓的多径衰落现象，又称为瑞利衰落或快衰落，如图3-8所示。由于各种不同路径反射矢量合成的结果，使信号场强随地点不同而呈驻波发布，接收点场强包络的变化服从瑞利分布，如图3-9所示，衰落的深度为20～30 dB。

图3-8　快衰落现象

图3-9　瑞利分布概率密度函数(www.xing528.com)

慢衰落：在移动信道中，场强中值随着地理位置变化呈现慢变化，称为慢衰落或地形衰落。产生慢衰落的原因是高大建筑物的阻挡及地形变化，移动台进入某些特定区域，因电波被吸收或反射而收不到信号，将这些区域称为阴影区，从而形成电磁场阴影效应，如图3-10所示，慢衰落变化服从对数正态分布如图3-11所示。所谓对数正态分布，是指以分贝数表示的信号为正态分布。

图3-10　慢衰落现象

图3-11　正态分布概率密度函数

此外，还有一种随时间变化的慢衰落，它也服从对数正态分布。这是由于大气折射率的平缓变化，使得多径信号相对时延变化，造成同一地点收到的场强中值电平随时间做慢变化，但这种变化远小于地形因素的影响，因此一般忽略不计。

3.具有多普勒频偏效应

在电波传播中，接收机接收到的信号频率将与发射机发出的信号频率之间产生一个差值。到达接收端的多径信号的相位是不断变化的，会使工作频率发生偏移，将这种由于移动台移动而产生的频率偏移现象称为多普勒频偏效应。

若工作频率越高，运动速度越快，那么多普勒频偏（Δf）越大。频偏大小可通过表达式（3-1）确定。

式中　ν──移动台运动速度；

f──工作频率；

θ──到达接收点时的入射角。

当θ＝0时，Δf称为最大多普勒频移：Δfmax＝±νf/c

例如：当车速为60 km/h，工作频率为900 MHz时，由公式可以计算出最大多普勒频移为50 Hz。这就要求移动台具有良好的抗衰落能力。

4.传播环境不断变化

移动通信的信道是变参信道。引起电波传播环境变化的因素有很多，主要因素是由于移动台处于移动状态，周围的地形、地物等总在不断变化等。另外，城市建设的不断变化对移动通信的电波传播环境也有影响。

5.环境被电磁噪声污染

传播环境本身是一个被电磁噪声污染的环境，而且这种污染日益严重。电磁噪声污染包括由汽车点火系统、工业等电磁污染以及蓬勃发展的广播、无线通信的干扰等因素造成。

（三）无线电波传播的影响因素

1.传播距离的影响

随着传播距离的增加，电磁波的能量会逐渐变小，信号强度逐渐变弱。

2.地形地物的影响

地形主要包括开阔地、平地、丘陵、山区和水面等，重点描述地势的特点、中心海拔、主要河流及山脉等特殊地形。地物包括市区、郊区、乡镇、农村、交通干道等。一般地势开阔平坦的地形利于电磁波传播，乡镇和农村建筑较少也利于电磁波传播。

3.建筑物和植被的影响

建筑物的材料类型、建筑物的密度以及地面的植被（森林、草原、农作物等）都会给电磁波的传播带来影响。一般钢筋水泥结构的建筑物比木质结构或砖瓦结构的建筑对电磁波传播的影响大，建筑密度越大影响越大，植被密集的地区对电磁波的传播影响也越大。