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2.4.2 无线电磁波传播的特点

1.中频、高频与甚高频无线电磁波传播的特点

无线接入网采用了不同的无线频段,而不同频段的无线电磁波传播特点不同。其中,中频、高频和甚高频的无线电磁波沿着地表传播,如图2-21a所示。中频无线电磁波传播距离可到达1000公里。高频与甚高频无线电磁波沿地表传播的信号被地表吸收,到达高度为100~500公里电离层的无线电磁波将被发射回地球,如图2-21b所示。在某些气候条件下,无线电磁波可能通过多次发射传播到较远距离。

图2-21 不同频段的无线电磁波传播方式的区别

2.微波段信号传播的特点

在电磁波谱中,频率在300MHz~300GHz的电磁波称为微波,它们对应的波长为1mm~1m。特高频、超高频和极高频都属于微波段。

物联网接入网中无线接入网的频段几乎都属于微波段。微波段信号传输的特点主要是:只能进行视距传播,绕射能力弱,大气对微波信号的吸收与散射影响较大。由于微波信号传播时不能穿透障碍物,因此微波信号一般只能在发射天线能够看到接收天线(“可视”)的情况下被正常发送和接收。

微波段无线信号在实际应用中会出现以下几种情况。

(1)路径衰减

根据电磁波自由空间传播模型,当发射功率、发射天线与接收天线增益、波长不变的前提下,在发送端与接收端之间无障碍的自由空间里,若发送端与接收端两点间距离为 D ,那么由于电磁波传播路径衰减,接收端接收的信号功率与 D 2 成反比。传播的距离越远,接收端能够接收的信号功率越小。

需要注意的是,自由空间作为理想的传输介质自身并不吸收电磁波能量,自由空间的传播损耗是由天线辐射的电磁波在传播过程中,随着传播距离的增加,能量自然扩散所引起的,它反映出球面波的扩散损毁。在实际应用中,空气中的水分子、沙尘、雾霾,周边环境中的建筑物、树木、水面、土壤等都会吸收电磁波能量,或形成遮挡、反射、散射等因素造成电磁波能量的损失。因此,造成路径衰减的原因是非常复杂的。

(2)遮挡、反射、散射、衍射与绕射

如图2-22所示,当微波段信号遇到障碍物时可能出现遮挡、反射、散射、衍射与绕射的现象。微波段及以上频段的信号一般不具有绕射的能力,频率越低的信号绕射能力越强。

图2-22 微波段信号出现遮挡、反射、散射、衍射与绕射的现象

(3)干扰

如果在接收节点邻近的地区,出现两个或两个以上与之同频率或频率相近的发送节点,那么它们发送的信号叠加之后,将会对接收信号形成干扰(如图2-23所示)。如果在接收节点附近出现其他无线信号或噪声信号,也会对无线信号造成干扰。干扰的结果轻者是接收信号出错,重者是接收节点无法正常工作。

图2-23 无线信号叠加形成的干扰

(4)多径传播

如图2-24所示,发送的信号在传播途中遇到障碍物造成无线信号反射或散射,形成无线电磁波的多径传播。这些传播路径不同的无线信号传播到接收节点时相位不同,其叠加的结果可能引起接收信号幅度的衰减或信号波形的畸变,造成接收数据出错。

图2-24 多径传播示意图

由于微波天线的方向性好,因此在地面一般采用“点-点”方式通信。如果传播距离较远,则可采用微波接力的方式设置中继节点。在卫星通信中,微波通信也可以用于“点-多点”通信。 TMQYEyuv6mb8JwPv7TQngL3VqCoeGdrhz2oAHu8wlhRtzCqO8ZBB4UIGnH9nJqBN

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