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电磁波的传播需要仔细考虑哪一些原因?

来源:半岛在线登录官网    发布时间:2024-03-16 12:26:57


  在《电磁波是如何传输的?》我们介绍了空间电磁波传播的三种基本方式:地波传播,天波传播和视距传播。随着电磁波频率的升高,视距传播是目前最主要的传播方式。

  视距传播是不是只要看得到,就能够接收到信号?电磁波在空间传播的衰减大吗?电磁波的传播需要仔细考虑哪些因素?

  电磁波的神奇之处,就是它的传播不一定要通过介质。只要电场和磁场两者能够交替开,就可以大踏步向前,以光的速度传播。

  这种不依靠载体就能够传播的能量,在自由空间中可以无损耗的传输下去。既然能无损耗,是不是就可以一直传?我想,答案应该是的,但是无损耗,并不代表强度能够保持不变。电磁波的传播是一种发散的,随着距离的增大,电磁波不断扩散,其强度也会逐渐衰弱。

  所以,对于电磁波的传播,最怕的就是距离。所以即便如太阳光般的高能量电磁波,达到地球表面,也可根据距离的远近,划分出冷热不同的春夏秋冬。

  首先,我们假设有两个天线,发射天线的发射功率为Pt,天线增益为Gt,接收天线的增益为Gr,距离发射天线的距离为R,这个R足够远,在两个天线的远场区。那么接收天线接收到的功率Pr是多少呢?

  若将接收机的输入功率Pr和发射机输出功率Pt的比值定义为传播损耗的话,这个传播损耗可以由上面公式直接导出

  如果不考虑发射天线和接收天线的增益,电磁波自由空间衰减公式就能更加进一步简化为

  如果光速C和距离R以kM为单位,f以MHz为单位的话,上式就能转换为我们比较熟悉的。

  假设一个5G基站的发射功率为100W,天线kM的地方手机接收到的功率是多少W?

  无线通信中常说“功率增加6dB,传输距离增加一倍”,这里的6dB时怎么来的呢。你们可以根据自由空间损耗公式算一下看,主要考虑中间项20log(R_KM)就可以了, 是不是距离增加一倍,衰减刚好增加6dB?

  但是,地球表面不同于自由空间,除了距离导致的强度衰减之外,还有大气的影响。大气以及降水都会吸收和散射电磁波,尤其是频率在1GHz以上的电磁波。

  在一些特定的频率范围,由于分子谐振现象而使衰减出现峰值,在《ITU-R P.676-11》给出了大气气体引起的衰减率曲线GHz处,出现由于水蒸气吸收产生的第一个谐振点,在62GHz处出现干空气(主要是氧气)吸收产生的第二个谐振点,在120GHz处出现干空气吸收产生的第三个谐振点,以及后面水蒸气的两个吸收频率为180GHz和350GHz处。

  当然,现实中的衰减模型要复杂的多,利用弗里斯衰减公式能快速评估无线站的覆盖距离,当然也能够迅速评估一下这个站辐射的影响。

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