无线通信基础知识3：电磁波的传播

直射波、发射波、绕射波、散射波：

由发射天线沿直线到达接收点的无线电波，被称为直射波。自由空间电波传播是电波在真空中的传播，是一种理想传播条件。电波在自由空间传播时，可以认为是直射波传播，其能量既不会被障碍物吸收，也不会产生发射或散射。

无线信号通过地面或其它障碍物反射到达接收点，被称为反射波。发射波在两种密度不同的传播媒介分界面上才会发生，分界面媒质密度差越大，波的反射量越大，折射量越小。波的入射方向越接近垂直于分界面，反射量越小，折射量越大。直射波和反射波合称为空间波。

当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时，无线电波绕过障碍物而传播的现象称为绕射。

当波穿行的介质中存在小于波长的物体，并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，将引起波经此处后四处发射，就是散射。

多径效应：

信号从发射端到接收端常有许多时延不同、损耗各异的传输路径，可以是直射、反射或绕射。无线电波的多径效应是指不同路径的相同信号在接收端叠加会增大或减小接收信号能量的现象。

时间色散：

在物理学中，色散用来描述从同一波源发射出的几列波在媒质中有不同传播特性的现象。

时间色散是指到达接收机的直射信号和其它多径信号由于空间传输的时间差异而带来的彼此干扰问题。假若发射机发送了一个“1”，由于多径效应，接收机先收到“1”这个数据，又收到“0”这个数据，接收机困惑了，不知道是“0”还是“1”，所以解码就可能出现问题。

多普勒效应：

多普勒效应是指无线电波在波源快速移向观察者时频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低的现象。在移动通信中，当移动台移向基站时，接收频率变高；原理基站时，频率变低。

终端和基站的相对移动速度越大，频偏越严重，波长越小，频偏越严重。

菲涅尔区：

从电磁波的发射点到接收点的传播路径上，既有直射波、又有发射波和绕射波。直射波和发射波的传播路径差不大的情况下，发射波的电场方向正好与直射波相反，相位差180度，这样发射波将会减弱直射波的信号强度，对传播效果产生破坏作用。

ht为发射端离地面（反射面）的高度；hr为接收端离地面（发射面）的高度，d为发射机和接收机的水平距离。

天线高度较低距离较远时，路径差就会变小，相位变化也会减小，发射波对直射波的影响就会加大。从这一角度上看，天线高度越高越好，传播范围越小越好。因此，在无线工程设计中，在成本允许，干扰可控的条件下，要求基站的天线尽可能高。

在自由空间，从发射点辐射到接收点的电磁能量主要是通过第一菲涅尔区传播的，只要第一菲涅尔区不被阻挡，就可以获得近似自由空间的传播条件，否则电磁波的多径传播就会产生不良影响，导致通信质量下降，甚至通信中断。

阴影效应：

在无线电波的传播路径上，遇到地形不平、高低不等的建筑物，高大的树木等障碍物的阻挡时，在阻挡物的背面，就会形成电波信号场强较弱的阴影区，这一现象叫阴影效应，和可见光的阴影效应类似。

慢衰落与快衰落：

慢衰落是指，在无线电传播过程中，信号强度曲线的中值呈现慢速变化的现象。慢衰落产生的原因有：路径损耗和阴影效应。

快衰落就是接收信号场强瞬时值的快速起伏、快速变化，可细分为：

（1）空间选择性衰落：多径效应引起的不同地点、不同传输路径的衰落特性不一样；

（2）频率选择性衰落：多普勒频移导致了载波频率的偏移，变化了的频率范围可能超出了接收带宽的范围，从而引起信号失真；

           （3）时间选择性衰落，多普勒效应或多径效应可以引起不同信号到达接收点的时间不一样，从而引起信号失真。