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电磁波的工作原理概述(电磁波的工作原理)

电磁波的工作原理概述(电磁波的工作原理)

一、电磁波

它是一种电磁能量。绝对零度以上的任何东西都会释放电磁波。电磁和磁力可以说是同一个身体的两面。电流会产生磁场,变化的磁场会产生电流。变化的电场和变化的磁场形成一个不可分割的统一的场。

在低频电振荡中,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部返回原电路,没有任何能量辐射出去;在高频电振荡中,磁电变化很快,所有的能量都能被送回原来的振荡回路,所以电能和磁能随着电场和磁场的周期性变化,以电磁波的形式向空间传播出去,能量可以不通过介质向外传播,这是一种辐射。

二、直达波

类比:在乒乓球这项运动中,很多规律和电磁波的规律非常相似。如果它直接击中球的中心,如果没有障碍物,球将直线运动,就像直波一样。

从发射天线到接收点呈直线的无线电波称为直达波。自由空间无线电波传播是无线电波在真空中的传播,真空是一种理想的传播条件。当电波在自由空间传播时,可以看作是直接波传播,其能量既不会被障碍物吸收,也不会被反射或散射。

三、反射波

类比:让我们还以乒乓球为例。如果被击出的球碰到球台边缘,就会像反射波一样,按照反射角等入射角的规律运行。

应用:高速铁路无线覆盖选站时,要注意电波的入射角度。替代网站可以不能太远,否则入射角太大,对车厢的折射能力降低。一般会选择距离铁路100米左右的场地。

无线信号经地面或其他障碍物反射到达接收点,称为反射波。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁上。反射发生在两种不同密度介质的界面上。界面处介质的密度差越大,反射越大,折射越小。波的入射角越小,反射越小,折射越大。

四、衍射波

类比:以乒乓球为例。如果母球击球后与另一个球相切,根据力度和方向,可以绕过视线内的球,就像衍射一样;

当接收器和发射器之间的无线路径被锐边阻挡时,无线电波绕过障碍物传播的现象称为衍射。当衍射时,波的路径改变或弯曲。屏障表面产生的二次波在空间中散射,甚至在屏障的背面。衍射损耗是各种障碍物对无线电波传输造成的损耗。

五、散射波

类比:让以乒乓球为例(*),假设一个范围内很多球之间的距离不超过一个球。当母球击中这些球的中间时,会激起许多球向不同方向运动,很像散射。

当无线电波通过的介质中存在小于波长的物体,单位体积的势垒数量很大时,就会发生散射;粗糙表面、小物体或其他不规则物体会产生散射波。在实际的通信系统中,树叶、路牌、灯柱都会造成散射。

六、皮肤效果

打个比方:大雨过后,土路中间积满了水,大家只好沿着路边排队。道路有效通行面积因积水减少,影响人的出行效率。

由于导体内部的感抗对交流电的阻碍大于表面,当交流电通过导体时,各部分的电流密度不均匀,导体表面的电流密度大(减少了截面积,增加了损耗)。这种现象被称为趋肤效应。交流电频率越高,趋肤效应越明显。当频率高到一定程度时,可以认为电流完全flo

无线电的多径效应是指信号从发射端到接收端往往有许多延迟和损耗不同的传输路径,可以是直接的、反射的或衍射的现象。不同路径的相同信号在接收端的叠加将增加或减少接收信号的能量。

八、阴影效应

类比:当温暖的阳光照耀大地时,树木和房屋都有阴影。这个影子并不是完全的黑暗,而是一种强度降低很多的光。

在传播路径上,当无线电波遇到不平的地形、高低不一的建筑物、高大的树木等障碍物时。障碍物后面会形成一个电信号强度较弱的阴影区。这种现象被称为阴影效应。

九、菲涅耳区

类比:有时候,人眼最有效的视觉范围也是一个椭球体。椭球外的东西虽然能看到,但不是特别清楚。一个训练有素的射手,他的有效视野范围必须集中在一个他和目标之间半径非常小的椭球体上。

菲涅耳区是一个椭球体,发射和接收天线位于椭球体的两个焦点上。这个椭球的半径就是第一菲涅耳半径。在自由空间中,从发射点到接收点辐射的电磁能量主要通过第一菲涅耳区传播。只要第一菲涅尔带不被遮挡,就可以获得类似于自由空间中的传播条件。

为了保证系统的正常通信,发射和接收天线的高度应满足它们之间的障碍物尽量不超过菲涅尔面积的20%的要求,否则电磁波的多径传播会产生不利影响,导致通信质量下降,甚至通信中断。

十、慢衰落和快衰落

类比:股市下跌过程中,虽然分时曲线波动剧烈,但5周曲线变化缓慢;另一种情况下,股价的分时瞬时值变化剧烈,很像快速下跌。

在无线电波传播过程中,信号强度曲线的中值变化缓慢,称为慢衰落。慢衰落反映的是瞬时值加权平均后的中值,一个中等范围内几百个波长的接收电平的平均变化,一般遵循对数正态分布。

缓慢下降的原因:

1)路径损耗;

2)阴影效应等引起的信号衰落。

快衰落是接收信号的场强波动和快速变化的现象。快衰落是由各种地形、物体、移动体在接收点引起的多径传播信号叠加而成的。由于接收到的多径信号的相位、频率和幅度不同,叠加后的信号幅度波动剧烈。当移动站高速运行时,接收到的无线信号的载波频率范围随时间变化,这也可能导致叠加信号的幅度剧烈变化。

一般的快衰落可以细分为:

1)多径效应引起空间选择性衰落,即不同地方、不同传输路径具有不同的衰落特性;

2)载波频率的变化导致载波宽度的范围超过相干带宽的范围,造成信号失真,称为频率选择性衰落;

3)多普勒效应或多径效应会造成不同信号到达接收点的时间差不同,超过相干时间,造成的信号失真称为时间选择性衰落。

审计唐子红

标签:障碍物信号空间


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