微波無(wú)線(xiàn)傳輸干擾原理

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的日益發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)應用越來(lái)越被各行各業(yè)所接受。微度數字無(wú)線(xiàn)圖像傳輸作為一個(gè)特殊使用方式也逐漸被廣大用戶(hù)看好。其安裝方便、 靈活性強、性?xún)r(jià)比高等特性使得更多行業(yè)的監控系統采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式，建立被監控點(diǎn)和監控中心之間的連接。微度無(wú)線(xiàn)監控技術(shù)已經(jīng)在現代化交通、運輸、水利、 航運、鐵路、治安、消防、邊防檢查站、森林防火、公園、景區、廠(chǎng)區、小區、等領(lǐng)域得到了廣泛的應用，可將監控點(diǎn)的圖像、聲音、控制、報警、管理等通過(guò)無(wú)線(xiàn) 方式實(shí)時(shí)傳輸至幾十公里外的地方。

1、 地面對微波傳播的影響

地面對電波傳播的影響，其中包括有兩個(gè)方面，一是地面的電特性，二是地球表面的物理結構，包括地形起伏、植物和任意尺寸的人造結構等。 地面的電特性可以用三個(gè)參量――磁導率、介電系數和電導率來(lái)表示，他們對地面波的傳播特性有很大的影響。但在微波視距傳播中，天線(xiàn)都是高架的，可以完 全忽略地面波成分，地質(zhì)情況僅影響地面反射波的復合相位。所以說(shuō)，相對而言，地面的幾何結構的影響則是主要的。

2、什么是電波的視線(xiàn)距離

由 于地球是球形，凸起的地表面會(huì )擋住視線(xiàn)。視線(xiàn)所能到達的最遠距離稱(chēng)為視線(xiàn)距離。視線(xiàn)距離是決定于收發(fā)天線(xiàn)的架設高度的。天線(xiàn)架設越高，視線(xiàn)距離越遠，因此 在實(shí)際通信中，應盡量利用地形、地物把天線(xiàn)適當架高。 由于地面是球形的，當電波傳播的距離不同時(shí)，其情況也不相同。我們通常依據接收點(diǎn)離開(kāi)發(fā)散天線(xiàn)的距離分成三個(gè)區域，即亮區，陰影區和半陰影區。

3、地面反射的影響

在視距傳播方式中，收發(fā)兩點(diǎn)之間除有直射波外，還經(jīng)常存在著(zhù)經(jīng)由地面反射或散射后而到達接收點(diǎn)的反射波獲散射波。

地 表面的菲涅爾區：若天線(xiàn)的架設高度比波長(cháng)大得多，而且地面又可視為無(wú)限大的理想導體時(shí)，則地面的影響可以用鏡像法來(lái)進(jìn)行分析。在鏡像天線(xiàn)和接收點(diǎn)之間電波 傳播的主要空間通道，就是一個(gè)以這兩點(diǎn)為焦點(diǎn)的橢球體，該橢球體與地面相交處形成一個(gè)以橢球為邊界的地區。只有這一地區的反射才具有重要意義，而在這一地 區范圍以外所產(chǎn)生的反射或散射在接收點(diǎn)均不產(chǎn)生顯著(zhù)的影響。這一地區就稱(chēng)為反射地面上的有效反射區。工程上常把第一菲涅爾區視為對傳播起主要作用的區域， 因此可以得出相應的地面上小反射區的大小。

當電波在傳播過(guò)程中遇到兩種不同媒質(zhì)的光滑界面，而界面的尺寸又比波長(cháng)達很多時(shí)，就會(huì )發(fā)生鏡面反射。實(shí)際天線(xiàn)輻射的是球面波，但當波源與反射區相距很遠時(shí)，到達反射區的電波可視為平面波，因而可以用平面波的反射定律。

通信距離較近時(shí)，可以不考慮球形地面的影響，而把地面看成是平面地。電波在光滑平面地上傳播的主要特點(diǎn)是直射波和地面反射波在接收點(diǎn)處形成干涉場(chǎng)。

3.2、光滑球面地上的反射

當 通信距離較大時(shí)，地面上有效反射區的范圍也相應增大，這時(shí)就不能再視地面為平面而必須考慮地球的曲率的影響，其一是在利用折射波和反射波干涉的概念計算 接收點(diǎn)場(chǎng)強時(shí)，不能利用式4-17計算，因為這一公式是根據平面地上的反射情況推導出來(lái)的，而在球面地上直射波和反射波的波程差與平面地時(shí)不同，其次是電 波在球面上反射時(shí)有擴散作用，因此必須考慮由此引起的電場(chǎng)強度的變化。

4、粗糙不平地面上的反射

實(shí) 際地面都是起伏不平的，光滑地面是不存在的，所謂鏡面反射只是一種理想情況，但是，從地面的起伏情況對電波傳播的影響程度來(lái)看，波長(cháng)與地面起伏高度 之比則具有決定性的意義，例如，起伏高度為幾百米的丘陵地帶，對超長(cháng)波來(lái)說(shuō)可以認為是十分平坦的地面。但對分米波特別是厘米波來(lái)說(shuō)，即是地面有一位小的起 伏，它就能與波長(cháng)向比擬，而對電波傳播產(chǎn)生重大的影響，因此，我們必須首先明確地面尚可視為光滑地面的標準，若地面嚴重凹凸不平，則粗糙地面對電波的反射 不再是幾何光學(xué)的鏡面反射，而是向各個(gè)方向漫反射，這種漫反射的反射波能量發(fā)散到各個(gè)方向，其作用相當于反射系數降低。如果地面非常粗糙，則可忽略反射 波，除了很少例外，實(shí)際地面對電波的反射均屬于半散射情況，既有鏡面反射的成份又有漫反射的成分。地面越粗糙，波長(cháng)越短，則漫反射的成分越突出，鏡面反射 的成分越弱。在相同的條件下，顛簸的投射角越小，則鏡反射成分越強。

實(shí)際上，影響反射系數大小的因素是多方面的，不僅地面的起伏高度影響反射稀疏，而且這種起伏分布的疏密程度和地面電參數也影響著(zhù)反射系數；對于不同的極化波，反射系數也不一樣。

只有很平的地面才接近于鏡面反射；地面上生長(cháng)的各種植物，一般使鏡面反射系數下降；頻率越高，電波投射角越大，則漫反射的成分就越強。

5、實(shí)際球面地上的繞射傳播

由于地面是球形的，有時(shí)因天線(xiàn)架設高度不高，或通信距離較遠，接收點(diǎn)落入陰影區或半陰影區范圍，則電波傳播的路徑將要受到地球突起高度的阻礙產(chǎn)生較大的繞射損失。為了判定球形地面對電波傳播的阻擋作用，我們必須估算地球的凸起高度。

地 球表面由于有山崗、丘陵、凹地、建筑物等等，所以地面形狀與光滑球面地有很大的區別。即使地球球面凸起高度對電波傳播不起阻擋作用，地面上的山地丘陵等還 會(huì )有一定的影響。因此，還需要引入另外一個(gè)物理量――傳播余隙。所謂傳播余隙，系指收發(fā)兩天線(xiàn)線(xiàn)的聯(lián)線(xiàn)與地形障礙物最高點(diǎn)之間的垂直距離。

電 波繞過(guò)傳播道路上障礙物的現象就稱(chēng)為繞射，當電波眼光滑地面從一點(diǎn)傳播到另一點(diǎn)時(shí)，連線(xiàn)所確定的球冠部分就是這種障礙。顯然，路徑中點(diǎn)處的地球凸起高度最 大。從電磁學(xué)的基礎知識可知，只有當障礙物大小與波長(cháng)接近時(shí)，繞射線(xiàn)香菜顯著(zhù)。因此，對微波而言，沿光滑球面的繞射是極其微弱的。

由于微波 繞射傳輸損耗是嚴重的，因而在實(shí)際通信線(xiàn)路中應該避免接收點(diǎn)落入陰影區內，這就要求提高天線(xiàn)的架設高度。工作中，只要把其中一個(gè)天線(xiàn)升高，就能有效的降低 或避免球面繞射損耗。這時(shí)菲涅爾橢球區是傾斜的，最近地面出的第一菲涅爾區半徑減小，而在該處的地球凸起高度也比路徑中點(diǎn)處的小，因此地面不以伸進(jìn)第一菲 涅爾區。當兩天線(xiàn)高度相同時(shí)，在路徑中點(diǎn)處的菲涅爾區半徑最大，地球凸起高度也最高，這對避免球面地的繞射損耗是最不利的。

在處理山脊繞射時(shí)，一般采用一個(gè)半無(wú)限大金屬導體屏來(lái)代替刃形山脊，可以求出確定的函數表示式，以便估算世紀山峰對超短波、微波所引起的繞射傳輸損耗。

綜上所述，地形對電波傳播的影響主要表現為地面的反射和對障礙物的繞射。其影響的情況可以通過(guò)三個(gè)參量來(lái)表示，即（1）收發(fā)之間的直射線(xiàn)與電路最高點(diǎn)之間的余隙值。（2）地面反射系數值。（3）表示障礙物寬度和位置的參數值。

6、散射通信的基本概念及特點(diǎn)

散射通信是利用空間媒質(zhì)的不均勻性對電波的散（反）射作用，實(shí)現超視距傳播的一種通信方式。目前有對流層散射、電離層散射、流行余跡散射通信及人造射層通信等方式，其中以對流層散射通信應用的較為普遍。

對 流層是大氣層中的最底層，通常是指從地面算起到搞達13千米多的區域。被太陽(yáng)輻射受熱的地面通過(guò)大氣的垂直對流作用，使對流層加熱。一般情況下，對流層 的溫度、壓強、水氣壓都是隨高度的增加而減小，在某些情況下，也可能出現溫度隨高度增加而增加的現象，形成逆溫層，此外，由于上升氣流的不均勻性而形成許 多渦旋氣團，使溫度、濕度不斷變化，在渦旋氣團內部及其周?chē)慕殡娤禂担ɑ蛘凵渲笖担┯呻S機的小尺度起伏，形成了所謂的不均勻的介質(zhì)團。當超短波、微波無(wú) 線(xiàn)電波投射其上時(shí)，就引起散射現象。

利用對流層對電波的散射作用而進(jìn)行的通信，稱(chēng)為對流層散射通信。由于散射波相當微弱，即傳輸損耗很 大，（一般超國200分貝），因此，對流層散射通信要采用大功率發(fā)射機、高靈敏度接收機和高增益天線(xiàn)，這種通信方式，通信容量較大，可靠性較高，單跳跨距 可達300~500千米，一半用于無(wú)法建立微波中繼站的地區，例如用于海島之間或跨越湖泊、沙漠、雪山等地區。

7、對流層的電氣特性

因 為對流層折射指數N使大氣的氣象參數--大氣壓強p、溫度T、和水汽壓強e決定的。在有些氣象條件下，在某一高度范圍內的大氣溫度、濕度出現明顯的變化， 特別是當出現逆溫時(shí)，隨著(zhù)高度的增加溫度上升，使折射指數N急劇下降，形成有明顯邊界的突變層，由于各種氣象原因引起的突變層，有較穩定結構和偶發(fā)性?xún)?種，前者持續時(shí)間長(cháng)可達幾小時(shí)，而偶發(fā)性的突變層一旦出現后，維持時(shí)間不長(cháng)約為數分鐘，但出現次數頻繁 ，層的厚度可以從幾米到你百米，其水平尺度一般為幾千米。

在對流層中除了有規則的空氣流動(dòng)外，還經(jīng)常存在著(zhù)湍流運動(dòng)。一般說(shuō)來(lái)，和液體一 樣，氣體的運動(dòng)可以是片流，也可以是湍流。片流的特征是有規則性，一層相對于另一層，以一定的速度運動(dòng)，而湍流是及不規則的，在任何時(shí)刻，空間任一點(diǎn)出的 氣流速度都是以隨機方式，在某平均值附近脈動(dòng)，并且這種脈動(dòng)速度可以和平均速度向比擬。

對流層中折射指數或介電系數的起伏是一隨機過(guò)車(chē)程，它既是時(shí)間的隨機函數，又是空間的隨機函數。隨機過(guò)程的研究通常是用相關(guān)函數或空間普密度來(lái)進(jìn)行，而衡量大氣湍流強弱的一個(gè)重要統計量是介電系數的起伏強度。

通常，用來(lái)表征對流層湍流特性的參數主要有兩個(gè)：即介電系數的起伏強度和湍流團的平均尺寸。介電系數起伏在空間的變動(dòng)，可以看作是無(wú)限多空間諧波分量之和，相應的譜密度稱(chēng)為空間譜，氣地頻分量攜帶著(zhù)最大的能量，而更小尺寸的渦旋則有很小的能量。

由于空間譜和相關(guān)函數是一對傅里葉變換，因此，對流層中無(wú)線(xiàn)電波的散射過(guò)程既可以從相關(guān)函數出發(fā)進(jìn)行討論，也可以從空間譜的概念出發(fā)進(jìn)行研究。

8、衰落現象

在近距離，產(chǎn)生衰落的主要原因是晚上天波和地波同時(shí)存在，因電離層的電子濃度及其高度隨機變化，使天波的射程也隨即改變，接收點(diǎn)處的天波和地波電場(chǎng)間的相位差也跟著(zhù)改變，從而使合成場(chǎng)強產(chǎn)生衰落。當接收點(diǎn)在地面波傳播范圍以外，則衰落是由不同反射次數的天波引起的。

9、信號場(chǎng)強的日變化

信號場(chǎng)強具有明顯的日變化,這是中波傳播的特點(diǎn)之一。因為白天場(chǎng)強完全由地面波決定，晚上則增加了天波成分。根據天波與地波場(chǎng)強的相對大小，可分為三個(gè)區域：

9.1、在離開(kāi)發(fā)射機較近的區域，即使在夜間，地面波場(chǎng)強也遠大于天波成分，故接收點(diǎn)場(chǎng)強幾乎與晝夜無(wú)關(guān)。
9.2、在略遠地區，白天接收場(chǎng)強決定與地面波而夜晚由于天波出現，其場(chǎng)強可與地面波相比，故使合成場(chǎng)強產(chǎn)生衰落現象。
9.3、在很遠地區，白天地面波不能到達，晚上則可以收到很強的天波信號。在北緯地區的冬季電離層吸收不很大，即使在白天也可收到一定強度的信號。

10、信號場(chǎng)強的年變化

由 于反射中波的電離層--E區的電子濃度夜間幾乎與季節無(wú)關(guān)，故信號場(chǎng)強年變化很小。而白天的電子濃度則有顯著(zhù)的季節變化，即夏季白天電子濃度比冬季白天 大，因此電離層吸收也較大。另外，在北半球的溫帶地區，夏季是一年內有較多雷雨的季節，強烈的雷雨活動(dòng)使噪聲電平劇烈增大，所以夏季白天天波傳播情況不 佳，信噪比較冬季低得多。

11、其他因素的影響

11.1、太陽(yáng)活動(dòng)11年周期對中波傳播影響不大，隨著(zhù)太陽(yáng)活動(dòng)的增大，場(chǎng)強衰減僅略有增加。
11.2、電離層暴變的影響：與長(cháng)波一樣，電離層暴變對中波傳播的影響也極小。
由電離層的非線(xiàn)性引起的交叉調制現象--盧森堡效應。