电波传播理论（徐立勤）11绕射损耗预测模型

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1、第11章绕射损耗预测模型在点对点和点对多点的地面无线通信方式屮，传播损耗、场强和接收电平的预测应该采用点对点场强预测模型，其核心是绕射传播模型，计算预测地形地物对无线电波的阻挡损耗，即所谓的绕射损耗。在无线电波传播的路径上，地面、地物对电波的阻挡会引起所谓的绕射损耗，绕射损耗的计算比较复杂，它与与障碍物的形状、高度和电气特性有关，此外，还与障碍所处的位置、近地面大气折射状况、收发天线高度和无线电波的频率有关。障碍物的绕射效应是比较复杂的传播现象，但本章主要偏重于应用，只是给出不同情况下地面障碍绕射损耗的预测计算模型。而有关绕射传播的详细的物理原理可参考第六章。11.1刃峰绕射模型刃形绕射，这

2、是历史上的叫法，它是最简单的绕射传播模型。更准确的说法，应该叫半无限吸收屏绕射，绕射障碍在横向无限延伸、纵向延伸半个空间；绕射屏不散射、不反射无线电波，完全吸收；屏脊尖锐。在实践上，刃形绕射模型很常用。这种物理模型，看起来，作了很多的极端假定，似乎远远偏离了实际的物理世界。但是，事实上，并非如此，许多山峰绕射损耗的实验测量结果却与半无限吸收屏绕射的理论计算结果非常符合。道理非常简单，这就是，根据无线电波通道的费涅尔区理论，对波起影响的主要是射线周围的头几个费涅尔区，而且费涅尔区的半径收敛得非常快，所以这个空间区域在横向和纵向的空间尺度都是很有限的，通常，也就是数十米。由此看来，所谓的半无限屏

3、的假定只不过是虚晃一枪，目的只是为了数学计算的方便而已。所以只要在这有限的空间范围内，作为绕射障碍的山峰，它的山体是粗糙的或者是多树木的，那么，不管山体的坡度和厚度如何，都可近似地被当成是吸收屏。实际上，许多的山峰都符合这些条件。这就是为什么实际的山峰绕射的实验测量结果能够符合理想化半无限吸收屏绕射理论的秘密所在。刃形绕射传播如图10.1(a)和10.1(b)所示，前者代表障碍高于收发点连线TR的情况，电路余隙为正值；后者代表障碍低于收发点连线TR的情况，电路余隙为负值。”0>0a2>0、、N~d2(a)刃型绕射传播，正余隙d2Hc<0(b)刃型绕射传播■负余隙图H.1刃形绕射传播刃形障碍的

4、绕射损耗是电路余隙比的一元函数，在工程实践中可以用以下近似表达式计算［2,3］：L(l=5(如,6/肿()=6.9+20log-0.1)2+1+r-0.1),dB(11.1)其中，余隙比卩可以由障碍点余隙和第一费涅耳半径算出：(11.2)(11.3)比0.707百H=如+HJ+dr(hT+Ht)dTdRF=2dTdR~d~~(11.4)=547.72其中,He——障碍点余隙，米，即障碍顶端相对于电路直视线的髙度，高于直视线为正，低于直视线为负；片——第一费涅耳半径，m；2——波长；f——频率，MHz或GHz；dT——障碍点到第一站的距离，km；dR——障碍点到第二站的距离，km；d=右+d

5、r,电路距离，kmohT——发射天线离地面的高度，gHt——发射站地面的海拔高度，m；hR——接收天线离地而的高度，m；Hr——接收站地面的海拔高度，m；a——地球的真实半径，km；k——等效地球半径因子，当缺乏当地无线电气彖数据时，通常可取k=4/3；H33——障碍点海拔高度，两刃峰和多刃峰障碍在深绕射区的几何光学解可见本书第六章，两刃峰和多刃峰绕射，解析解通常会很复杂，但我们导出的多刃峰绕射儿何光学解的计算公式却并不复杂，计算很方便。在深绕射区，这些儿何光学解是可以使用的。11.2球形地面绕射模型相对于刃型障碍，球形障碍是另一个理想的极端情况。就单个障碍而言，在相同的相对余隙的情况下,刃

6、形障碍的绕射损耗是最小的，球形障碍的损耗是最大的，其它类型的障碍则处于这两者之间。光滑地面对电波的阻挡是一个典型的球而绕射的问题。在马尔可尼实现跨大西洋的远距离无线电传输以后，历史上,球形地面的绕射传播问题曾经是非常热门的课题，人们试图用地面绕射和地波传播的理来论解释超远距离的电波传播现象。11.2.1球面地球绕射损耗的近似表达式球面地球的绕射可以用一个经典的留数级数来表达，当距离较大时，只要取该级数的第一项即可。球面地球的绕射损耗可以近似地表示为[2,3]：FLd=-20log—=F[X(P)]+G[Y(t,P)]+G[Y(厂,P)],dB(11.5)P=H,V以上三式中，Ld——绕射损耗

7、，dB；E——绕射场强；£()——自由空间场强；F[X(P)]——距离项，dB；G[Y(r,P)]——发射站天线高度增益项，dB；G[y(r,P)]——接收站天线高度增益项，dB；T——电路端点，T=t对应于发射端，T=r对应于接收端；P——极化参数，P=H对应于水平极化，P=V对应于垂直极化。11.2.2计算距离项F[X(P)]=11+lOlogX(P)-17.6X(P)(11.6)P=H,VX(P)=2.