无线信号传播中的衰落现象与应对策略

### 固定无线通信路径中的信号衰落现象解析 #### 1. 大气与频率对信号的影响 大气中的水汽会对信号造成约 3dB 的衰减，不过相较于降雨带来的衰减，这一数值并不显著。然而，接近 60GHz 的频段情况就比较糟糕了，降雨衰减每公里可接近 40dB，再加上约 15dB/km 的干燥空气衰减，使得在该频段且降雨较多的地区，固定无线系统的路径长度通常被限制在 1 公里以内。 #### 2. 地形对信号传播的影响 地形同样会对无线电信号的传播产生影响，可能影响信号传播的地形特征包括树木、山丘、尖锐的突出点、反射面（如池塘、湖泊和海洋）以及人造结构（如建筑物和塔楼）。这些特征可能导致反射或衍射信号到达接收天线。 - **地形反射** 反射信号与直射信号结合形成复合信号，其强度和相位会显著影响所需信号的质量。反射信号的强度取决于发射和接收天线的方向性、天线离地面的高度、路径长度以及反射点处反射信号与入射信号的强度比。反射信号的相位则取决于反射路径长度和反射点处的相移。 反射系数 R 是衡量反射面特性的重要参数。对于高度反射的表面（如水面），垂直极化信号比水平极化信号对频率的依赖性更强。在 2 - 10GHz 频段，水平极化信号在掠射角为 0 到几度时，反射系数接近 1，最大掠射角 90°时降至约 0.8；垂直极化信号在掠射角为 0 时反射系数为 1，掠射角 0.4°时降至约 0.9，6 - 7°时达到最小值约 0.1，90°时回升至约 0.8。在频率高于 3GHz 的水上路径，选择垂直极化可减少 2 - 17dB 的表面反射。 |极化方式|掠射角范围|反射系数变化| | ---- | ---- | ---- | |水平极化|0 - 几度|接近 1| |水平极化|最大掠射角 90°|约 0.8| |垂直极化|掠射角 0|1| |垂直极化|掠射角 0.4°|约 0.9| |垂直极化|掠射角 6 - 7°|约 0.1| |垂直极化|掠射角 90°|约 0.8| - **菲涅尔区** 菲涅尔区是衡量地形特征与无线电信号直射路径接近程度的有效方式。第一菲涅尔区是指反射路径总长度比直射路径长不超过半个波长（λ/2）的区域。第 n 菲涅尔区则是反射路径长度比直射路径长超过 (n - 1)λ/2 但小于 nλ/2 的区域。 菲涅尔区的边界在路径平面上是椭圆，在垂直于路径的平面上是圆形。从直射路径到第 n 菲涅尔区外边界的垂直距离 Fn 可通过以下公式近似计算： \[ F_n = \sqrt{\frac{n\lambda d_{n1}d_{n2}}{d}} \] 其中，\(d_{n1}\) 是路径一端到确定 \(F_n\) 点的距离，\(d_{n2}\) 是路径另一端到该点的距离，\(d = d_{n1} + d_{n2}\)。 当 \(n = 1\) 时，在不同单位下有不同的计算公式： - 当 \(d_{11}\)、\(d_{12}\) 和 \(d\) 以公里为单位，\(f\) 以 GHz 为单位时： \[ F_1 = 17.3\sqrt{\frac{d_{11}d_{12}}{fd}} \text{ m} \] - 当 \(d_{11}\)、\(d_{12}\) 和 \(d\) 以英里为单位，\(f\) 以 GHz 为单位时： \[ F_1 = 72.1\sqrt{\frac{d_{11}d_{12}}{fd}} \text