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• 波段劃分
• 不同波段的傳播特性。

空氣體的介電常數(常見物質的相對介電常數)-07-17 17:20，66技術人員。

在之前的推文中，我們分享了關于5G頻段的那些事情。

其實回到頻段本身就屬于無線電波。伴隨人類工業發展而來的無線電，是當今全球通訊的重要方式，至今還沒有找到更好的方案。

因為無線電的范圍很廣，這次我們就從頻段的小部分，從頻率和頻段的角度來分析無線電波。

無線電波是指在自由空(包括空氣體和真空之間傳播的無線電頻段電磁波。無線電波的波長越短，頻率越高，在同一時間內傳輸的信息就越多。無線電波在空中的傳播模式如下:直接、反射、折射、穿透、衍射(衍射)和散射。

無線電波介紹。

一種電磁波。頻率約為000千赫~ 3000萬千赫或波長為30000米~ 10米的電磁波稱為無線電波，因為它們是由振蕩電路的交流電產生的，可以被天線發射和吸收。

電磁波有很多種，按照頻率從低到高的順序排列:無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和射線。無線電波分布在10KHz到3000GHz的頻率范圍內。

不同波段的無線電波具有不同的傳播特性。

頻率越低，傳播損耗越小，覆蓋距離越遠，衍射能力越強。但低頻帶頻率資源短，系統容量有限，因此低頻帶無線電波主要用于廣播、電視、尋呼等系統。

高頻帶頻率資源豐富，系統容量大。但頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近，衍射能力越弱。另外，頻率越高，技術難度越大，系統成本也會相應增加。

在選擇移動通信系統使用的頻帶時，應綜合考慮覆蓋效果和容量。與其他頻段相比，UHF頻段在覆蓋效果和容量之間有更好的折中，因此被廣泛應用于手機等終端的移動通信領域。當然，隨著移動通信需求的增加和容量的增加，移動通信系統必然會向高頻帶發展。

無線電波的速度只隨傳播介質的電和磁特性而變化。無線電波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度，因為無線電波和光都屬于電磁波。無線電波在其他介質中傳播的速度是V=C/sqrt()。其中是傳播介質的介電常數。空氣體的介電常數非常接近真空，略大于1，所以無線電波在空氣體中的傳播速度略小于光速，一般認為等于光速。

無線電波的傳播

無線電波的傳播模式。

對于free 空，由于free 空中沒有遮擋，所以電波傳播只是直接的，沒有其他現象。

至于日常生活中的實際傳播環境，地面上有各種各樣的物體，使得無線電波的傳播具有直射性、反射性、繞射性(衍射性)等。此外，對于室內或火車上的用戶來說，一些信號來自無線電波對建筑物的穿透。這些都造成了無線電波傳播的多樣性和復雜性，增加了研究無線電波傳播的難度。

投射性

視線內的直射可以看作是自由空間中傳播的無線電波空。直達波傳播損耗公式與free 空中的路徑損耗公式相同:

PL=32.44+20lgf+20lgd .其中PL為自由空之間的路損，單位為dB。f是載波的頻率，單位是MHz。d為發射源到接收點的距離，單位為km。

反射、折射和穿透。

電磁波傳播過程中遇到障礙物時，當障礙物的大小遠大于電磁波的波長時，電磁波會在不同介質的邊界發生反射和折射。此外，障礙物的介質屬性也會影響反射。對于不良導體，反射不會帶來衰減；對于絕緣體來說，它只反射一部分入射能量，其余部分折射到新的介質中繼續傳播。對于非理想介質，電磁波穿透介質，即穿透時，介質會吸收電磁波的能量，導致穿透衰減。穿透損耗不僅與電磁波的頻率有關，還與穿透物體的材料和尺寸有關。

一般的室內無線電波信號是穿透分量和衍射分量的疊加，其中衍射分量占絕大多數。因此，總的來說，高頻信號(如1800MHz)的室內外電平差大于低頻信號(800MHz)。而且低頻信號進入室內后，由于穿透能力差，在室內經過各種反射后場強分布更加均勻。但高頻信號進入房間后，一部分又穿透出去，所以深圳生活網在房間內的信號分布不均勻，讓用戶感覺信號波動很大。

衍射

當電磁波傳播過程中遇到障礙物，并且障礙物的大小接近電磁波的波長時，電磁波可以從物體的邊緣衍射。衍射有助于覆蓋陰影區域。

分散

當電磁波傳播過程中遇到尺寸小于電磁波波長的障礙物，且單位體積內此類障礙物數量很大時，就會發生散射。散射發生在粗糙物體、小物體或其他不規則物體的表面，如樹葉、街道標志和燈柱。

無線電波在不同距離的傳播。

視線傳播

無線電波視線傳播的一般形式主要是直達波和地面反射波的疊加，可能增強或減弱信號。

由于地球是球形的，視線傳播存在極限距離Rmax，受發射天線高度、接收天線高度和地球半徑的影響。

非視距傳播

無線電波非視距傳播的一般形式包括衍射波、對流層反射波和電離層反射波。

(1)衍射波

衍射波是建筑物或陰影區域的主要信號源。衍射波的強度受傳播環境影響很大，頻率越高，衍射信號越弱。

②對流層反射波。

對流層反射波產生于對流層。對流層是一種非均勻介質，由于天氣條件的影響，它隨時間而變化。它的反射系數隨著高度的增加而減小。這種緩慢變化的反射系數使無線電波彎曲。對流層反射用于波長小于10m(即頻率大于30MHz)的無線通信。對流層反射波是極其隨機的。

③電離層反射波。

當無線電波的波長大于1m(即頻率小于300MHz)時，電離層就是一個反射體。從電離層反射的無線電波可能有一次或多次跳躍，因此這種傳播用于遠距離通信。像對流層一樣，電離層的特點是持續波動。

陸地移動通信環境中的無線電波特性。

通信環境的復雜性。

由于移動終端的天線高度相對較低，傳播路徑總是受到地形和人為環境的影響，使得接收信號散射、反射或重疊很多。

通信環境的復雜性體現在地形的多樣性、人為建筑的多樣性和人為噪聲干擾的多樣性。例如，在一個被樹林包圍的地形中，樹葉會引起無線電波的大量散射。對于城市環境而言，街道兩側高樓造成的波導效應使街道上沿傳播方向的信號增強，而垂直于傳播方向的信號減弱，在深圳生活網兩者之間的差異可達10dB左右。此外，機動車的點火噪聲、電力線噪聲、工業噪聲等人為噪聲也會對接收信號造成干擾。

移動終端的隨機移動性。

移動終端總是在移動。即使移動終端不動，周圍的環境也在不斷變化，比如人和車的移動，風吹樹葉等。，這使得基站和移動終端之間的傳播路徑不斷變化。而且，移動終端相對于基站的移動方向和速度的變化會導致信號電平的變化，這只能用隨機過程的概率分布來描述。

交流的開放性。

空之間電波傳播的開放性導致空之間的干擾嚴重。常見的有同頻干擾、鄰頻干擾、互調干擾等。隨著頻率復用系數的增加，同頻干擾將成為主要干擾。

傳播特性

無線電波從發射地到接收地的傳播方式主要有三種:天波、地波和空之間的線性波。每個波的特征如下:

地波:沿地球表面傳播的無線電波稱為地波。在傳播過程中，由于無線電波被地面吸收，傳播距離不遠。頻率越高，地面吸收越大。因此，短波和超短波沿地面傳播時，距離相對較短，一般不超過100公里，而中波傳播距離相對較長。優點是受氣候影響小，信號穩定，通信可靠性高。

天波:大氣中電離層反射傳播的無線電波稱為天波，也稱為電離層反射波。發射的無線電波從地面到接收地被電離層反射70-80公里以上，傳播距離較遠，一般在1000公里以上。缺點是受電離層氣候影響較大，發射信號非常不穩定。短波頻段是天波傳播的最佳頻段，漁船配備的短波單邊帶電臺是利用天波傳播進行遠距離通信的設備。

空之間的線性波:在空之間從發射地向接收地線性傳播的無線電波，稱為空之間的線性波，也稱線性波或視線波。傳播距離在視線范圍內，只有幾十公里。漁船深圳生活網配備的對講機和雷達都是利用空波間傳播進行通信的設備。

橫波:無線電波是橫波。也就是說，電場和磁場的方向垂直于波的傳播方向。當無線電波在空之間傳播時，必然會受到大氣特別是電離層的影響，從而引起無線電波的折射和衰減。波長越大，折射和衰減越大。

根據無線電波波長的不同傳播特性，不同的通信業務使用不同的頻段，如導航和固定業務使用長波；中短波用于移動業務；微波用于射電天文學和空之間的通信。

無線電波的特性。

無線電波的衰落特性。

無線電波在傳播過程中的衰落是一個非常重要的特征，可以從大、中、小三個尺度來描述。

大尺度用于描述中值信號(區域平均值)。它具有冪律的傳播特性，即信號功率的中值與距離長度增加的某個冪成反比。

中尺度用來描述慢衰落。它是疊加在大規模傳播特性中值水平上的平均功率變化。當用分貝表示時，這種變化趨于正態分布。

小尺度用來描述快衰落。它通常服從瑞利概率密度函數，也稱為瑞利衰落。

多普勒頻移

根據多普勒效應，由于無線電波的發射機和接收機之間的相對運動，接收機接收的信號頻率和發射機發送的信號頻率會有差異，這就是多普勒頻移。

多普勒頻移符合以下公式:

時間分散和均衡。

時間色散源于反射，反射信號來自距離接收天線幾公里外的物體。例如，當基站連續發送“1”和“0”的序列時，如果遠反射信號到達移動終端的時間剛好比直接信號晚一位，接收終端就會同時從直接信號中檢測到“0”，從反射信號中檢測到“1”，從而造成碼間干擾，這就是所謂的時間色散。自適應均衡技術可以減少時間離散的影響。

無線電波的傳播

無線電波通過介質或介質界面的連續折射或反射從發射點傳播到接收點的過程。無線電通信是利用無線電波的傳播特性實現的。因此，研究無線電波的傳播特性和模式是提高無線電通信質量的重要課題。

波段劃分

在通信中，無線電波根據其波長(或頻率)被分成不同的波段(或頻帶)。

不同波段的傳播特性。

不同波長(或頻率)的無線電波通常具有不同的傳播特性，并應用于不同的通信范圍。

300公里以內的長波傳播主要依靠地波，長距離(2000公里)傳播主要依靠天波。使用長波通信時，接收點場強穩定，但面波衰減慢，對其他接收站造成很大干擾。長波也受到天空電的干擾嚴重。此外，由于發射天線很大，長波很少用于通信和廣播，僅用于跨洋通信、導航、天氣預報等。

中波由于白天衰減大，被電離層吸收，主要以地波傳播。夜間天波參與傳播，傳播距離比地波長。主要用于船舶和航海通信，2000—200米波長的中波主要用于廣播。

短波傳播包括地波和天波。但由于短波頻率高，地面吸收強，地面面波衰減快，短波的地波傳播只有幾十公里。天波在電離層中的損耗減少，因此天波經常用于遠距離通信和廣播。然而，由于電離層不穩定，通信質量差，短波主要用于電話電報通信、廣播和業余電臺。

超短波傳播由于超短波頻率高，地波衰減很大，無線電波深入電離層甚至穿出電離層，無線電波無法反射回來，因此無法利用面波和天波的傳播方式，主要采用空波間傳播。超短波主要用于調頻廣播、電視、雷達、導航傳真、中繼和移動通信。電視頻道選擇在超短波波段(微波和分米波)的主要原因是電視需要更寬的頻段(國內為8Mllz)。如果載波頻率被選擇為相對較低，例如在短波波段，并且中心頻率fo=20MHz，則相對帶寬f/fo=8/20=40%。如此寬的相對帶寬會給發射機、天線和饋線系統、接收機和信號傳輸帶來很多困難，因此選擇超短波波段，增加載頻來降低相對帶寬。

主要溝通方式。

地波傳播:無線電波沿地殼表面的傳播方式，也稱地波傳播。地面吸收衰減導致波前傾斜，使得單位距離的吸收衰減率隨著傳播距離的增加而增加。地面吸收衰減隨著頻率的增加而增加。地波傳播用于中頻(中波)以下的頻段。

電離層傳播:利用電磁波從電離層和地面的一次或多次反射進行傳播的傳播模式，也稱為天波傳播。根據高度，電離層分為D、E、F1和F2。每層中間的最大電子密度自下而上增加，而單位時間內電子與中性氣體分子的碰撞次數逐層減少。電離層高度和電子密度隨季節、晝夜和太陽黑子活動而變化。

無線電波只能在折射率n隨高度減小的區域折返到地面，無線電路徑最高點的折射率n等于入射角0的正弦函數。有一個最高頻率對應一定的折射角，其傳播路徑的最高點可以達到F2層的最大電子密度區。這個頻率被稱為最高可用頻率MUF。頻率超過MUF的無線電波穿透電離層，永遠不會返回地面。與最大入射角對應的最高可用頻率的最大值約為30兆赫。

由于電離層的吸收和衰減，不同波段的無線電波具有不同的特性，從而形成不同的傳播模式。①短波波段:無線電波可通過D、E層到達F層，一般滿足條件。吸收衰減與頻率的平方大致成反比，因此工作頻率應盡可能接近MUF。由于MUF隨季節、晝夜和太陽黑子活動周期而變化，工作頻率必須相應改變。此外，地殼上導電層的上界面對入射角較大的短波有很好的反射作用，可以將向下的天波轉化為向上的天波，從而形成多跳電離層傳播模式。②中帶:D層白天吸收強，只有夜間有E層存在，才能形成電離層傳播模式。③長波段和超長波段:電離層下緣滿足條件v，白天d層形成導電層反射面，夜間e層形成介質層反射面，形成地-電離層波導與地殼表面導電層的上下界面。傳播衰減主要來自電離層的吸收，衰減值隨頻率增加，超長波段的傳播距離可達數千公里。

電離層散射傳播:一種傳播方式，利用高度約85公里的電離層不均勻性產生的散射波進行通信。工作頻率30 ~ 60兆赫，傳播距離800 ~ 2000公里。

對流層散射傳播:利用大氣湍流氣團中無線電波產生的散射波進行超視距通信的傳播模式。適用于超短波，通信距離可達數百公里。

對流層視線傳播:在低層大氣中，直達波傳播方式可分為廣播通信和點對點通信。在大氣折射率隨高度增加而減小的正態分布下，直達波的傳播路徑向下彎曲，地球的等效半徑大于實際半徑。當大氣折射率的異常分布在一定的高度區間內隨著高度的增加而增加時，就會形成大氣波導，使傳播衰減遠小于正常的自由空衰減值。短于厘米波段的直達波也會受到雨、雪、云和霧的吸收、雨滴的去極化和不均勻氣團的散射的影響。當接收和發射天線之間沒有反射屏蔽時，必須考慮地面反射的影響。視線傳播是超短波和微波的主要傳播方式。廣播通信和移動通信的傳播距離一般可達60公里，微波中繼通信的傳播距離一般在50公里左右。

地面空傳播:無線電波穿透電離層的直接傳播方式。通過電離層的無線電波會受到衰落、吸收、方向變化、傳播延遲、頻率變化和偏振面旋轉等影響。這些影響會隨著頻率的增加而迅速降低。千兆赫以上的無線電波在穿過大氣層時被氧分子和水分子吸收。氧分子的吸收峰出現在60千兆赫。水分子的吸收從15千兆赫的頻率開始顯著，并且在23千兆赫的頻率出現吸收峰。由于自由空之間傳播的10 MHz ~ 20 GHz無線電波的衰減受影響較小，因此該頻段形成無線電波的大氣窗口，適合地面空傳播，是衛星通信和空之間通信的唯一傳播方式。

回到手機信號的5G頻段，屬于短波，部分頻段屬于超短波。感興趣的朋友其實可以去淘寶或者JD.COM買一臺全波段收音機，在空閑暇時間放在陽臺上，手動調試無線電波。一般會收到中波和短波。

這就是這條推文的全部內容。我是66年的技術人員。讓我們一起來談談汽車和技術。

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總結

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