一、無線電波的基本性質

我們知道，無線電波是由隨時間變化的電場和磁場組成的，電場與磁場相互依存、相互轉化，形成統一的時變電磁場體系。時變電磁場是以波動的形式在空間存在和運動的，因此稱為電磁波或無線電波（注意，嚴格來講，電磁波和無線電波是兩個不同的概念，具體定義詳見下表1-0，無線電波是一種傳播形式的電磁波，而且僅是電磁波的一小部分，即3000GHz以下的部分）。電磁波作為一種物質形式具有能量，當電磁波以波動的形式在空間運動和傳播時，電磁能量以能流的形式在空間中運動和轉移，從而將信息能量從一點傳到另一點。無線電波的電場、磁場及電磁能流之間具有如下一些基本關系和基本性質。

表 1-0：電磁波和無線電波的定義

1、電場、磁場和能流傳輸方向：電場、磁場和能流傳輸方向（即電波傳輸方向）相互垂直，它們之間是一個右手螺旋的關系。即如果將右手除大拇指外的四個指頭并攏從電場E的方向轉到磁場H的方向，則大拇指所指的方向就是電磁波傳播的方向，也就是能流密度S的傳輸方向。

2、特性阻抗：電場強度E的大小與磁場強度H的大小的比值是一個固定值，該值稱為媒質的特性阻抗（或波阻抗），記為Z_C，如表1-2中的式一。對于真空媒質，其特性阻抗Z _C = Z ₀，其計算式如表1-2中的式二。

表 1-2：本文所有計算公式及式中參數的含義

3、電磁能流密度：空間任一點的能流密度S定義為：某一時刻t穿過該點單位面積的功率。對于隨時間做簡諧變化（e ^jωt）的電磁波，經常使用平均能流密度的概念，它是對能流密度在一個周期內求平均值。因此空間任一點平均能流密度S av的定義為：在單位時間里通過單位面積的平均功率（W/m²），S av大小為如表1-2中的式三。

4、無線電波的極化形式：無線電波具有一定的極化形式，波的極化是指電場強度矢量在空間的取向。無線電波有直線極化、圓極化、橢圓極化3種不同的極化形式，其含義詳見下表1-4。直線極化波和圓極化波都可看做橢圓極化波的特例。

表 1-4：無線電波的三種極化形式

5、無線電波的輻射：無線電波是由天線向空間輻射所產生的。輻射后的無線電波在空間傳播，在遠離天線一段距離后的空間是遠場區，在該區的場又稱輻射場。對輻射場，電場強度E和磁場強度H的振幅隨離開天線的距離r的增加而按1 /r的因子減小，輻射場的等相面（或稱波陣面，波前）是以r為半徑的球面。

二、無線電波的傳播方式

陸地無線電波在實際傳播中，在不同的地形地貌和移動速度等的環境下傳播，常表現為直射波、反射波、繞射波、折射波、散射波等多種傳播方式。傳播方式中這些術語的定義與注釋匯總于下表2中。直射波是我們希望的傳播方式，尤其是視距傳播系統中，相對于直射波，其它傳播方式的電波，可能會對直射波形成干擾（或稱干涉）。

表 2：無線電波傳播方式的術語

三、無線電波的傳播形式

根據媒質及不同媒質分界面對電波傳播產生的主要影響，可將無線電波的傳播形式分為以下幾種：

1、地面波傳播：無線電波沿著地球表面的傳播，稱為地面波傳播。其特點是信號比較穩定，但電波頻率越高，地面波隨距離的增加衰減越快。因此這種傳播方式主要適用于長波和中波波段。

2、天波傳播：天波傳播是指電波由高空電離層反射回來而到達地面接收點的這種傳播方式。短波是利用天波進行遠距離通信。

3、散射傳播：散射傳播是利用對流層或電離層中介質的不均勻性或流星通過大氣時的電離余跡對電磁波的散射作用來實現遠距離傳播的。這種傳播方式主要用于超短波和微波遠距離通信。

4、視距傳播：視距(LOS：Line of Sight)傳播是指在發射天線和接收天線間能相互“看見”的距離內，電波直接從發射端傳送到接收端（有時包括有地面反射波）的一種傳播方式，又稱為直接波或空間波傳播。微波波段的無線電波就是以視距傳播方式來進行傳送的，因為微波波段頻率很高，波長很短，沿地面傳播時衰減很大，投射到高空電離層時會穿過電離層而不能被反射回地面。視距傳播大體上可分為3類情況。第一類是指地面上（如移動通信和微波接力傳輸等）的視距傳播；第二類是指地面上與空中目標之間（如與飛機、通信衛星等）的視距傳播；第三類是指空間通信系統之間（如飛機之間、宇宙飛行器之間等）的視距傳播。

非視距（NLOS：non Line of Sight）傳播是相對于LOS而言，短波通信就是一種NLOS傳播。

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三、自由空間的傳播與傳播損耗

1、自由空間傳播

無線電波在均勻的、所有方向都可認為是無限大的理想電介質內的傳播稱為自由空間傳播。自由空間，嚴格來說是指真空，是一種理想情況，無線電波在這種自由空間的傳播過程中不產生波的吸收、散射和反射等現象。實際上是不可能達到這種情況的，通常的自由空間是指充滿均勻、無耗媒質的無限大空間，即該空間具有電導率為零、相對介電常數和相對磁導率均恒為1的特點，但它會受到傳播環境、傳播形式、傳播方式等的影響。此時，我們日常也仍然稱作自由空間傳播。

2、自由空間的基本傳播損耗

電波由發射天線輻射后，能量是向周圍空間擴散的，達到接收天線的能量僅是其中的一小部分，距離越遠，接收天線收到的能量越少，這就是電波在自由空間傳播過程中的衰減，也稱為自由空間的基本傳播損耗，如圖4-2所示。

圖 4-2：計算電波傳播損耗示意圖

在圖4-2中，如果把發射天線放置在A點，發射功率為P _t，把接收天線及設備放在B點，所接收到的功率為P _r，AB間的距離為d，則可以以A點為球心，以d為半徑作一球面，其球面積為4πd²。B點在球面上，因此，在球面上任一點的單位面積所接收到的功率為P_r /4πd²。如果發射天線和接收天線均無方向性，則無方向性接收天線所能接收的有效面積為λ²/4π，λ為所傳電波的波長。所以，在B點的無方向性接收天線所收到的功率為如表1-2中的式四。

于是可定義自由空間的衰減系數L_S為表1-2中的式五或式六；當收發天線間的距離d的單位是km，發射頻率f的單位為GHz，c是波在自由空間的傳播速度時，自由空間的衰減系數L _S則為表1-2中的式七。

例如在微波通信中，天線的方向性是很強的，站間的距離很大（與波長相比），由輻射源發出的電波雖然是球面波，但達到接收天線時已經完全可以認為是平面波了，所以在討論微波通信的電波傳輸時，均是按平面波的情況來分析。

3、傳播損耗的種類

陸地無線電波在自由空間的傳播，并非是理想傳播，其總的傳播損耗，主要產生于下述的損耗種類：一種是擴散損耗（如圖4-2所示）；一種是吸收損耗；一種是干涉損耗；一種是雨衰損耗（當工作頻率（射頻）大于1GHz以上時）。當然根據傳播形式、傳播自然環境等還可能產生其它損耗（如地波傳播的繞射損耗等），其這四種損耗是主要的，這四種類型損耗的釋義詳見下表4-3。

表 4-3：常見自由空間無線電波傳播損耗的釋義

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五、無線電波傳播特性的預測與計算

由于上述所述的無線電波的傳播特性，在各種無線電通信系統的規劃、設計時，依據不同的無線電業務和不同的工作頻段，應對其無線電波的傳播特性進行預測和計算，以保證系統運行時的正常。為此，我國國家標準GB/T 14617.x《陸地移動業務和固定業務傳播特性》系列做出了相應的規定。目前包括3個部分：陸地移動業務的傳播特性；固定業務的傳播特性；視距微波接力通信系統傳播特性。

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