文章目录[隐藏]

• 波段划分
• 不同波段的传播特性。

空气体的介电常数(常见物质的相对介电常数)-07-17 17:20，66技术人员。

在之前的推文中，我们分享了关于5G频段的那些事情。

其实回到频段本身就属于无线电波。伴随人类工业发展而来的无线电，是当今全球通讯的重要方式，至今还没有找到更好的方案。

因为无线电的范围很广，这次我们就从频段的小部分，从频率和频段的角度来分析无线电波。

无线电波是指在自由空(包括空气体和真空之间传播的无线电频段电磁波。无线电波的波长越短，频率越高，在同一时间内传输的信息就越多。无线电波在空中的传播模式如下:直接、反射、折射、穿透、衍射(衍射)和散射。

无线电波介绍。

一种电磁波。频率约为000千赫~ 3000万千赫或波长为30000米~ 10米的电磁波称为无线电波，因为它们是由振荡电路的交流电产生的，可以被天线发射和吸收。

电磁波有很多种，按照频率从低到高的顺序排列:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线。无线电波分布在10KHz到3000GHz的频率范围内。

不同波段的无线电波具有不同的传播特性。

频率越低，传播损耗越小，覆盖距离越远，衍射能力越强。但低频带频率资源短，系统容量有限，因此低频带无线电波主要用于广播、电视、寻呼等系统。

高频带频率资源丰富，系统容量大。但频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近，衍射能力越弱。另外，频率越高，技术难度越大，系统成本也会相应增加。

在选择移动通信系统使用的频带时，应综合考虑覆盖效果和容量。与其他频段相比，UHF频段在覆盖效果和容量之间有更好的折中，因此被广泛应用于手机等终端的移动通信领域。当然，随着移动通信需求的增加和容量的增加，移动通信系统必然会向高频带发展。

无线电波的速度只随传播介质的电和磁特性而变化。无线电波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，因为无线电波和光都属于电磁波。无线电波在其他介质中传播的速度是V=C/sqrt()。其中是传播介质的介电常数。空气体的介电常数非常接近真空，略大于1，所以无线电波在空气体中的传播速度略小于光速，一般认为等于光速。

无线电波的传播

无线电波的传播模式。

对于free 空，由于free 空中没有遮挡，所以电波传播只是直接的，没有其他现象。

至于日常生活中的实际传播环境，地面上有各种各样的物体，使得无线电波的传播具有直射性、反射性、绕射性(衍射性)等。此外，对于室内或火车上的用户来说，一些信号来自无线电波对建筑物的穿透。这些都造成了无线电波传播的多样性和复杂性，增加了研究无线电波传播的难度。

投射性

视线内的直射可以看作是自由空间中传播的无线电波空。直达波传播损耗公式与free 空中的路径损耗公式相同:

PL=32.44+20lgf+20lgd .其中PL为自由空之间的路损，单位为dB。f是载波的频率，单位是MHz。d为发射源到接收点的距离，单位为km。

反射、折射和穿透。

电磁波传播过程中遇到障碍物时，当障碍物的大小远大于电磁波的波长时，电磁波会在不同介质的边界发生反射和折射。此外，障碍物的介质属性也会影响反射。对于不良导体，反射不会带来衰减；对于绝缘体来说，它只反射一部分入射能量，其余部分折射到新的介质中继续传播。对于非理想介质，电磁波穿透介质，即穿透时，介质会吸收电磁波的能量，导致穿透衰减。穿透损耗不仅与电磁波的频率有关，还与穿透物体的材料和尺寸有关。

一般的室内无线电波信号是穿透分量和衍射分量的叠加，其中衍射分量占绝大多数。因此，总的来说，高频信号(如1800MHz)的室内外电平差大于低频信号(800MHz)。而且低频信号进入室内后，由于穿透能力差，在室内经过各种反射后场强分布更加均匀。但高频信号进入房间后，一部分又穿透出去，所以在房间内的信号分布不均匀，让用户感觉信号波动很大。

衍射

当电磁波传播过程中遇到障碍物，并且障碍物的大小接近电磁波的波长时，电磁波可以从物体的边缘衍射。衍射有助于覆盖阴影区域。

分散

当电磁波传播过程中遇到尺寸小于电磁波波长的障碍物，且单位体积内此类障碍物数量很大时，就会发生散射。散射发生在粗糙物体、小物体或其他不规则物体的表面，如树叶、街道标志和灯柱。

无线电波在不同距离的传播。

视线传播

无线电波视线传播的一般形式主要是直达波和地面反射波的叠加，可能增强或减弱信号。

由于地球是球形的，视线传播存在极限距离Rmax，受发射天线高度、接收天线高度和地球半径的影响。

非视距传播

无线电波非视距传播的一般形式包括衍射波、对流层反射波和电离层反射波。

(1)衍射波

衍射波是建筑物或阴影区域的主要信号源。衍射波的强度受传播环境影响很大，频率越高，衍射信号越弱。

②对流层反射波。

对流层反射波产生于对流层。对流层是一种非均匀介质，由于天气条件的影响，它随时间而变化。它的反射系数随着高度的增加而减小。这种缓慢变化的反射系数使无线电波弯曲。对流层反射用于波长小于10m(即频率大于30MHz)的无线通信。对流层反射波是极其随机的。

③电离层反射波。

当无线电波的波长大于1m(即频率小于300MHz)时，电离层就是一个反射体。从电离层反射的无线电波可能有一次或多次跳跃，因此这种传播用于远距离通信。像对流层一样，电离层的特点是持续波动。

陆地移动通信环境中的无线电波特性。

通信环境的复杂性。

由于移动终端的天线高度相对较低，传播路径总是受到地形和人为环境的影响，使得接收信号散射、反射或重叠很多。

通信环境的复杂性体现在地形的多样性、人为建筑的多样性和人为噪声干扰的多样性。例如，在一个被树林包围的地形中，树叶会引起无线电波的大量散射。对于城市环境而言，街道两侧高楼造成的波导效应使街道上沿传播方向的信号增强，而垂直于传播方向的信号减弱，在两者之间的差异可达10dB左右。此外，机动车的点火噪声、电力线噪声、工业噪声等人为噪声也会对接收信号造成干扰。

移动终端的随机移动性。

移动终端总是在移动。即使移动终端不动，周围的环境也在不断变化，比如人和车的移动，风吹树叶等。，这使得基站和移动终端之间的传播路径不断变化。而且，移动终端相对于基站的移动方向和速度的变化会导致信号电平的变化，这只能用随机过程的概率分布来描述。

交流的开放性。

空之间电波传播的开放性导致空之间的干扰严重。常见的有同频干扰、邻频干扰、互调干扰等。随着频率复用系数的增加，同频干扰将成为主要干扰。

传播特性

无线电波从发射地到接收地的传播方式主要有三种:天波、地波和空之间的线性波。每个波的特征如下:

地波:沿地球表面传播的无线电波称为地波。在传播过程中，由于无线电波被地面吸收，传播距离不远。频率越高，地面吸收越大。因此，短波和超短波沿地面传播时，距离相对较短，一般不超过100公里，而中波传播距离相对较长。优点是受气候影响小，信号稳定，通信可靠性高。

天波:大气中电离层反射传播的无线电波称为天波，也称为电离层反射波。发射的无线电波从地面到接收地被电离层反射70-80公里以上，传播距离较远，一般在1000公里以上。缺点是受电离层气候影响较大，发射信号非常不稳定。短波频段是天波传播的最佳频段，渔船配备的短波单边带电台是利用天波传播进行远距离通信的设备。

空之间的线性波:在空之间从发射地向接收地线性传播的无线电波，称为空之间的线性波，也称线性波或视线波。传播距离在视线范围内，只有几十公里。渔船配备的对讲机和雷达都是利用空波间传播进行通信的设备。

横波:无线电波是横波。也就是说，电场和磁场的方向垂直于波的传播方向。当无线电波在空之间传播时，必然会受到大气特别是电离层的影响，从而引起无线电波的折射和衰减。波长越大，折射和衰减越大。

根据无线电波波长的不同传播特性，不同的通信业务使用不同的频段，如导航和固定业务使用长波；中短波用于移动业务；微波用于射电天文学和空之间的通信。

无线电波的特性。

无线电波的衰落特性。

无线电波在传播过程中的衰落是一个非常重要的特征，可以从大、中、小三个尺度来描述。

大尺度用于描述中值信号(区域平均值)。它具有幂律的传播特性，即信号功率的中值与距离长度增加的某个幂成反比。

中尺度用来描述慢衰落。它是叠加在大规模传播特性中值水平上的平均功率变化。当用分贝表示时，这种变化趋于正态分布。

小尺度用来描述快衰落。它通常服从瑞利概率密度函数，也称为瑞利衰落。

多普勒频移

根据多普勒效应，由于无线电波的发射机和接收机之间的相对运动，接收机接收的信号频率和发射机发送的信号频率会有差异，这就是多普勒频移。

多普勒频移符合以下公式:

时间分散和均衡。

时间色散源于反射，反射信号来自距离接收天线几公里外的物体。例如，当基站连续发送“1”和“0”的序列时，如果远反射信号到达移动终端的时间刚好比直接信号晚一位，接收终端就会同时从直接信号中检测到“0”，从反射信号中检测到“1”，从而造成码间干扰，这就是所谓的时间色散。自适应均衡技术可以减少时间离散的影响。

无线电波的传播

无线电波通过介质或介质界面的连续折射或反射从发射点传播到接收点的过程。无线电通信是利用无线电波的传播特性实现的。因此，研究无线电波的传播特性和模式是提高无线电通信质量的重要课题。

波段划分

在通信中，无线电波根据其波长(或频率)被分成不同的波段(或频带)。

不同波段的传播特性。

不同波长(或频率)的无线电波通常具有不同的传播特性，并应用于不同的通信范围。

300公里以内的长波传播主要依靠地波，长距离(2000公里)传播主要依靠天波。使用长波通信时，接收点场强稳定，但面波衰减慢，对其他接收站造成很大干扰。长波也受到天空电的干扰严重。此外，由于发射天线很大，长波很少用于通信和广播，仅用于跨洋通信、导航、天气预报等。

中波由于白天衰减大，被电离层吸收，主要以地波传播。夜间天波参与传播，传播距离比地波长。主要用于船舶和航海通信，2000—200米波长的中波主要用于广播。

短波传播包括地波和天波。但由于短波频率高，地面吸收强，地面面波衰减快，短波的地波传播只有几十公里。天波在电离层中的损耗减少，因此天波经常用于远距离通信和广播。然而，由于电离层不稳定，通信质量差，短波主要用于电话电报通信、广播和业余电台。

超短波传播由于超短波频率高，地波衰减很大，无线电波深入电离层甚至穿出电离层，无线电波无法反射回来，因此无法利用面波和天波的传播方式，主要采用空波间传播。超短波主要用于调频广播、电视、雷达、导航传真、中继和移动通信。电视频道选择在超短波波段(微波和分米波)的主要原因是电视需要更宽的频段(国内为8Mllz)。如果载波频率被选择为相对较低，例如在短波波段，并且中心频率fo=20MHz，则相对带宽f/fo=8/20=40%。如此宽的相对带宽会给发射机、天线和馈线系统、接收机和信号传输带来很多困难，因此选择超短波波段，增加载频来降低相对带宽。

主要沟通方式。

地波传播:无线电波沿地壳表面的传播方式，也称地波传播。地面吸收衰减导致波前倾斜，使得单位距离的吸收衰减率随着传播距离的增加而增加。地面吸收衰减随着频率的增加而增加。地波传播用于中频(中波)以下的频段。

电离层传播:利用电磁波从电离层和地面的一次或多次反射进行传播的传播模式，也称为天波传播。根据高度，电离层分为D、E、F1和F2。每层中间的最大电子密度自下而上增加，而单位时间内电子与中性气体分子的碰撞次数逐层减少。电离层高度和电子密度随季节、昼夜和太阳黑子活动而变化。

无线电波只能在折射率n随高度减小的区域折返到地面，无线电路径最高点的折射率n等于入射角0的正弦函数。有一个最高频率对应一定的折射角，其传播路径的最高点可以达到F2层的最大电子密度区。这个频率被称为最高可用频率MUF。频率超过MUF的无线电波穿透电离层，永远不会返回地面。与最大入射角对应的最高可用频率的最大值约为30兆赫。

由于电离层的吸收和衰减，不同波段的无线电波具有不同的特性，从而形成不同的传播模式。①短波波段:无线电波可通过D、E层到达F层，一般满足条件。吸收衰减与频率的平方大致成反比，因此工作频率应尽可能接近MUF。由于MUF随季节、昼夜和太阳黑子活动周期而变化，工作频率必须相应改变。此外，地壳上导电层的上界面对入射角较大的短波有很好的反射作用，可以将向下的天波转化为向上的天波，从而形成多跳电离层传播模式。②中带:D层白天吸收强，只有夜间有E层存在，才能形成电离层传播模式。③长波段和超长波段:电离层下缘满足条件v，白天d层形成导电层反射面，夜间e层形成介质层反射面，形成地-电离层波导与地壳表面导电层的上下界面。传播衰减主要来自电离层的吸收，衰减值随频率增加，超长波段的传播距离可达数千公里。

电离层散射传播:一种传播方式，利用高度约85公里的电离层不均匀性产生的散射波进行通信。工作频率30 ~ 60兆赫，传播距离800 ~ 2000公里。

对流层散射传播:利用大气湍流气团中无线电波产生的散射波进行超视距通信的传播模式。适用于超短波，通信距离可达数百公里。

对流层视线传播:在低层大气中，直达波传播方式可分为广播通信和点对点通信。在大气折射率随高度增加而减小的正态分布下，直达波的传播路径向下弯曲，地球的等效半径大于实际半径。当大气折射率的异常分布在一定的高度区间内随着高度的增加而增加时，就会形成大气波导，使传播衰减远小于正常的自由空衰减值。短于厘米波段的直达波也会受到雨、雪、云和雾的吸收、雨滴的去极化和不均匀气团的散射的影响。当接收和发射天线之间没有反射屏蔽时，必须考虑地面反射的影响。视线传播是超短波和微波的主要传播方式。广播通信和移动通信的传播距离一般可达60公里，微波中继通信的传播距离一般在50公里左右。

地面空传播:无线电波穿透电离层的直接传播方式。通过电离层的无线电波会受到衰落、吸收、方向变化、传播延迟、频率变化和偏振面旋转等影响。这些影响会随着频率的增加而迅速降低。千兆赫以上的无线电波在穿过大气层时被氧分子和水分子吸收。氧分子的吸收峰出现在60千兆赫。水分子的吸收从15千兆赫的频率开始显著，并且在23千兆赫的频率出现吸收峰。由于自由空之间传播的10 MHz ~ 20 GHz无线电波的衰减受影响较小，因此该频段形成无线电波的大气窗口，适合地面空传播，是卫星通信和空之间通信的唯一传播方式。

回到手机信号的5G频段，属于短波，部分频段属于超短波。感兴趣的朋友其实可以去淘宝或者JD.COM买一台全波段收音机，在空闲暇时间放在阳台上，手动调试无线电波。一般会收到中波和短波。

这就是这条推文的全部内容。我是66年的技术人员。让我们一起来谈谈汽车和技术。

欢迎有类似兴趣的朋友加入我们的微信群，聊聊汽车、科技、热点、生活。也可以关注微信微信官方账号的“66科技资讯”，更新不算快，但支持原创。