铅框 混凝土墙 走廊的拐角损耗 建筑物 穿过一层 穿过二层 穿过三层 穿过四层 穿过一层 穿过二层 穿过三层
2. 室内特定位置的场强预测
815 815 1300 1300 表3.6 两幢4层楼的平均衰减因子 α2（dB） 办公楼1 12.9 18.7 24.4 27.0 办公楼2 16.2 27.5 31.6 20.4 3.9 8～15 10～15 标准差σ（dB） 7.0 2.8 1.7 1.5 2.9 5.4 7.2 室内特定位置的场强预测可采用射线近似。最简单的射线近似可用来计算从基站到用户的直线射线的路径损耗。更一般的射线方法，可使用二维或三维空间中射线跟踪模型来得到包括墙、天花板和地板反射及透射的预测。
图3.22 路径损耗与楼层间距或楼 图3.23 办公楼内信号强度结果与
层之间的绕射路径的关系 小区预测值之间的比较
由于现代办公建筑通常用混凝土楼板和由金属框架支撑的下垂的天花板构造。天花板很容易被入射波穿透，天花板与楼板间的风道、管道和灯饰等将散射和衰减入射波，测量电波穿透楼板的透射损耗大于10dB。在这种情况下，绕射信号可能更强。图3.22给出了路径损耗与楼层间距或
楼层之间的绕射路径的关系，它说明了某个楼层间距后，绕射路径的重要性。
由于放置于楼板上的桌子、隔板、文件柜和桌椅等将散射无线电波，楼板无镜面反射。这时可用菲涅尔半径来理解路径损耗机制。如果发射天线与接收点足够近，在第一菲涅尔半径范围内无阻挡，则可按自由空间路径损耗模型来预测场强。反之，要考虑阻挡的影响。图3.23画出了在一大型办公楼内对828MHz信号强度的测量结果和小区域平均预测值之间的比较。结果表明：随着距离的增加，路径损失指数增大。
3.4.2室外无线电波传播
1.Hata模型
城市环境下的无线电波传播受地形、建筑物、街道方向和树木等因素影响。预测室外无线电波传播的模型很多，最重要的是Hata模型。Hata模型给出的路径损耗公式为：
L?69.55?26.16lgf?13.82hte?a(hre)?(44.9?6.55lghte)?lgd
上式中，f为频率，150～1500MHz；hte为发射天线的有效高度，30～200m；hre为接收天线的有效高度，1～10m；d为收发天线间的距离，1～20km；a（hre）是接收天线修正因子，是覆盖区大小的函数。
对于中小城市
a(hre)=（1.1lgf－0.7）hre－(1.56lgf－0.8)
对于大城市
a(hre)=8.29(lg1.54hre)2－1.1 f≤300MHz a(hre)=3.2(lg11.74hre)2－4.97 f≥300MHz
对于郊区，上式L的表达式中应减去2[lg(f/28)]2?5.4。对于农村地区，上式L的表达式中应减去4.78(lgf)2?18.33lgf?40.94。
3. 微蜂窝内的场强预测
现代移动通信中，由于电话用户数的增加，基站天线高度降低，基站覆盖半径减小。此时，街道几何形状和建筑严重影响电波的传播特性。
在视距路径上，场强与距离的关系见图3.24所示，断点距离Rb之前，路径损耗公式为
图3.24 视距路径上场强与
距离的关系
L=81.1＋39.41lgf－0.11ghte＋(15.8－5.71lghte)﹒lgd Rb=4htehre×10-3/λ
断点后（d﹥Rb）
L=48.4＋47.51lgf＋25.311ghte＋(32.1＋13.91lghte)﹒(lgd/Rb)
对之字形和阶梯形路径，亦可得到类似公式，详细分析见相关参考文献。
图3.25 基站周围环境对传播的影响
若基站高于建筑物，反射和绕射现象非常重要，见图3.25所示。对于第一菲涅尔区被阻挡的情况，路径损耗公式为
L(d)?10n1lgd?L(d0) 1
df?1?16hh2te2re??(hh)?22te2re?416
上式中，L（d0）为参考距离d0=1m处的路径损耗，单位dB；d为距离，单位为m；n1和n2
为路径损耗指数，它们是发射天线高度的函数，见表3.7。对于无视距情况，路径公式为
L(d)?10nlg(d)?L(d0)
表3.7 n、n1和n2发射天线高度的关系 发射天线高度 3.7m 8.5m 13.3m
3.特定位置的传播预测
对于特定位置的传播预测，接收点场强与反射射线或绕射射线关系密切，见图3.26所示，详细分析见相关参考文献。
1900MHz（视距） n1 n2 σ（dB） 2.18 3.29 8.76 2.17 3.36 7.88 2.07 4.16 8.77 1900MHz（无视距） n σ（dB） 2.58 9.31 2.56 7.67 2.69 7.94
a b
图3.26 矩形街道网的高层建筑环境中通过多次反射a和衍射b方法绕过拐角
3.5天线
3.5.1天线的作用、种类和用途
天线的作用是：发射或接收无线电波，是无线电波的入口和出口。亦即天线将从发射机或传输线送来的高频电流（或导波）能量转换为无线电波能量，或将空间传来的无线电波能量转换为向接收机或其传输线传送的高频电流（或导波）能量。天线发射或接收无线电波的能力与天线大小、工作波长、安装位置和阻抗匹配等特性密切相关。一般说来，天线尺寸大和工作波长短的天线发射或接收无线电波的能力强；天线尺寸小和工作波长长的天线发射或接收无线电波的能力弱；阻抗匹配的天线发射或接收无线电波的能力强；正确安装的天线发射或接收无线电波的能力强。
天线的分类方法很多。按工作性质可分为发射天线、接收天线或发射接收天线；按工作频段可分为长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线和毫米波天线等；按工作原理可分为线天线、面天线和阵列天线等；按工作频带可分为窄带天线、宽带天线和超宽带天线；按极化方式可分为线极化天线、圆极化天线或椭圆极化天线；按馈电方式可分为对称馈电天线和非对称馈电天线；按阻抗特性可分为行波天线和驻波天线；按聚焦特性可分为强方向性天线、弱方向性天线、定向天线和全向天线；按用途可分为通信天线、导航天线、雷达天线和广播天线等。本节将按天线工作频段分类。
天线用途见表3.8所示。天线的选用要根据系统总体指标、工作频率、极化方式和容许体积等因素综合考虑。表3.8同时给出了典型应用系统对天线方向图的要求。
表3.8 天线用途及方向图要求
系统名称 干线通信 应用范围 定点通信、散射通信、卫星通信等 移动台、超短波波段 方向图形状 窄的波束、高增益、低旁瓣 水平面内无方向性、垂直面内较尖锐 天线形式 振子天线阵、反射面天线、透镜天线、菱形天线 以线天线为主 移动通信 广播电视 导航 测向 搜索 炮瞄、跟踪
中波、短波、超短波、微波 短波至微波 短波、超短波 雷达、遥感 雷达 水平面内无方向性、垂直面内较尖锐 各种天线，以线天线为主 无方向性或扁形波束、线天线、面天线、振圆周扫描 子天线阵 心形波束 扇形或特殊赋形波束 针形波束或圆锥扫描 线天线 面天线或天线阵、相控阵 面天线、相控阵、天线阵 3.5.2天线的基本原理
1.元天线的辐射
由麦克斯韦方程知：变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，变化的电场又产生变化的磁场而形成电磁波。若令B???A，则在无限大均匀介质中，由麦克斯韦方程组变换后得
????A(r)?4??jkR???e?vJ(r')Rdv
??????上式中，r'是源点的位置；r是场点的位置；R?r?r'；v为包含源点的任一体积。
分析图3.27所示的电流元模型，电流元电流分布为 ??????Jdv?Jdsdl?ezIdz
??A
计算知此电流元辐射的电磁场为 kI?l1?jkr?H??jsin?(1?)e 4?rjkr???ErI?l2?r2??A??er ??Ar
?e?
cos?(1?1jkr)e?jkr
kI?l11?jkr?E??j?sin?(1??22)e 4?rjkrkr?e?
上式中，1/jkr、1/kr项为感应场；第一项为辐射场（远场区）。若在远场区kr ?1，则
图3.27 电流元的模型
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