视线:比眼睛看到的更多
通过特拉维斯McKissack|更新日期:07/21/2016 |评论:0
在设计射频遥测链路时，很多人都知道需要确保发射天线和接收天线之间有一个畅通的视线(LOS)。不幸的是，很多人都不知道这条看似显而易见的法则其实并不像我们看到的那么简单。在这篇介绍性文章中，我将解释LOS到底是什么，以及影响LOS通信的各种因素。为了帮助解释这一点，我将在此过程中介绍一些可能对您来说是新的概念。
什么是视线传播?
无线电信号和光波是电磁辐射的表现形式，它们的主要区别在于频率。在无线电传输中，电磁能量从天线辐射出来，并以不断扩大的球形波阵面序列在空间中传播。尽管能量几乎向各个方向辐射，但电磁波前的某些部分会遵循发射天线和接收天线之间最短、最直接的路径。这种直接路径通常被称为传播的视线(LOS)路径。
哪些因素会影响视线通信?
有许多因素，其中一些不那么明显，会对你的沟通产生重大影响。
反射障碍
从接收天线的角度来看，直接LOS传播路径构成了接收信号的大部分，但通过间接路径传播的波阵面也可能到达接收天线。沿传播路径的物理元件或障碍可能导致传播波前的某些部分被破坏反映了．如果反射波前与直接波前同时到达接收天线，则根据波前的相对相位和振幅，影响可能是接收信号水平的增加或减少。
这些物理元素的例子包括自然或人为障碍，如山脉、建筑、金属结构，甚至中间地形的表面(特别是水体)。
阻碍直接视线路径的障碍
当直视视线完全受阻时，衍射- - - - - -电磁波阵面在障碍物上或周围的弯曲成为波阵面到达接收天线的主要传播机制。相对于直接路径而言，损失可能是巨大的。任何到达位于障碍物阴影中的接收天线的信号都受到障碍物形状和路径几何的严重影响。
- 对于光滑圆形表面的障碍物，比如长满草的山顶，信号可能会完全消失。
- 如果障碍物呈现出尖锐的刀锋型轮廓，如建筑物顶部和一些森林或岩石山顶，传播波前的很大一部分将绕射到障碍物周围或上方。
什么是无阻碍的传播路径?
为了被认为是一个无阻碍的LOS传播路径，垂直于直接LOS路径的最小空间体积必须保持无阻碍。这个必要的隔离区域是通过菲涅耳区概念来定义的。
菲涅耳区可以想象为一个圆的面积，圆心和垂直于一个给定的点位于直接LOS路径上。圆的半径与点在LOS路径上的位置有关，其最大值在中点，最小值在端点。因此，沿LOS路径连续点的菲涅尔区半径所描述的面积是一个椭圆体积。
理论上，在一个给定的点上有无数个同心菲涅耳区，但它是第一个(最内部的)菲涅耳区，定义了一个无阻塞LOS的关键隔离区域。
注意:请记住，菲涅耳区构成了一个三维区域，因此障碍物可以从上方、下方或LOS路径的两侧侵入。
当障碍物侵入第一菲涅尔区但不阻塞LOS路径时，接收信号水平会降低或衰减。当障碍物与LOS路径相切时，信号损失可达6分贝或更多。一个最佳实践是保持至少60%的第一菲涅耳区半径无障碍，以避免接收信号的衰落。
反射或衍射会造成多少信号损失?
一般来说，下列情况适用于传播路径中存在障碍的情况:
- 对于传播路径的第一菲涅尔区是清晰的障碍，信号损失由于反射或衍射是可以忽略的。
- 当第一个菲涅耳区半径的60%以上被遮挡，而直接LOS没有被遮挡时，由于反射造成的信号损失可达6db。
- 对于一个单一的刀口阻塞阻塞直接LOS，但小于LOS上方第一菲涅耳区半径的60%的传播路径，由于衍射导致的信号损失可达14 dB。
- 对于一个单一的刀口阻塞阻塞直接LOS和整个第一菲涅尔带的传播路径，由于衍射造成的信号损失可大于20 dB。
更多的信息
通过阅读这篇介绍性文章，我希望您能明白LOS的概念和一个畅通无阻的LOS的目标不是简单的事情。关于这个主题的更深入的讨论，以及关于如何计算菲涅尔区间隙和反射和衍射造成的损失的信息，我请您回顾“视线障碍”申请说明．
如果你有任何关于LOS的问题，请在下面提出。
关于作者
Travis McKissack(现已退休)是Campbell Scientific, Inc.产品测试组的产品测试工程师，为Campbell的软件和数据通信产品系列提供测试和万博matex网页登录二级支持。他在国防电子和海洋学领域有广泛的系统工程背景，重点是射频系统和数据遥测。
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