为什么天线塔要很高

2018-08-29 来源:朱浩博客 我要评论(0) 字号:

稍微注意一下就会发现,周围的天线塔都很高,或者干脆就在当地的高楼上放一个信号塔。

以前一直都不知道为什么要这么做,只认为是理所当然。

不过最近学习通信原理后,才明白天线塔要比较高的原因。

视距传播了解下

视距传播(line-of-sight propagation,LOS propagation)是指利用超短波、微波作地面通信和广播时,其空间波在所能直达的两点间的传播。其距离同在地面上人的视线能及的距离相仿,一般不超过50km。

频率较高(2MHz~30MHz)的电磁波称为高频电磁波,可以穿透最低的大气电离层,但是会被高层的电离层反射回地面,地面会再将电磁波反射回大气,从而产生天波传播的方式。

而频率高于30MHz的电磁波会直接穿透电离层,我们手机的信号属于超短波,频率远远高于30MHz

手机信号频率

因此手机信号的传播方式属于视距传播。

设天线高度均等于h,地球半径R为6370km,由勾股定理可知:

d2+R2=(h+R)2

D为两天线距离,则有

D2=(2d)2=8Rh

将R的数值带入上式可得

式中:D为收发天线距离(km)

进一步解释塔高的原因

一般收发天线距离为20km~50km,之所以取这个距离,是考虑了很多因素的,比如塔太高成本高、距离太远功率大电费高等等。

而想要视距传输的距离D为50km,由上面推导的公式可以得知,天线的架设高度h为50m。

因此,天线塔总是高高的。(手动点头)

知识延伸

从上文我们知道,视距传播一般距离为50km,那么远距离的传输怎么办呢?这就可以采用无线中继的方法。

四频制

二频制

在视距传播距离为50km的情况下,就可以每隔50km建一个天线塔,然后将信号每隔50km转发一次。而且每座信号塔接收和发出的频率都需要不一样,否则会发生混频的问题,导致信号无法恢复。

从上文的公式推导中可以知道,视距传播的距离和天线架设的高度有关,如果想让视距传播的距离更远,就需要天线架设的更高;但是考虑到天线塔的成本问题,在地面上很难完成,所以可以考虑让天线上天,使用卫星作为转发站(基站),这种方式也被称为卫星通信。

但是卫星通信的延迟比较高,而且卫星成本也不低,毕竟上天还是不容易的,目前正在发展的平流层通信就致力于解决这个延迟问题。

这种项目称作空中基站,目前有的大公司如Google和Facebook就在做这个项目。使用空中基站的优点是非常明显的,可以避免人工铺设光纤网络等基础设施,成本低廉,而且不用担心人为破坏。

但是空中基站仍然存在很多问题,比如如何保持稳定的高带宽、如何维持可靠性强的网络环境,这些都是非常大的问题,因为空中基站处在平流层,会受到天气的影响,空中基站的无线网络技术需要借助微波、毫米波或者FSO(自由空间光通讯系统)实现,但是微波相对拥有较低的电容量;而毫米波和FSO经常会受到天气的影响(毫米波在阴雨天气不能正常工作,FSO的性能会被尘雾影响)。而且空中基站还存在位移不固定的问题,这是地球自转导致的,这是一个非常大的问题,如果两个无线收发器间隔5英里,其中一个偏离正常位置仅仅1°,最后信号到达的目标位置将会比初始位置偏移将近500 英尺。

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