itu-r建议书

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1、itu-r建议书itu-r建议书ITU-RP.526-10建议书 ITU-RP.526-10建议书 绕射传播（ITU-R第202/3号课题） （1978-1982-1992-1994-1995-1997-1999-2001-2003-2005-2007年） 范围 本建议书介绍了多个模式，以方便读者对收到的场强的绕射效应进行评估。这些模式适用于各 种障碍类型以及不同路径的几何图形。国际电联无线电通信全会， 考虑到 需要提供工程资料以计算绕射路径上的场强，建议 应用附件1中说明的方法，计算绕射路径中的场强，路径可包括球形地球表面或是有着各种障碍的不规则地形。附件1 引言虽然，绕射只发生于大地或其他

2、障碍物的表面，但必须考虑到传输路径上平均的大气 层折射，以估计位于路径中垂直面内的几何参数（绕射角、曲率半径、障碍高度）。为此， 必须以合适的地球等效半径循迹路径剖面（ITU-R P.834建议书）。如果得不到可用的其他 信息，可用8 500 km的地球等效半径作为依据。基本概念无线电波在地球表面上的绕射受地形不规则度的影响。就此而言，在对这种传播机理 进一步研究预测方法之前，本节内将给出几个基本概念。ITU-RP.526-10建议书 2.1 菲涅耳椭圆和菲涅耳区 研究A与B两点之间的无线电波传播时，借助于以称为菲涅耳椭圆的椭圆曲线族划分干 涉空间，所有菲涅耳椭圆的焦点都在A和B上，以使椭圆上

3、的任何点M满足关系式： ABMB AM 其中，n是表征椭圆全体数目的值，n1对应于第一菲涅耳椭圆，依此类推；为波长。作为一个实际规则，假定传播发生于视距（LoS）内，即，如果在第一菲涅耳椭圆内没 有障碍，则忽略绕射现象。在发射机与接收机之间的一个点上，椭圆的半径可近似用前后一致的单位表示为： 分别为计算椭圆半径（m）的点与发射机和接收机之间的距离（km）。对于由一个平面与椭圆曲线族相交的区域，在某些问题上要考虑其菲涅耳区。其中， 阶序n的菲涅耳区是从n和n1的椭圆上分别得到的两个曲线之间的部分。2.2 半阴影区宽度 从明亮到阴暗的过渡区确定出半阴影区。该过渡区发生于沿几何阴暗区边界内的窄条 （

4、半阴影宽度）上。图1示出在平滑的圆形地球面之上高度h处设置发射机场合下的半阴影区 宽度（W），它由下面公式给出： 地球有效半径（m）。ITU-R P.526-10建议书 发射机的绕射区从视距（LoS）距离上延伸，直至完全超出发射机视界之外；视距距离的路径间隔等于第一菲涅耳区半径（R ）的60，而发射机视界之外指对流层散射机理起支配作用的地方。2.4 障碍物表面平滑度标准 如果障碍物表面的不规则度不超出下面公式的h， 波长（m）则可以认为障碍物是平滑的，能应用第3节和第4.2节中所述的方法计算衰减。2.5 孤立的障碍物 如果障碍物本身与周围地形之间没有相互影响，则可以认为该障碍物是孤立的。换言

5、之，路径衰减仅由障碍物导致，其余的地形并无任何作用。这必须满足下面的条件： 障碍物两侧没有镜面反射。2.6 地形类型 依据用以确定地形不规则程度的参数h（见ITU-R P.310建议书）的数值，可将地形分 为三种类型： 平坦地形如果地形不规则度等于或低于0.1R的量级，则地球的该表面可认为是平坦的；其中R是 传播路径中第一菲涅耳区半径的最大值。此种场合下，预测模型是以圆形地球上的绕射（第 3节）为基础的。ITU-RP.526-10建议书 孤立的障碍物传播路径的地形剖面由一个或多个孤立的障碍物构成。此种场合下，依据对传播路径 中遇到的障碍物特性的理想化，应采用第4节中说明的预测模型。起伏地形剖面

6、中包含若干小山丘，但其中没有一个形成突出的障碍。在工作频率范围内，ITU-R P.1546建议书适合用于预测场强，但它不是一种绕射方法。2.7 菲涅耳积分 复数菲涅耳积分由下面公式给出： (7b)通过具体值的积分可以得出复数菲涅耳积分F ()的估值，或是应用下面公式能在大多数情况下给出足够精确的正值 (8b)其中： ITU-RP.526-10建议书 +0.000838386注意到下面的公式，可以给出负值的 圆形地球上的绕射借助于经典的余数数列公式可以计算圆形地球上因绕射造成的附加传输损耗。从国际 电联可以得到计算机程序GRWAVE，它给出完整的方法。该程序中输出的一个子集（天线 贴近地面并在低

7、的频率上）在ITU-R P.368建议书中给出。3.1 视界上路径的绕射损耗 视界上的长距离内，只有余数数列中的第一项是重要的。即使是靠近或是处在视界 上，仅考虑数列第一项的这种近似在大多数场合下都能应用，最大误差约2 dB。这第一项可以写成距离项F与两个天线高度增益项G 之积。第3.1.1和3.1.2节说明如何从简单公式或者从诺谟图中得到这些数据项。3.1.1 数值计算 3.1.1.1 地球表面电特性的影响 地球表面电特性影响绕射损耗的程度可通过计算地球表面导纳的归一化系数K予以确 定，K值的公式如下给出： 在独立单位中： 对于水平极化(11) 对于垂直极化(12) ITU-RP.526-1

8、0建议书 或者，在实际单位中有： 00018 00018 (12a)其中： ITU-RP.526-10建议书 如果K小于0.001，则地球的电特性不重要。K值大于0.001时，应采用下面给出的适当的公式。3.1.1.2 绕射场强公式 相对于自由空间场强E 绕射场强E由下面的公式给出：dB log20 (13)其中，X是在归一化高度Y log20 ITU-RP.526-10建议书 在独立单位中有： (15)或者，在实际单位中有： (15a)其中： 频率（MHz）。是与地面类型和极化方式有关的参数。与K的关系可由下面的半经验公式给出： (16)对于水平极化，在所有频率上值可取为1。对于垂直极化，陆

9、地上的20 MHz之上或者 海面上的300 MHz之上，值可取为1。对于垂直极化，陆地上的20 MHz之下或者海面上的300 MHz之下，必须计算与K之间 的函数关系。然而，此时可以不考虑，写成： (16a)其中，的单位为S/m，f的单位为MHz，k是地球半径的相乘系数。距离数据项由下面的公式给出： log10 11 (17)天线高度增益项G(Y)由下面的公式给出： log20 对于10 log20 log20 10(18c) ITU-R P.526-10建议书 3.1.2诺谟图计算 在相同的近似条件下（余数数列第一项的数值是最主要的），也可应用下面公式进行 计算： log20 dB(19)

10、其中： 天线在圆形地球上方的高度。函数F（与距离相关联）和H（与高度增益相关联）由诺谟图在图3、4、5和6中给出。这些诺谟图（图3至图6）对于k1和k4/3，以及对于约30 MHz以上的频率，直接给出 相对于自由空间的接收电平。这里，k为地球有效半径系数，在ITU-R P.310建议书内规定。然而，对于k为其他值的接收电平，需应用k1的频率刻度进行计算，但应将涉及的频率替 换以假想频率，在图3和图5中假想频率等于f 非常贴近地面的地方，场强实际上与天线高度无关。对于海面上的垂直极化电波，这一现象特别重要。因此，图6中包括一条粗黑的垂直线AB。如果直线与粗黑线AB相交，则 真正的高度应由较大的值

11、取代，以使得直线恰好在A点处接触该界限线的顶部。相对于自由空间的衰减由公式（19）中得到的负值给出。如果公式（19）给出的值高于自由空间场强，则该方法无效。10 ITU-R P.526-10建议书 ITU-R P.526-10建议书 11 12 ITU-R P.526-10建议书 ITU-R P.526-10建议书 13 14 ITU-R P.526-10建议书 3.2 带有子路径绕射的视距路径绕射损耗 在带有子路径绕射的视距路径场合下，考虑余数数列的收敛时要求计算几个数据项， 当相对于自由空间的衰减为零以及可以应用无线电地平线时，在绕射区域的界限（0.6倍第 一菲涅耳区半径的间隔）内进行线性

12、内插。按照这一程序，依据第一菲涅耳区半径（R (20)其中： 视界上的绕射损耗（见第3.1节）。路径间隔由下面公式给出（见图7）： (21a-i)否则 (21f)请注意，上述所有参数应使用前后一致的单位。孤立障碍物上的绕射许多传播路径上遇到一个障碍或几个分离的障碍时，对此类障碍造成的损耗进行估值 是有用的。为进行此种计算，需要将障碍物形状加以理想化，假设厚度可忽略的障碍物像刀 刃，或是假设厚而圆滑的障碍物在顶部具有能明确确定的曲率半径。当然，真正的障碍物具 有较复杂的形状，因而本建议书中提出的假设应只看作是一种近似。在终端之间的直接路径远短于绕射路径的那些场合下，必需计算由较长路径引起的附 加

13、传输损耗。下面给出的数据适用于电波波长与障碍物尺寸相比显得相当小时，也即主要适用于 VHF波段内较短的波长（f 30 MHz）上。ITU-R P.526-10建议书 15 4.1 单个刀刃形障碍物 此种极为理想的场合下（图8a）和8b），全部几何参数均综合在通常以标记的单个 归一化、无量纲的参数中，可假设是根据所选择的几何参数的另一种等效形式： （的符号决定于h和）(24) (25)其中： 绕射角（弧度）；其符号与h的符号相同；角假定小于约0.2弧度，或者大致为12 的符号与上面公式中h的符号相同。和应有独立的单位。16 ITU-R P.526-10建议书 图9示出绕射损耗J()(dB)与的函

14、数曲线关系。J()的公式如下： log20 (26)ITU-R P.526-10建议书 17 其中，C()和S()分别是第2.7节中定义的复数菲涅耳积分F()中的实部和虚部。大于0.78时，从下面的表达式中可得到J()的近似值： dB log20 (27)4.2 单个圆形障碍物 半径R的圆形障碍物的几何形状在图8c）中示出。需要指出，基线之上的距离d 高度h都是对顶点测量的，在障碍物上方投影线于顶点处相交。此种几何形状造成的绕射损耗可如下地计算： dB (28)18 ITU-R P.526-10建议书 其中： J()为顶点处等效刀刃形障碍物尖峰造成的Fresnel-Kirchoff损耗。从公式

15、（22）至（25）的任一个公式中可计算出无量纲参数的值。例如，按实际单位，公式（22） 可写成： (29)其中，h和单位为m，d 单位为km。从图9或公式（27）中可得到J()。需要指出，对于阻挡视距传播的障碍，值为正， 公式（27）有效。dB对于 mn log20 dB对于 mn (30b)以及 、h和具有独立单位。注意当R趋向零时，T(m,n)也趋向零。因此，对于半径为零的圆柱体，公式（28）简化 成刀刃形障碍物上的绕射。障碍物曲率半径可对应于一种抛物体最高点处的曲率半径，只要该抛物体在顶部附近 能与障碍物剖面适配。该抛物体能与障碍物剖面适配时，在此计算方法中要应用的对最高点 的最大垂直距

16、离，应在障碍物所处之处具有第一菲涅耳区半径值的量级。此种计算方法的例 子在图10中示出，其中： (33)其中，r 是与峰脊垂直剖面上样本i相对应的曲率半径。在有N个样本的场合下，障碍物曲率半径的中值由下面公式给出： (34)ITU-R P.526-10建议书 19 4.3 双重孤立的刀刃形障碍物 可以将单个刀刃形障碍物绕射理论构成的方法继续用于两个障碍物上，第一个障碍物 的顶部起电波源的作用，在第二个障碍物上绕射（见图11）。第一绕射路径由距离a、b和高 log10 中的每一个都超过大约15dB时，该公式有效。于是，总绕射损耗由下面公式给 (36)当两个刀刃形障碍物给出类似的损耗时，上面的方法特别有用。20 ITU-R P.526-10建议书 如果其中一个刀刃形障碍物占主导地位（见图12），则第一绕射路径由距离a、b+c和 高度h 确定。可以将单个刀刃形障碍物绕射理论构成的方法继续用于两个障碍物上。首先，由较高 /r比确