电磁场中用的公式和无线传输的术语解释

　　麦克斯韦方程组
　　麦克斯韦方程组是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦，在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程，它有两种表达形式。
　　1.积分形式
　　
　　H表示磁场强度矢量；
　　E表示媒质中感应出的电场强度；
　　B为磁感应强度；D为电位移矢量；
　　J—电流密度矢量；dl—曲线C上的长度元矢量；
　　dS为以曲线C为周界的面积元矢量；dt为时间元；
　　ρ表示体积V内的电荷密度。
　　方程1的物理含义：沿曲线C的传导电流和位移电流之和是以曲线C为周界的磁场强度为H的磁场的源；
　　方程2的物理含义：磁感应强度为场B的磁场在沿曲线C的回路中产生的感应电动势为以曲线C为周界的磁通量的变化率；
　　方程3表示磁场是无源场，穿过任意闭合曲面的磁感应强度的通量为零，暗示了磁单极子不存在；
　　方程4表示电荷守恒定律，即通过任意闭合曲面的电位移通量等于该闭合面所包围的自由电荷的代数和。
　　2.微分形式
　　
　　3.辅助方程
　　
　　ε — 介电常数； μ — 为磁导率；
　　σ — 媒质的电导率。

　　非视距传输
　　
　　非视距最直接的解释是，通信的两点视线受阻，彼此看不到对方，菲涅尔区大于50%的范围被阻挡 。
　　在无线传输中，非视距传输指无线信号从发射点到接收端有障碍物阻挡，不能沿直线进行传播。非视距传输的无线传播损耗比视距传输要增加很多。

　　自由空间传播模型
　　
　　电波在自由空间里传播不受阻挡，不产生反射、折射、绕射、散射和吸收。但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。
　　自由空间传播损耗就是发射点的无线信号在整个球面内均匀的向外扩散，扩散到接收天线处，落在天线的有效接收面积上的能量与发射的总能量的比。

　　射频
　　类比：人若想在空中遨游，可以用飞机作为载体。飞机升空的条件是必须有一定的速度，通过一定长度的机场跑道才能把速度提上去。
　　信息在空中传递，必须有无线电波作为载体，但是无线电波的频率低于100 KHz时，电波就会被地物吸收，而且接收装置也非常复杂。只有达到一定频率的电波才能在空中远距离传送，也容易把信息接收下来。
　　射频就是能够发射出去的高频交变电波，频率范围从300KHz～30GHz之间。
　　能够传送射频信号的传输电缆就是射频线，如工程上使用的馈线。经过调制后的高频无线电波在射频线中传输叫做射频有线传输。射频线和天线连接，射频信号通过天线向空中发射出去或者接收下来。

　超高频UHF
　　超高频：分米波段，指频率为300~3000MHz的特高频无线电波。
　　无线电波分布在3Hz~3000GHz之间，在这个频谱内划分为12个带。在不同频段内的频率传播特性不相同。频率越小，传播损耗越小，覆盖距离越远，绕射能力越强。但低频段频率资源紧张，系统容量有限。高频段频率资源丰富，系统容量大；但频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近，绕射能力越弱，实现的技术 难度越大，系统的成本也相应提高。
　　移动通信系统选择所用频段要综合考虑覆盖效果和容量。UHF频段与其他频段相比，在覆盖效果和容量之间折衷的比较好，被广泛应用于移动通信领域。

　传播损耗
　　
　　类比：做蔬菜长途贩运生意的人都知道，假若从农民手里购买的白菜为每斤1毛钱，加上中间环节的运输费、摊位费、税、包装费等，到了最终消费者手中每斤至少得5毛钱。最终卖菜者赚得钱需要从总营业额中减去所有的利润损耗。
　　给定频率的无线制式，无线传播损耗主要是随距离变化的路径损耗，影响该路径损耗的三种最基本的传播机制为反射、绕射和散射，即有反射损耗、绕射损耗、地物损耗。如果电磁波穿过墙体、车体、树木等等障碍物，还需考虑穿透损耗。如果将手机贴近的人体使用，还需考虑人体损耗等等。
　　路径损耗的环境因子系数n一般随传播环境不同而不同，一般密集城区取4~5，普通城区取3~4，郊区取2.5~3。在实际无线环境中，天线的高度可以影响路径损耗。一般发射天线或接收天线的高度增加一倍，可以补偿6dB的传播损耗。
　　反射损耗随反射表面不同而不同，水面的反射损耗在0~1dB，麦田的反射损耗在2~4dB，城市、山体的反射损耗可达14dB~20dB。

　传播模型
　　传播模型指通过理论或者实测的方式建立的无线电波传播 损耗的数学表达式。实际无线环境中不可能有自由空间那样理想的无线传播条件。在不同的反射、绕射、散射条件的影响下，电波场强中值变化规律非常复杂，很难用简单的数学表达式来计算。
　　目前有两个途径研究传播模型：一是从无线传播理论出发分析所有从发射点到接收点的电磁波得出传播损耗的数学规律；二是在大量测试数据的基础上统计分析出传播损耗的数学规律。

杂散辐射
　　
　　类比：我们的生活小区旁边有一个工地，彻底灯火明亮。安装探照灯主要目的是为了便于巡查从而避免工地的各种物资丢失（工作带宽范围内辐射就可以了）。可是探照灯太亮了，辐射到了我们小区（杂散辐射），影响了我们小区很多人的休息（杂散辐射必然带来干扰）。
　　射频发信机本应该在规定的频率范围内发送无线信号，即发射带内信号；正如探照灯应该主要照射工地范围一样。由于射频发信机内部元器件并非理想器件，存在或多或少的非线性，在发射无线信号的过程中产生了很多非规定频率范围内的信号，即发生了杂散辐射；就像探照灯照到了旁边的生活小区。发射机发射了非自己频率 范围内的信号，就可能对其他通信系统造成干扰，就像工地的探照灯影响了旁边小区居民休息一样。

　　噪声
　　1.噪声
　　类比：繁忙的街道上，人们说话，略微远一点就无法正常交流了。这时候都受到噪声的影响，往来的汽车嘀嘀声（人类之外的噪声），人群的嘈杂声（人类内的 噪声）等等。这些噪声随着环境的不同，大小不同，影响程度也不同，我们无法对某个具体的噪声特定时刻的大小进行预测，但其具有统计概率规律。
　　在无线电波信号处理和传播过程中，也会遇到无法确切预测但有统计概率的干扰信号，这种信号不同于特定频率的无线电波之间的互相干扰，称之为噪声。噪声分为系统内部的噪声和系统外部的噪声。系统内部的噪声包括和环境温度相关的热噪声、电子管工作时产生的噪声，信号与噪声之间的互调产物等等。系统外的噪声来自雷电风雨产生的噪声、汽车的点火噪声、其他用电设备产生的噪声。
　　2.相位噪声
　　类比：从北京飞往上海的航班排好后，每天按照固定的时刻起飞降落，周而复始。但是一天由于天气原因，航班无法正常起飞和降落，很多航班相对正常时间都有所延误。
　　相位噪声就是指在系统内（如各种射频器件）各种噪声的作用下引起的系统输出信号相位的随机变化。描述无线电波的三要素是幅度、频率、相位，频率和相位相互 影响。
　　理想情况下，固定频率的无线信号波动周期是固定的，正如飞机的正常航班一样起飞时间是固定的。在频域内一个脉冲信号（频谱宽度接近0）在时域内是一定频率的正弦波。
　　3.信噪比
　　类比：
　　悟空问沙僧：“你希望什么样的上网的速度？”沙僧回答：“当然是越快越好。”
　　悟空问道：“一比特要你两块钱，你还上不上？” 沙僧嗫嚅道：“不敢上了。”
　　要得到好处的时候，你一定会付出代价。你要考虑的是，你得到好处和付出的代价相比是否合适，也就是性价比的问题。不是好处越多越好，而是性价比越高越好。
　　信噪比简单的说就是有用信号和干扰噪声的比。有用信号在传输的过程中，必然会引入各种噪声，最起码有热噪声。一个射频器件如放大器把有用信号功率放大的同时，必然会放大相应的噪声。
　　信噪比（Signal/Noise），通常以SNR表示，同样射频条件下以功率表示的信噪比是以电压表示的信噪比的平方，工程上一般指的是功率上的比值。如果用分贝（dB）表示，以功率表示的信噪比是以电压表示的信噪比的2倍。
　　4.噪声系数
　　类比：
　　话说八戒和高小姐结婚几年后，悟空问八戒：“怎么样，小日子不错吧！”八戒一脸苦相，说：“别提了，高小姐性价比降低很多了。面色老了很多，脾气坏了很多， 生活懒散了很多，还和我不断地要更高的生活费。”
　　高小姐婚前的性价比比婚后的性价比高出很多倍，这个倍数可以称为婚姻魔盒系数，可以描述婚姻质量。
　　射频器件本身就会加入噪声，输入端信噪比会比输出端的信噪比高一些。输入端信噪比和输出端信噪比之比就是射频器件的噪声系数。
　　NF=10lg（输入端信噪比/输出端信噪比）
　　噪声系数可以衡量接收机、放大器的射频（RF）性能，表示经过射频器件后，信号有用功率的损失和噪声功率的放大。基站的噪声系数大约为3~5dB，而用户移动台的噪声系数大约为7~9dB。
　　5.加性噪声
　　类比：万里黄河是由高山雪水形成的涓涓细流逐渐汇聚而成的，比较重要的源头有三个：一是扎曲，二是约古宗列渠，三是卡日曲。扎曲干涸的时候，卡日曲还有充足的水流。
　　加性噪声是通过功率直接叠加的方式作用于有用信号，它的存在却独立于有用信号，不管有没有有用信号，加性噪声始终存在于射频器件中，影响正常通信的质量。
　　一般通信中把随机的加性噪声看成是系统的背景噪声；从来源来看，加性噪声可分为无线电噪声、工业电噪声、自然噪声、射频器件的内部热噪声。无线电的干扰频率是固定的，可以通过加强了无线电频率的管理尽量规避。工业电噪声来源于各种电气设备，但干扰频谱集中于较低的频率范围，选择较高的工频工作可防止干扰。自然噪声来源于闪电、太阳黑子及宇宙射线等。这类噪声很难避免。内部热噪声由电子器件不规则的热运动引起，在数学上可以用随机过程来描述，又可称为随机噪声。