无线图传可以传输多少距离

无线图传可以传输多少距离

上回讲到了无线通信中影响传输距离的几个因素，包括设备本身因素、辐射因素以及外部因素，在外部因素中，无线电波在传输过程中有直射、反射、绕射、散射等多种传输方式。无线图传一般工作在“视距传播”方式，无线电波的直射和反射两种传播路径决定了在视距通信中有多少的无线电波能到达接收端。

在工程中，有一个估计的方法，利用一个理论上存在的“菲涅尔区”作为判断依据。今天我们来揭开“菲涅尔区”的神秘面纱。

菲涅尔区的计算依据其实是一个简单的几何题。

首先，我们重温一下波的特性。波（不仅仅是无线电波）在遇到障碍物发生发射时，波自身振动的方向会发生改变，从下图可以看出。

我们称这种现象为波的“相位”发生了180度的变化。反射波的传播路径，到达接收点后，与原来直接入射的直射波信号发生了“叠加”。这种叠加分为两种情况：

减弱：反射波所经过的路程比直射波所多出来的距离，刚好是一个波长的整数倍的情况下，直射波和反射波之间的相位保持着180度的差距，一个在波峰的时刻一个刚好是波谷。这样，信号就被这种叠加而衰减掉了。

增强：反射波所经过的路程比直射波所多出来的距离，刚好是半个波长的整数倍的情况下，反射波所产生的180度相位差，被路程差所产生的刚好另外180度的相位延迟，给纠正成了和原直射信号一样的相位。波峰与波峰叠加，波谷和波谷叠加，接收点所获取到的信号得到增强。

通俗的讲，就是无线电波直射波和反射波有时是互相削弱，有时是互相增强的。（题外话：为什么现在越来越多的无线图传都是采用双集接收，使用时两个接收天线不要离得太近，也是考虑了直射和反射的叠加问题）

理想的情况是，我们要找到无线传输路径，使直射信号和反射信号不会互相削弱，那样我们传输的距离就能更接近理论的最远值。惠更斯和菲涅尔两位科学家给了我们结论：发射点和接收点之间所有路程差刚好是半个波长整数倍的反射传播路径，是视距传输的必要条件。其中，路程差最短的一条，刚好半个波长的1倍的那一组路径是对视距传输信号强度实现保障的最重要的一组。

还是画个图来跟大家一起理解一下。

要完成两个山头的无线传输，反射信号传输路径B与直射信号传输路径A之间的差值不能大于半波长的1倍。可能有人会问，树再长高一点，只要没有挡住直射路径A，还是能够实现“看得见”的传输啊！其实不然，因为路径B被挡住，不代表反射信号没有，反射信号在树尖上多次反射，使路径B增加，如果刚好B-A为半波长的偶数倍时，实际上是削弱了直射路径传输的信号。

于是，最经典的菲涅尔椭圆是怎么画出来的就很容易了。两个山头的直射信号路径A确定，设计的无线信号频率确定后，半波长确定，B-A等于1倍半波长时，B的数值也确定了，那么所有反射路径B组成的形状是怎么样的呢？

是不是很有意思呢？看了很多文章，推公式的有，装高深的也有，希望这个例子能让大家理解菲涅尔椭球体是怎么来的。

为了纪念菲涅尔的贡献，科学家把路程差最短只有半个波长1倍的的那一组反射路径所形成的这个“椭球区”也成为“第一菲涅尔区”。

在无线传输中，菲涅尔区代表了最少存在一条直射路径和一条“增强型”反射路径的传播区域。如果这个区域内有障碍物，使得有可能存在直射路径或反射路径不能达成的情况，通信效果将大大地打个折扣，按照常规的无线电信号在自由空间的传播损耗来估计传输距离是严重不符合的。

这种障碍物包括高山、高大的建筑物之外，还有一类就是地面。如果发射和接收双方的天线高度不够高，通过理论计算出来的菲涅尔区的半径要大于天线的高度，那么显而易见，地面形成了一个巨大的障碍物。

下图第一种情况是第一菲涅尔区没有被大地遮挡的情况，能实现无线信号的有效传输。

因此，合理的天线高度可以保证理论上计算出的菲涅尔区不会触到地面，从而让无线通信能够有效地进行。上面介绍的是平坦地面的情况，如果是起伏的丘陵地形，或者是海面的情况，需要加高天线的高度，使得菲涅尔区高于丘陵的最高高度（或者海浪的最大浪高）。