無線圖傳可以傳輸多少距離

上回講到了無線通信中影響傳輸距離的幾個因素，包括設備本身因素、輻射因素以及外部因素，在外部因素中，無線電波在傳輸過程中有直射、反射、繞射、散射等多種傳輸方式。無線圖傳一般工作在“視距傳播”方式，無線電波的直射和反射兩種傳播路徑決定了在視距通信中有多少的無線電波能到達接收端。

在工程中，有一個估計的方法，利用一個理論上存在的“菲涅爾區”作為判斷依據。今天我們來揭開“菲涅爾區”的神秘面紗。

菲涅爾區的計算依據其實是一個簡單的幾何題。

首先，我們重溫一下波的特性。波（不僅僅是無線電波）在遇到障礙物發生發射時，波自身振動的方向會發生改變，從下圖可以看出。

我們稱這種現象為波的“相位”發生了180度的變化。反射波的傳播路徑，到達接收點后，與原來直接入射的直射波信號發生了“疊加”。這種疊加分為兩種情況：

減弱：反射波所經過的路程比直射波所多出來的距離，剛好是一個波長的整數倍的情況下，直射波和反射波之間的相位保持著180度的差距，一個在波峰的時刻一個剛好是波谷。這樣，信號就被這種疊加而衰減掉了。

增強：反射波所經過的路程比直射波所多出來的距離，剛好是半個波長的整數倍的情況下，反射波所產生的180度相位差，被路程差所產生的剛好另外180度的相位延遲，給糾正成了和原直射信號一樣的相位。波峰與波峰疊加，波谷和波谷疊加，接收點所獲取到的信號得到增強。

通俗的講，就是無線電波直射波和反射波有時是互相削弱，有時是互相增強的。（題外話：為什么現在越來越多的無線圖傳都是采用雙集接收，使用時兩個接收天線不要離得太近，也是考慮了直射和反射的疊加問題）

理想的情況是，我們要找到無線傳輸路徑，使直射信號和反射信號不會互相削弱，那樣我們傳輸的距離就能更接近理論的最遠值。惠更斯和菲涅爾兩位科學家給了我們結論：發射點和接收點之間所有路程差剛好是半個波長整數倍的反射傳播路徑，是視距傳輸的必要條件。其中，路程差最短的一條，剛好半個波長的1倍的那一組路徑是對視距傳輸信號強度實現保障的最重要的一組。

還是畫個圖來跟大家一起理解一下。

要完成兩個山頭的無線傳輸，反射信號傳輸路徑B與直射信號傳輸路徑A之間的差值不能大于半波長的1倍。可能有人會問，樹再長高一點，只要沒有擋住直射路徑A，還是能夠實現“看得見”的傳輸啊！其實不然，因為路徑B被擋住，不代表反射信號沒有，反射信號在樹尖上多次反射，使路徑B增加，如果剛好B-A為半波長的偶數倍時，實際上是削弱了直射路徑傳輸的信號。

于是，最經典的菲涅爾橢圓是怎么畫出來的就很容易了。兩個山頭的直射信號路徑A確定，設計的無線信號頻率確定后，半波長確定，B-A等于1倍半波長時，B的數值也確定了，那么所有反射路徑B組成的形狀是怎么樣的呢？

是不是很有意思呢？看了很多文章，推公式的有，裝高深的也有，希望這個例子能讓大家理解菲涅爾橢球體是怎么來的。

為了紀念菲涅爾的貢獻，科學家把路程差最短只有半個波長1倍的的那一組反射路徑所形成的這個“橢球區”也成為“第一菲涅爾區”。

在無線傳輸中，菲涅爾區代表了最少存在一條直射路徑和一條“增強型”反射路徑的傳播區域。如果這個區域內有障礙物，使得有可能存在直射路徑或反射路徑不能達成的情況，通信效果將大大地打個折扣，按照常規的無線電信號在自由空間的傳播損耗來估計傳輸距離是嚴重不符合的。

這種障礙物包括高山、高大的建筑物之外，還有一類就是地面。如果發射和接收雙方的天線高度不夠高，通過理論計算出來的菲涅爾區的半徑要大于天線的高度，那么顯而易見，地面形成了一個巨大的障礙物。

下圖第一種情況是第一菲涅爾區沒有被大地遮擋的情況，能實現無線信號的有效傳輸。

因此，合理的天線高度可以保證理論上計算出的菲涅爾區不會觸到地面，從而讓無線通信能夠有效地進行。上面介紹的是平坦地面的情況，如果是起伏的丘陵地形，或者是海面的情況，需要加高天線的高度，使得菲涅爾區高于丘陵的最高高度（或者海浪的最大浪高）。