为什么改变无线电传输中的路径长度会改变接收信号的相位?

信息处理 阶段 同步 多路径 收音机 渠道
2022-02-23 18:16:58

我确实有一个非常幼稚但令人困扰的问题:假设我发送一个正弦信号

Acos(2πft+ϕ0)

通过无线电频道。假设每个接收天线只有一条 LOS 路径,并且没有干扰或其他衰落效应。

接下来,我在距接收器不同距离的两个不同位置接收信号。两个站点接收信号相位会不同吗?

为了加深我的理解

假设我记录了接收到的信号并设置了t=0当信号到达相应的接收器时,分别为每个接收器。每个接收器接收到的信号的相位是否会因距离不同而不同?显然,对于一个观察瞬间(所有接收器在参考时钟上的时间相等),不同站点的相位会有所不同。但是,我的意思是:对于我上面解释的情况(单个接收器时钟),信号相位是否会有所不同?这个问题归结为对电磁波传播的物理现实的理解。假设我跟随波浪并在不同时间“观察”波前;我会一直看到相同的阶段吗?还是信号波的“前沿”在时间和空间中振荡?我真的希望这听起来不会太愚蠢。真的是一个让我很困扰的问题……

3个回答

是的,确实会(尽管我们可以争辩说,它可能不一定适用于所有距离,因为相位是周期性的!)。

在自由空间中,信号以光速传播,因此根据传输的频率设置距离波长:

λ=c/f

其中是以米/秒(或其他选择的单位)为单位的光速,是以 Hz 为单位的信号频率。给定频率的固定音调,在一个波长的距离上具有cf2π

如果通道的介电常数高于给出的自由空间,则波长将减少ϵr1/ϵr

例如,自由空间(或介电常数非常接近自由空间的空气)中的 1 GHz 信号的波长约为米,而在具有聚乙烯电介质的电缆上( ) 将是米。3e8/1e9=0.3ϵr=2.33e8/(1e92.3)=0.198

(对应于弧度的一个波长上的相位)的自由空间中 1 GHz 信号的这种情况,如果您在两个不同位置接收到没有多路径的直接信号,且 cm 两者之间的路径差,预期的相位差将为弧度。 0.3m2π10.21


作为 OP 问题的后续行动;如果在波前到达时处处处的相位将等于信号在发射器处启动时的相位。虽然这有点毫无意义:它相当于测量两个物体的距离,一旦确定了物体的长度,就将距离重置为 0。t=0t=0

接下来,我在距接收器不同距离的两个不同位置接收信号。两个站点接收信号的相位会不同吗?

这取决于接收器使用的时间参考。如果它被认为是相移的,则它需要相对于特定的时间参考。接收信号的相位不是信号的绝对属性。

如果信号像您的示例中那样简单,则接收器无法将两条路径分开,因此它可能会与第一条到达路径同步(因此,当第一条路径开始到达时,即变为。)然后,相位第二到达路径上的信号的时间参考值将相对于来自第一到达路径上的信号的时间参考来考虑。然后,正如其他答案中所解释的那样,您需要波长的精确整数倍,才能将第二条到达路径上的信号感知为相移。t=0

现在,有可以区分两条路径的真实、实用的接收器。例如,在 CDMA 系统中,由于对信号应用 PN 码,可以区分到达 2 条路径的信号。然后,它们可以分开并且不必共享时间参考。因此,在所谓的CDMA系统瑞克接收机中,瑞克接收机的每个“手指”可以时间同步到不同的路径,并且每个都被相干地接收,然后组合。

相位测量取决于参考时间或点。

如果您的时间参考或时钟同步是相同的光速信号,则信号相对于自身的相位为零。

如果您的时钟或时间参考垂直于您的信号广播,那么如果两点之间的距离不是波长的精确整数倍,则相位可能会有所不同。