《微波技術(shù)與天線》PPT課件

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1、7.1電波傳播的基本概念7.2視距傳播7.3天波傳播7.4地面波傳播7.5不均勻媒質(zhì)的散射傳播習(xí)題第7章電波傳播概論7.1電波傳播的基本概念1.無線電波在自由空間的傳播天線置于自由空間中,假設(shè)發(fā)射天線是一理想的無方向性天線,若它的輻射功率為PΣ瓦,則離開天線r處的球面上的功率流密度為(7-1-1)由此,離天線為r處的電場(chǎng)強(qiáng)度E0值為又假設(shè)發(fā)射天線是一實(shí)際天線,其輻射功率仍為PΣ,設(shè)它的輸入功率為Pi,若以Gi表示實(shí)際天線的增益系數(shù),則在離實(shí)際天線r處的最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)為(7-1-2)(7-1-3)(7-1-4)功率流密度又可以

2、表示為如果接收天線的增益系數(shù)為GR,有效接收面積為Ae,則在距離發(fā)射天線r處的接收天線所接收的功率為將輸入功率與接收功率之比定義為自由空間的基本傳輸損耗:將上式取對(duì)數(shù)得(7-1-5)(7-1-6)(7-1-7)2.傳輸媒質(zhì)對(duì)電波傳播的影響?yīng)?1)傳輸損耗（信道損耗）電波在實(shí)際的媒質(zhì)（信道）中傳播時(shí)是有能量損耗的。這種能量損耗可能是由于大氣對(duì)電波的吸收或散射引起的,也可能是由于電波繞過球形地面或障礙物的繞射而引起的。在傳播距離、工作頻率、發(fā)射天線、輸入功率和接收天線都相同的情況下,設(shè)接收點(diǎn)的實(shí)際場(chǎng)強(qiáng)E、功率PR′，而自由空間的場(chǎng)強(qiáng)為

3、E0、功率為PR，則信道的衰減因子A為(7-1-8)則傳輸損耗Lb為若不考慮天線的影響,即令Gi=GR=1,則實(shí)際的傳輸損耗為式中,前三項(xiàng)為自由空間損耗Lbf；A為實(shí)際媒質(zhì)的損耗。不同的傳播方式、傳播媒質(zhì),信道的傳輸損耗不同。(7-1-9)(7-1-10)(2)衰落現(xiàn)象所謂衰落,一般是指信號(hào)電平隨時(shí)間的隨機(jī)起伏。根據(jù)引起衰落的原因分類,大致可分為吸收型衰落和干涉型衰落。吸收型衰落主要是由于傳輸媒質(zhì)電參數(shù)的變化,使得信號(hào)在媒質(zhì)中的衰減發(fā)生相應(yīng)的變化而引起的。如大氣中的氧、水汽以及由后者凝聚而成的云、霧、雨、雪等都對(duì)電波有吸收作用

4、。由于氣象的隨機(jī)性,這種吸收的強(qiáng)弱也有起伏,形成信號(hào)的衰落。由這種原因引起的信號(hào)電平的變化較慢,所以稱為慢衰落,如圖7-1(a)所示。慢衰落通常是指信號(hào)電平的中值（五分鐘中值、小時(shí)中值、月中值等）在較長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)的起伏變化。圖7–1衰落現(xiàn)象干涉型衰落主要是由隨機(jī)多徑干涉現(xiàn)象引起的。在某些傳輸方式中,由于收、發(fā)兩點(diǎn)間存在若干條傳播路徑,典型的如天波傳播、不均勻媒質(zhì)傳播等，在這些傳播方式中,傳輸媒質(zhì)具有隨機(jī)性,因此使到達(dá)接收點(diǎn)的各路徑的時(shí)延隨機(jī)變化,致使合成信號(hào)幅度和相位都發(fā)生隨機(jī)起伏。這種起伏的周期很短,信號(hào)電平變化很快,故稱為快衰

5、落,如圖7-1(b)所示。這種衰落在移動(dòng)通信信道中表現(xiàn)得更為明顯。快衰落疊加在慢衰落之上。在較短的時(shí)間內(nèi)觀察時(shí),前者表現(xiàn)明顯,后者不易被察覺。信號(hào)的衰落現(xiàn)象嚴(yán)重地影響電波傳播的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可靠性,需要采取有效措施（如分集接收等）來加以克服。(3)傳輸失真無線電波通過媒質(zhì)除產(chǎn)生傳輸損耗外,還會(huì)產(chǎn)生失真——振幅失真和相位失真。產(chǎn)生失真的原因有兩個(gè):一是媒質(zhì)的色散效應(yīng),二是隨機(jī)多徑傳輸效應(yīng)。色散效應(yīng)是由于不同頻率的無線電波在媒質(zhì)中的傳播速度有差別而引起的信號(hào)失真。載有信號(hào)的無線電波都占據(jù)一定的頻帶,當(dāng)電波通過媒質(zhì)傳播到達(dá)接收點(diǎn)時(shí)

6、,由于各頻率成分傳播速度不同,因而不能保持原來信號(hào)中的相位關(guān)系,引起波形失真。至于色散效應(yīng)引起信號(hào)畸變的程度,則要結(jié)合具體信道的傳輸情況而定。設(shè)接收點(diǎn)的場(chǎng)是兩條路徑傳來的相位差為φ=ωτ的兩個(gè)電場(chǎng)的矢量和。最大的傳輸時(shí)延與最小的傳輸時(shí)延的差值定義為多徑時(shí)延τ。對(duì)所傳輸信號(hào)中的每個(gè)頻率成分,相同的τ值引起不同的相差。例如對(duì)f1，若φ1=ω1τ=π,則因二矢量反相抵消,此分量的合成場(chǎng)強(qiáng)呈現(xiàn)最小值；而對(duì)f2,若φ2=ω2τ=2π,則因二矢量同相相加,此分量的合成場(chǎng)強(qiáng)呈現(xiàn)最大值，如圖72(b)所示。其余各成分依次類推。顯然,若信號(hào)帶寬過大

7、,就會(huì)引起較明顯的失真。所以一般情況下,信號(hào)帶寬不能超過1/τ。因此，引入相關(guān)帶寬的概念，定義相關(guān)帶寬:(7-1-11)圖7-2多徑傳輸效應(yīng)(4)電波傳播方向的變化當(dāng)電波在無限大的均勻、線性媒質(zhì)內(nèi)傳播時(shí),射線是沿直線傳播的。然而電波傳播實(shí)際所經(jīng)歷的空間場(chǎng)所是復(fù)雜多樣的:不同媒質(zhì)的分界處將使電波折射、反射;媒質(zhì)中的不均勻體如對(duì)流層中的湍流團(tuán)將使電波產(chǎn)生散射;球形地面和障礙物將使電波產(chǎn)生繞射;特別是某些傳輸媒質(zhì)的時(shí)變性使射線軌跡隨機(jī)變化,使得到達(dá)接收天線處的射線入射角隨機(jī)起伏,使接收信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的衰落。因此,在研究實(shí)際傳輸媒質(zhì)對(duì)電波傳

8、播的影響問題時(shí),電波傳播方向的變化也是重要內(nèi)容之一。7.2視距傳播1.視線距離設(shè)發(fā)射天線高度為h1、接收天線高度為h2（圖7-3）,由于地球曲率的影響,當(dāng)兩天線A、B間的距離r＜rv時(shí),兩天線互相“看得見”,當(dāng)r＞rv時(shí),兩天線互