西安交大天線課件.ppt

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1、7-1自由空間電波傳播由接收天線理論可知，當接收天線與來波極化匹配并與負載阻抗匹配時，其接收功率為：為坡印廷矢量為接收天線的有效面積為發(fā)射天線的輸入功率為發(fā)射天線的增益為接收天線的增益為自由空間電波的波長設有一天線置于自由空間,在其最大輻射方向上,距離為d處的接收點處，產(chǎn)生的場強為：Friis傳輸公式自由空間傳輸損耗：第七章電波傳播7-2視距傳播7-2-1自由空間電波傳播的菲涅爾區(qū)一、菲涅爾區(qū)在17世紀惠更斯首先提出，波在傳播過程中，波面上的每一點都是一個進行二次輻射球波(子波)的波源，而下一個波面就是前一個波面所輻射的子波波面的包絡面

2、。第一菲涅爾帶Z1是一小凸圓面，從其中心與其邊緣到達P點的波程差為半個波長。由它輻射到P點的場強，可以看成是許多幅度相同、相位由零到180度依次變化的諸矢量之和。各菲涅爾帶在P點的輻射場菲涅爾區(qū)（a）平面上菲涅爾帶；（b）空間菲涅爾區(qū)二、傳播主區(qū)的概念為了獲得自由空間的傳播條件，只要保證在一定的菲涅爾區(qū)域內(nèi)滿足“自由空間的條件”就可以了。工程上常把第一菲涅爾區(qū)和“最小”菲涅爾區(qū)(系指S面上所截面積為第一菲涅爾帶面積S`的那個相應的空間區(qū)域)，當作對電波傳播起主要作用的空間區(qū)域，稱為傳播主區(qū)。令第一菲涅爾區(qū)半徑為F1令最小菲涅爾區(qū)半徑為距

3、離一定時，波長愈小，則傳主區(qū)的半徑愈小，菲涅爾橢球區(qū)也就愈長，最后退化為一直線，這也就是通常認為光的傳播是直線傳播的根據(jù)所在。7-2-2地面對電波傳的影響一、視線距離亮區(qū)半陰影區(qū)陰影區(qū)例題:某電視發(fā)射臺,要求的電視覆蓋區(qū)是以發(fā)射天線為中心,半徑為20公里的一個面積,試確定發(fā)射天線的架設高度(不考慮大氣的影響)。解:最壞的情況是用戶的接收天線架設得非常底(假設為0),為保證用戶落在照明(亮區(qū)),發(fā)射天線的視距應為:地面反射系數(shù)為入射波的射線仰角為大地的相對合電系數(shù)為大地的電導率水平極化垂直極化地面為平面時(水平極化)以上討論的反射系數(shù)的計

4、算是在平面地上得出的,當通信距離較遠時,必須考慮地球曲率的影響，此時應計入電波在球面地上反射時反射波能量的擴散效應。地面擴散因子7-2-3低空大氣層對電波傳播的影響視距傳播方式，無論是地--地或地--空的電波傳播，射線至少有一部分是在對流層中傳播的，因而它必然應到對流層這種傳輸媒質的影響。一、大氣對電波的折射作用對流層是指靠近地面的低空大氣層。在中緯度地區(qū)指從地面算起到10~12km高度的空間區(qū)域。表征對流層物理特性的基本參數(shù)是溫度、濕度和壓強.宏觀觀察,對流層的溫度、濕度是隨著高度升高而下降的，由于大氣密度分布特點，大氣壓強也是隨高度

5、遞減的。實驗證明,對流層的大氣折射率n可近似用下式表式:是大氣折射率;是大氣壓強(mbar);是水汽壓強(mbar);是絕對溫度()定義折射指數(shù):標準大氣的折射指數(shù)的梯度為:大氣的折射分類實際上，電波在大氣層內(nèi)的傳播軌跡都是彎曲的，但是習慣上人們在處理電波傳播問題時，仍是把電波射線當作沿直線傳播的，因而引出了等效地球半徑因子來修正。等效地球半徑因子:在標準大氣折射情況下:7-3天波傳播7-3-1電離層電離層的結構特點在幾十到幾百公里高空，大氣成分主要是氧、氮、氧和氮的分子和原子，在太陽輻射能的作用下，分子或原子中的一個或若干個電子游離出

6、來成為自由電子而發(fā)生電離，使高空形成一個厚度為幾百公里的電離層，電離的程度用電子密度來描述。電離層的變化電離層的異常變化：電離層騷擾,電離層暴電離層騷擾:當太陽耀斑爆發(fā)時,輻射出極強的紫外線和X射線,以光速到達地球(約8分18秒),當穿透高層大氣層到達D層時,可能造成短波通信中斷,由于耀斑爆發(fā)時間很短,因此電離層騷擾持續(xù)時間通常為幾分鐘到幾小時,只發(fā)生在太陽到地球的日照區(qū).電離層暴:太陽耀斑爆發(fā)時,還噴射出大量帶電粒子流,若進入電離層,則使電離層的正常結構發(fā)生劇烈變動,稱為電離層暴.電離層的正常變化：1、日變化日出——正午——黃昏2、季

7、節(jié)變化春分秋分兩次達到最大。3、隨太陽黑子11年周期變化。7-3-2無線電波在電離層中的傳播反射條件將電離層分成許多薄片層，每一薄片層的電子密度是均勻的，當彼此不相等，根據(jù)經(jīng)典電動力學可求得自由電子密度Ne的各向同性均勻媒質的相對介電常數(shù)為：電波垂直入射天空，能被電離層反射的臨界頻率為1、最高可用頻率(MUF)：2、天波靜區(qū)：二、電離層的吸收電波入射到電離層后，電場使自由電子作強迫運動，當運動電子與其它分子碰撞時，就將能量傳遞給中性分子，這樣無線電波的一部分能量就被電離層吸收而轉化為熱耗。電離層是一個隨機、色散、各向異性的有耗媒質。