《微波与天线》08通信第8讲 第3章 自由空间传播及菲涅尔特性
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电波传播的菲涅尔区根据惠更斯一菲涅尔原理,在电波的传输过程中,波阵面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波的波源,这种波源称为二次波源。
而空间任一点的辐射场都是由包围波面的任意封闭曲面上各点的二次波源发出的波在该点相互干涉、叠加的结果。
显然,封闭曲面上各点的二次波源到达接收点的远近不同,这就使得接收点的信号场强的大小发生变化,如图1所示。
为了分析这种变化我们引入菲涅尔区的概念。
图1 二次波源1.空间菲涅尔区如图2所示,自由空间Q点是波源,P点是接收点,以Q、P为焦点的旋转椭球面所包含的空间区域,称为菲涅尔区。
图2中S1是空间的一点,其所在与直线QP垂直的平面截菲涅尔区域得到一个圆C1,该圆半径为:图2 第一菲涅尔区其中d为Q、P点间的距离,d1、d2分别是Q点和P点到圆C1圆心的距离,这个圆所在的菲涅尔区域称为第一菲涅尔区。
在自由空间,从波源Q点辐射到P点的电磁能量主要是通过第一菲涅尔区传播的,只要第一菲涅尔区不被阻挡,就可以获得近似自由空间的传播条件。
为保证系统正常通信,收发天线架设的高度要满足使它们之间的障碍物尽可能不超过其菲涅尔区的20%,否则电磁波多径传播就会产生不良影响,导致通信质量下降,甚至中断通信。
2.“最小”菲涅尔区半径(Fo)该半径(Fo)就是接收点能得到与自由空间传播相同的信号强度时所需要的最小菲涅尔椭球区的半径。
由公式推导可得:只要“最小”菲涅尔区不受阻挡,则可以认为是在自由空间传播。
但是,如果收发两天线的连线与障碍物最高点之间的垂直距离(称为传播余隙HC)小于Fo,则需要考虑障碍物绕射场的影响。
在武汉项目中,波长为0.17m,d为800m,计算最小菲尼尔区f0为3.4m在微波波段,频率很高,无线电波利用视距传播的方式工作。
视距传播是指发射天线和接收天线在相互能看得见的距离内,电波直接从发射点传到接收点的一种传播方式。
具体来说,就是微波波段时,发射点和接收点之间不希望有障碍物阻挡。
微波技术与天线复习知识要点绪论微波的定义:微波是电磁波谱介于超短波与红外线之间的波段,它属于无线电波中波长最短的波段。
微波的频率范围:300MHz~3000GHz ,其对应波长范围是1m~ 微波的特点(要结合实际应用):似光性,频率高(频带宽),穿透性(卫星通信),量子特性(微波波谱的分析)第一章均匀传输线理论均匀无耗传输线的输入阻抗(2个特性)定义:传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗注:均匀无耗传输线上任意一点的输入阻抗与观察点的位置、传输线的特性阻抗、终端负载阻抗、工作频率有关。
两个特性:1、λ/2重复性:无耗传输线上任意相距λ/2处的阻抗相同Z in(z)= Z in(z+λ/2)2、λ/4变换性: Z in(z)- Z in(z+λ/4)=Z02证明题:(作业题)均匀无耗传输线的三种传输状态(要会判断)参数行波驻波行驻波|Γ|010<|Γ|<1ρ1∞1<ρ<∞Z1匹配短路、开路、纯电抗任意负载能量电磁能量全部被负载吸收电磁能量在原地震荡1.行波状态:无反射的传输状态匹配负载:负载阻抗等于传输线的特性阻抗沿线电压和电流振幅不变电压和电流在任意点上同相2.纯驻波状态:全反射状态负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态3.行驻波状态:传输线上任意点输入阻抗为复数传输线的三类匹配状态(知道概念)负载阻抗匹配:是负载阻抗等于传输线的特性阻抗的情形,此时只有从信源到负载的入射波,而无反射波。
源阻抗匹配:电源的内阻等于传输线的特性阻抗时,电源和传输线是匹配的,这种电源称之为匹配电源。
此时,信号源端无反射。
共轭阻抗匹配:对于不匹配电源,当负载阻抗折合到电源参考面上的输入阻抗为电源内阻抗的共轭值时,即当Z in=Z g﹡时,负载能得到最大功率值。
共轭匹配的目的就是使负载得到最大功率。
传输线的阻抗匹配(λ/4阻抗变换)(P15和P17)阻抗圆图的应用(*与实验结合)史密斯圆图是用来分析传输线匹配问题的有效方法。
绪论微波:是电磁波中介于超短波与红外线之间的波段,它属于无线电波中波长最短(频率最高)的波段。
其频率范围从300Mhz (波长1m )至3000GHz (波长0.1m ),分为分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波。
微波的特点:似光性、穿透性、宽频带特性、热效应特性、散射特性、抗低频干扰特性、视距传播特性、分布参数的不确定性、电磁兼容和电磁环境污染。
分析方法:场的分析方法,路的分析方法。
(微波网络)第一章1.微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式传输系统的总称,作用:引导电磁波沿一定方向传输,因此又称为导波系统,其所引导的电磁波被称为导行波。
一般将截面尺寸,形状,媒介分布,材料及边界条件均不变的导波系统称为规则导波系统,又称为均匀传输线。
2.微波传输线分为三种类型,双导体传输线:平行双线、同轴线、带状线、微带线;均匀填充介质的金属波导管,又称为波导:矩形、圆、脊形、椭圆波导; 介质传输线,又称为表面波波导:介质波导、镜像线、单根表面波传输线;2.特性阻抗:传输线上导行波的电压与电流之比,与工作频率有关,负载,信源无关。
Z0=U+/I+=-U-/I- 驻波比min ||max |U |U =ρ=|1|1|T 1|1T -+ 11|1|+-=ρρT 3.传播常数:y=βαj + 相速Vp=βω/ 波长 r Vp ελβπλ/0f //2===4.输入阻抗:Zin=Z0)tan(10)tan(0j 1z jZ Z z Z Z ββ++与工作频率有关 5.无耗传输线阻抗具有2\λ重复性和阻抗变换特性;反射系数也具有2\λ重复性;5.反射系数:+=U UT u z j T z T β2e 1)(-= )2(|1|z z j e T T βφ-=)()(z T z T Z z Zin -+=1)(10)( 0)(0)(z Z z Z i n Z z Z i n T +-=)( 01011Z Z Z Z T +-= 6.行波状态:U(z)=U+(z)=z j A βe 1 I(z)=I+(z)=z j e Z A β01 T=0 1=ρ 结论:沿线电压和电流振幅不变,驻波比为1;电压和电流在任意点上都同相;传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗 7.纯驻波状态:就是全反射状态,即终端反射系数1||1=Γ;包括:短路,开路,纯电抗短路: 沿线各点电压和电流振幅按余弦变化,电压和电流相位相差。
微波与天线结课报告学生姓名:班级:专业:指导老师:2015.11摘要:简述微波天线在通信中应用的广泛性和重要性在对第一菲涅尔区衰落因子和相对余隙等重要因素详细分析的基础上提出选择微波天线时应注意的问题并提出采用分集接收自适应均衡阻抗匹配和避雷保护等技术改善微波天线的性能进而提出微波天线选择的优化方案关键词:微波天线第一菲涅尔区衰落因子分集技术自适应均衡阻抗匹配Abstract: Description of breadth and importance of basic microwave antenna in communication applications in an important factor in the decline of the first Fresnel zone clearance and other factors and relatively detailed analysis of the proposed microwave antenna should be chosen attention to the problem and proposed use diversity receiver adaptive equalization impedance matching and lightning protection technology to improve the performance of the microwave antenna microwave antenna selection and then propose optimizationKey words: microwave antenna of the first Fresnel zone fading factor diversity adaptive equalization impedance matching在微波频段通过地面视距进行信息传播的时候,微波通信技术是一种重要的无线通信手段。