复习课--天线与电波传播精华
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第一章绪论1.掌握正常的和反常的两种类型传播模式的基本概念;正常的传播机制总是存在,如图1.1所示:反常的传播机制偶然存在,如图1.2所示:2.掌握超短波和微波的主要传播效应。
1、晴空条件下的视距传播——在晴朗天气的情况下,当传播路径两端点之间没有障碍阻挡或者障碍阻挡可以忽略时,超短波和微波按照视距传播。
【视距传播不仅仅是自由空间的传播(即空间扩散损耗);还要计及大气气体对无线电波的吸收损耗(水汽和氧气对电波的吸收损耗)。
晴空大气中,还存在许多其他复杂的重要的视距传播现象(晴空大气中的层结以及湍流不均匀体对无线电波的反射、折射、多径传播、散射、散焦和聚焦效应等等)。
)】2、绕射传播——当传播路径两端点之间的传播余隙小于第一费涅尔半径时,即波传播的空间受到地面地物某种程度的阻挡时,就会产生绕射损耗。
【对于非视距和超视距传播的情况,绕射损耗可以是很严重的。
绕射损耗的大小与频率、余隙、障碍的位置和形状等因素有关。
为了计算因地面地物障碍阻挡引起的对无线电波的绕射损耗,首先必须制作准确的电路地形剖面图,定义和计算相关的几何参数。
在出现负折射的情况下,绕射损耗尤其严重;在超折射条件下绕射损耗则变小。
所以,当气象条件不稳定时,容易出现绕射衰落。
】3、地形、地物的散射和反射4、雨、水凝体和沙尘对电波的散射和衰减5、多径传播和聚焦效应:【多径传播——大气层结的反射和折射以及地面地物的反射和散射使得在接收点所接收到的信号是多条射线合成的总效果。
这些多径射线具有各自不同的相位和幅度,所以多径射线的合成是向量的合成。
并且由于各条射线幅度和相位的随机变化,最终产生所谓的多径衰落现象,这是对无线电通信的质量水平具有非常重要的影响。
聚焦效应——当射线在对流层中传播时,由于大气折射指数的不均匀性会产生聚焦和散焦效应。
聚焦会使信号大大增强,相反散焦会使信号减弱。
聚焦、散焦何时出现和强度如何均与气象条件有关,而气象变化也是随机的。
第4章口径(面)天线4.1惠更斯元的辐射面天线的结构包括金属导体面S′、金属导体面的开口径S(即口径面)及由S0=S′+S所构成的封闭曲面内的辐射源,如图4-1 所示。
由于在封闭面上有一部分是导体面S′, 所以其上的场为零, 这样使得面天线的辐射问题简化为口径面S的辐射,即S0=S′+S→S, 设口径上的场分布E S, 根据惠更斯-菲涅尔原理,, 称为惠更斯元。
把口径面分割为许多面元dS●源SS′图4-1 面天线的原理由面元上的场分布即可求出其相应的辐射场, 然后再在整个口径面上积分便可求出整个口径的辐射场。
下面先来分析惠更斯元的辐射场。
如同电基本振子和磁基本振子是分析线天线的基本辐射单元一样, 惠更斯元是分析面天线的基本辐射单元。
设平面口径上一个惠更斯元d S =d x d y , 若面元上的切向电场为E y , 切向磁场为H x , 则根据等效原理, 面元上的磁场等效为沿y 轴方向放置, 电流大小为H x d x 的电基本振子; 而面元上的电场则等效为沿x 轴方向放置, 磁流大小为E y d y 的磁基本振子。
因而惠更斯元可视为两正交的长度为d y 、大小为H x d x 的电基本振子与长度为d x 、大小为E y d y 的磁基本振子的组合, 如图4 -2 所示, 其中为惠更斯元d S 的外法线矢量。
它的电流矩和磁流矩分别为z ρ图4 –2 惠更斯元zrd S yxnOd y d xH x E yI y l=(H x d x )d y =H x d S I M x l=(E y d y )d x =E y d S类似第1章沿z 轴放置的电基本振子的辐射场,可得沿y 轴放置的电基本振子辐射场为:[]ϕϑληϑθcos sin cos 2a a e r l I j E jkry +−=−[]ϕϕθληϑϕcos sin cos 2a a e rl I j H jkry −−=−同样可得沿x 轴放置的磁基本振子的远区场表达式:[]ϑθϑλϑθcos cos sin 2a a e rl I j E jkrM x+=−(4-1-1)(4-1-2)(4-1-3)[]ϑϑθηλϑθsin sin cos 2a a e rl I j H jkrM x−−=−将式(4 -1 -1)代入上两式, 可得惠更斯元的辐射场为⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++=−)cos 1(cos )cos (sin 2θηϕθηϕλθθx y x y jkry H E a H E a erds E jdE 对于平面波, 有E y /H x =η, 因此上式简化为)cos 1(2θλ+=−jkry erds E jdE 在研究天线方向性时, 通常是关心两个主平面的情况, 所以,我们只介绍面元的两个主平面的辐射。