微波天线在通信技术上的应用与前景.doc

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1、微波天线在通信技术上的应用与前景摘要:人类在进入21世纪以来，借助计算机的强大功能，通信变得极为方便。不管你在什么地方，不论你们相隔多远，你都可以把自己的信息传递给某一个或者多个人。手机、可视电话、电脑等产品让这个传递过程变得很简单。其实不论你用什么样的工具，进行多远距离的信息传递，它都离不开通信天线的帮忙，它是通信系统中必不可少的部分。其中最普遍，最常用的就是微波天线。本文就微波天线的选择和优化两个方面带领大家认识、了解微波天线的应用。同时还简单的介绍了一下微博扩频技术，让读者能够进一步了解其工作原理。关键词：微波天线；微波扩频；通信；选

2、择；优化一、前言随着无线通信技术的迅速发展，微波技术的应用范围也非常的广泛。最普遍的应用就是用来传递信息，称之为微波通信。微波天线则是微波通信系统中最重要的部分，可以说是核心部分。凡是能利用电磁波来传递的信息几乎都依靠微波天线传递与互换的，同时微波天线也可辐射电磁波等能量。微波天线是微波通信系统收发设备的“出口”兼“入口”，天线的性能直接影响整个系统的运行。因此对微波天线的要求非常的苛刻。同时在天线的选择及位置确定上也要求的非常严格，必须要考虑到各个方面因素的影响。微波天线并不是一个很完美的东西，它需要人们经过无数次的实验、修改，对其进行优

3、化，以达到最佳的状态，这里是指微波天线的传输效率最大。目前关于微波天线优化的研究成果虽然很多，但多数均是从单一因素进行考虑，由于没有综合所有影响因素来考虑，因此优化效果并不是非常理想。微波天线仍然处于一个发展的阶段。本文就是通过综合考虑多种因素的影响，并优化微波天线选择参数来寻找更合理的选择方法。二、微波天线选择时应考虑的因素我们都知道，微波信号在传输过程中会受到大气、海面、地面、高大建筑物、山峰的折射和绕射等影响，导致信号衰落和失真，甚至中断。因此对微波传输天线的选择和进行优化时，必须根据微波通信的基本特点，研究微波在传输过程中受到的影响

4、因素，进而进行优化以减少信号衰落和失真。要想更加有效地传输信息必须考虑到以下几个因素的影响，并想办法解决。1、地面地形因素在微波通信系统中，信号传输主要利用微波的视距传播。微波通信的频率大部分在2～20GHz范围内，其波长很短，不同的地形条件，其反射系数及电平损耗不同。无线电波在自由空间传输时，其单位面积内的能量会因自由扩散而减少，所减小的能量称为自由空间传输损耗。微波在传播的过程中树林、建筑、山头等高大建筑物或地面障碍物等会阻挡一部分电磁波，增加了电磁波的损耗。而平滑地面或水面又或者是空旷的开阔地可将一部分信号反射到接收天线，反射波和直射

5、波矢量相加可能相互抵消而产生附加损耗。地面反射对视距传播有重要影响，它是产生电平衰落的主要原因之一。但当微波传输路径上有刀刃形障碍物(或山峰)阻挡时，情况就会不一样。如果障碍物的尖峰恰好落在两个相邻微波站的收信天线和发信天线的连线上，微波传输会增加6dB电平衰耗；当障碍物的尖峰超出连线时，电平衰耗将增加更快，实际应用中应避免出现这种情况，可通过改动微波传输线路或增高天线来改动传输特性。为更好的分析微波的传播特性，应用菲涅尔区的概念进行分析，为避免附加损耗，必须使所有障碍物都处于第一菲涅尔区以外。在地面障碍物高度一定的情况下，波长越长，电波传

6、播主要通道的横截面积越大，相对遮挡面积就越小，接收点场强就越大，因此，频率越低，绕射能力越强。因此在选择时要特别注意地面障碍物的影响。　2、地面反射因素在微波的传播过程中，在接收点除收到直射波外，还会收到经地面反射的反射波。反射点到直射波的垂直距离称余隙hc,接收点的合成场强与自由空间场强之比称为地面反射引起的衰落因子，用V表示，单位为dB。借助余隙hc计算V，　　式中，hc为余隙，单位是m；F1为第一菲涅耳区半径，单位是m；φ为反射系数。　　从以上计算过程可知，衰落因子V与相对余隙HC／F1有关。当hc／F1=0．577时，V=1，VdB

7、=0dB，收信场强E=E0，此时余隙具有特殊意义，记为h0=0．577F1称为自由空间余隙。当hc/F1<0．577时，发生绕射衰落较大；随着余隙增大，反射点处于第一菲涅尔区，反射信号与直射信号同相相加，使衰落因子出现正值；当余隙增大到一定程度时，反射点进入第二菲涅尔区内，反射信号与直射信号反相，衰落因子急剧下降，甚至会造成信号中断。　3、大气的影响　　大气中带电粒子都有其固定的电磁谐振频率，当接近谐振频率时就会产生共振吸收，使微波产生衰减，但其相对于自由空间产生的衰减是微不足道的；另外雨雾中的小水滴也会使电磁波产生散射衰落，一般在10GH

8、z以下，衰耗并不严重。因此，在这里我们主要研究大气折射的影响。　　大气的不均匀使大气的成分、压强、温度和湿度都随高度变化，引起大气折射率也随高度发生变化，这将导致电波传播方向发生