西安交大天线课件.ppt

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1、7-1自由空间电波传播由接收天线理论可知，当接收天线与来波极化匹配并与负载阻抗匹配时，其接收功率为：为坡印廷矢量为接收天线的有效面积为发射天线的输入功率为发射天线的增益为接收天线的增益为自由空间电波的波长设有一天线置于自由空间,在其最大辐射方向上,距离为d处的接收点处，产生的场强为：Friis传输公式自由空间传输损耗：第七章电波传播7-2视距传播7-2-1自由空间电波传播的菲涅尔区一、菲涅尔区在17世纪惠更斯首先提出，波在传播过程中，波面上的每一点都是一个进行二次辐射球波(子波)的波源，而下一个波面就是前一个波面所辐射的子波波面的包络面

2、。第一菲涅尔带Z1是一小凸圆面，从其中心与其边缘到达P点的波程差为半个波长。由它辐射到P点的场强，可以看成是许多幅度相同、相位由零到180度依次变化的诸矢量之和。各菲涅尔带在P点的辐射场菲涅尔区（a）平面上菲涅尔带；（b）空间菲涅尔区二、传播主区的概念为了获得自由空间的传播条件，只要保证在一定的菲涅尔区域内满足“自由空间的条件”就可以了。工程上常把第一菲涅尔区和“最小”菲涅尔区(系指S面上所截面积为第一菲涅尔带面积S`的那个相应的空间区域)，当作对电波传播起主要作用的空间区域，称为传播主区。令第一菲涅尔区半径为F1令最小菲涅尔区半径为距

3、离一定时，波长愈小，则传主区的半径愈小，菲涅尔椭球区也就愈长，最后退化为一直线，这也就是通常认为光的传播是直线传播的根据所在。7-2-2地面对电波传的影响一、视线距离亮区半阴影区阴影区例题:某电视发射台,要求的电视覆盖区是以发射天线为中心,半径为20公里的一个面积,试确定发射天线的架设高度(不考虑大气的影响)。解:最坏的情况是用户的接收天线架设得非常底(假设为0),为保证用户落在照明(亮区),发射天线的视距应为:地面反射系数为入射波的射线仰角为大地的相对合电系数为大地的电导率水平极化垂直极化地面为平面时(水平极化)以上讨论的反射系数的计

4、算是在平面地上得出的,当通信距离较远时,必须考虑地球曲率的影响，此时应计入电波在球面地上反射时反射波能量的扩散效应。地面扩散因子7-2-3低空大气层对电波传播的影响视距传播方式，无论是地--地或地--空的电波传播，射线至少有一部分是在对流层中传播的，因而它必然应到对流层这种传输媒质的影响。一、大气对电波的折射作用对流层是指靠近地面的低空大气层。在中纬度地区指从地面算起到10~12km高度的空间区域。表征对流层物理特性的基本参数是温度、湿度和压强.宏观观察,对流层的温度、湿度是随着高度升高而下降的，由于大气密度分布特点，大气压强也是随高度

5、递减的。实验证明,对流层的大气折射率n可近似用下式表式:是大气折射率;是大气压强(mbar);是水汽压强(mbar);是绝对温度()定义折射指数:标准大气的折射指数的梯度为:大气的折射分类实际上，电波在大气层内的传播轨迹都是弯曲的，但是习惯上人们在处理电波传播问题时，仍是把电波射线当作沿直线传播的，因而引出了等效地球半径因子来修正。等效地球半径因子:在标准大气折射情况下:7-3天波传播7-3-1电离层电离层的结构特点在几十到几百公里高空，大气成分主要是氧、氮、氧和氮的分子和原子，在太阳辐射能的作用下，分子或原子中的一个或若干个电子游离出

6、来成为自由电子而发生电离，使高空形成一个厚度为几百公里的电离层，电离的程度用电子密度来描述。电离层的变化电离层的异常变化：电离层骚扰,电离层暴电离层骚扰:当太阳耀斑爆发时,辐射出极强的紫外线和X射线,以光速到达地球(约8分18秒),当穿透高层大气层到达D层时,可能造成短波通信中断,由于耀斑爆发时间很短,因此电离层骚扰持续时间通常为几分钟到几小时,只发生在太阳到地球的日照区.电离层暴:太阳耀斑爆发时,还喷射出大量带电粒子流,若进入电离层,则使电离层的正常结构发生剧烈变动,称为电离层暴.电离层的正常变化：1、日变化日出——正午——黄昏2、季

7、节变化春分秋分两次达到最大。3、随太阳黑子11年周期变化。7-3-2无线电波在电离层中的传播反射条件将电离层分成许多薄片层，每一薄片层的电子密度是均匀的，当彼此不相等，根据经典电动力学可求得自由电子密度Ne的各向同性均匀媒质的相对介电常数为：电波垂直入射天空，能被电离层反射的临界频率为1、最高可用频率(MUF)：2、天波静区：二、电离层的吸收电波入射到电离层后，电场使自由电子作强迫运动，当运动电子与其它分子碰撞时，就将能量传递给中性分子，这样无线电波的一部分能量就被电离层吸收而转化为热耗。电离层是一个随机、色散、各向异性的有耗媒质。