最新微波技术与天线-第7章幻灯片.ppt

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1、微波技术与天线-第7章由此,离天线为r处的电场强度E0值为又假设发射天线是一实际天线,其辐射功率仍为PΣ,设它的输入功率为Pi,若以Gi表示实际天线的增益系数,则在离实际天线r处的最大辐射方向上的场强为(7-1-3)(7-1-4)如果接收天线的增益系数为GR,有效接收面积为Ae,则在距离发射天线r处的接收天线所接收的功率为(7-1-5)将输入功率与接收功率之比定义为自由空间的基本传输损耗:将上式取对数得(7-1-6)(7-1-7)由上式可见:若不考虑天线的因素,则自由空间中的传输损耗,是球面波在传播的过程中随着距离的增大，能量自然扩散而引起

2、的,它反映了球面波的扩散损耗。图7–1衰落现象干涉型衰落：干涉型衰落主要是由随机多径干涉现象引起的。在某些传输方式中,由于收、发两点间存在若干条传播路径,典型的如天波传播、不均匀媒质传播等，在这些传播方式中,传输媒质具有随机性,因此使到达接收点的各路径的时延随机变化,致使合成信号幅度和相位都发生随机起伏。这种起伏的周期很短,信号电平变化很快,故称为快衰落,如图7-1(b)所示。这种衰落在移动通信信道中表现得更为明显。快衰落叠加在慢衰落之上。在较短的时间内观察时,前者表现明显,后者不易被察觉。信号的衰落现象严重地影响电波传播的稳定性和系统

3、的可靠性,需要采取有效措施（如分集接收等）来加以克服。(3)传输失真无线电波通过媒质除产生传输损耗外,还会产生失真——振幅失真和相位失真。产生失真的原因有两个：媒质的色散效应：色散效应是由于不同频率的无线电波在媒质中的传播速度有差别而引起的信号失真。载有信号的无线电波都占据一定的频带,当电波通过媒质传播到达接收点时,由于各频率成分传播速度不同,因而不能保持原来信号中的相位关系,引起波形失真。至于色散效应引起信号畸变的程度,则要结合具体信道的传输情况而定。随机多径传输效应：多径传输也会引起信号畸变。这是因为无线电波在传播时通过两个以上不同

4、长度的路径到达接收点,接收天线检拾的信号是几个不同路径传来的电场强度之和。设接收点的场是两条路径传来的相位差为φ=ωτ的两个电场的矢量和。最大的传输时延与最小的传输时延的差值定义为多径时延τ。对所传输信号中的每个频率成分,相同的τ值引起不同的相差。例如对f1，若φ1=ω1τ=π,则因二矢量反相抵消,此分量的合成场强呈现最小值；而对f2,若φ2=ω2τ=2π,则因二矢量同相相加,此分量的合成场强呈现最大值，如图72(b)所示。其余各成分依次类推。显然,若信号带宽过大,就会引起较明显的失真。所以一般情况下,信号带宽不能超过1/τ。因此，引入相关

5、带宽的概念，定义相关带宽:图7-2多径传输效应(4)电波传播方向的变化当电波在无限大的均匀、线性媒质内传播时,射线是沿直线传播的。然而电波传播实际所经历的空间场所是复杂多样的:不同媒质的分界处将使电波折射、反射;媒质中的不均匀体如对流层中的湍流团将使电波产生散射;球形地面和障碍物将使电波产生绕射;某些传输媒质的时变性使射线轨迹随机变化,使得到达接收天线处的射线入射角随机起伏,使接收信号产生严重的衰落。因此,在研究实际传输媒质对电波传播的影响问题时,电波传播方向的变化也是重要内容之一。外层大气50050平流层H:公里对流层+++---电离

6、层201000003085中间层微波短波臭氧层长波不同无线电波的传播途径7.2视距传播所谓视距传播,是指发射天线和接收天线处于相互能看见的视线距离内的传播方式。地面通信、卫星通信以及雷达等都可以采用这种传播方式。它主要用于超短波和微波波段的电波传播。1.视线距离设发射天线高度为h1、接收天线高度为h2（图7-3）,由于地球曲率的影响,当两天线A、B间的距离r＜rv时,两天线互相“看得见”,当r＞rv时,两天线互相“看不见”,距离rv为收、发天线高度分别为h2和h1时的视线极限距离,简称视距。图7-3视线距离地球半径a=6.370×10

7、6m视距传播时,电波是在地球周围的大气中传播的,大气对电波产生折射与衰减。由于大气层是非均匀媒质,其压力、温度与湿度都随高度而变化,大气层的介电常数是高度的函数。在标准大气压下,大气层的介电常数εr随高度增加而减小，并逐渐趋近于1,因此大气层的折射率n=随高度的增加而减小。若将大气层分成许多薄片层,每一薄层是均匀的,各薄层的折射率n随高度的增加而减小。这样当电波在大气层中依次通过每个薄层界面时,射线都将产生偏折,因而电波射线形成一条向下弯曲的弧线，如图7-4所示。图7–4大气层对电波的折射当考虑大气的不均匀性对电波传播轨迹的影响时,视距公

8、式应修正为在光学上,r＜rv的区域称为照明区,r＞rv的区域称为阴影区。由于电波频率远低于光学频率,故不能完全按上述几何光学的观点划分区域。通常把r＜0.8rv的区域称为照明区,