第7章微波技术与天线ppt课件.ppt

《第7章微波技术与天线ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、7.1电波传播的基本概念7.2视距传播7.3天波传播7.4地面波传播7.5不均匀媒质的散射传播习题第7章电波传播概论7.1电波传播的基本概念1.无线电波在自由空间的传播天线置于自由空间中,假设发射天线是一理想的无方向性天线,若它的辐射功率为PΣ瓦,则离开天线r处的球面上的功率流密度为(7-1-1)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(7-1-2)(7-1-3)(7-

2、1-4)功率流密度又可以表示为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(7-1-5)(7-1-6)(7-1-7)2.传输媒质对电波传播的影响(1)传输损耗（信道损耗）电波在实际的媒质（信道）中传播时是有能量损耗的。这种能量损耗可能是由于大气对电波的吸收或散射引起的,也可能是由于电波绕过球形地面或障碍物的绕射而引起的。在传播距离、工作频率、发射天线、输入功率和接收天线都相同的情况下,设接

3、收点的实际场强E、功率PR′，而自由空间的场强为E0、功率为PR，则信道的衰减因子A为(7-1-8)则传输损耗Lb为若不考虑天线的影响,即令Gi=GR=1,则实际的传输损耗为式中,前三项为自由空间损耗Lbf；A为实际媒质的损耗。不同的传播方式、传播媒质,信道的传输损耗不同。(7-1-9)(7-1-10)(2)衰落现象所谓衰落,一般是指信号电平随时间的随机起伏。根据引起衰落的原因分类,大致可分为吸收型衰落和干涉型衰落。吸收型衰落主要是由于传输媒质电参数的变化,使得信号在媒质中的衰减发生相应的变化而引起的。

4、如大气中的氧、水汽以及由后者凝聚而成的云、雾、雨、雪等都对电波有吸收作用。由于气象的随机性,这种吸收的强弱也有起伏,形成信号的衰落。由这种原因引起的信号电平的变化较慢,所以称为慢衰落,如图7-1(a)所示。慢衰落通常是指信号电平的中值（五分钟中值、小时中值、月中值等）在较长时间间隔内的起伏变化。图7–1衰落现象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

5、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:一是媒质的色散效应,二是随机多径传输效应。色散效应是由于不同频

6、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。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

7、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，引入相关带宽的概念，定义相关带宽:(7-1-11)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

8、障碍物将使电波产生绕射;特别是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。7.2视距传播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