【正文】 分貝表示為 2ttd4GP?r2e G4A ???srtt2rtte2ttreLGGP)d4(GGPAd4GPP??????( d B m )LGG)d B m(PP srttre ????第 3章 24 實(shí)際通信系統(tǒng)中，除傳播損耗與天線的增益外，饋線、收發(fā)分路器均有損耗。 第 3章 19 對(duì)無方向性的全向天線，其有效面積 ， λ為所傳電波的波長(zhǎng) B點(diǎn)的無方向性天線收到的 功率為 ??4A2e ?2te2tr )d4(PAd4PP?????ABdPtPr第 3章 20 自由空間的衰減系數(shù) 取對(duì)數(shù)為 當(dāng) d的單位為 km， f的單位為 GHz， c為自由空間的速度即 3╳10 5km/s時(shí)， 22rts )cdf4()d4(PPL ??? ???)c df4(20l gPP10l gLrts???2 0 l g f2 0 l g s ???第 3章 21 例 31 設(shè)某兩個(gè)微波站的距離為 60km，頻率為 4GHz，計(jì)算自由空間的傳播衰減。 第 3章 17 關(guān)于天線的幾個(gè)概念 天線的口徑面積 Ap ：天線物理口徑的面積； 天線的有效面積 Ae：表征接收天線接收空間電磁波能力的基本參數(shù)；天線的負(fù)載檢測(cè)到的功率與入射到天線的功率密度之比 天線的口徑效率 ：為天線的負(fù)載檢測(cè)到的功率與入射到天線的功率密度之比； Ae / Ap 第 3章 18 天線的增益 G：天線增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元（一般為點(diǎn)源，有時(shí)指偶極子）在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。工作距離越遠(yuǎn)，球面積越大，接收點(diǎn)截獲的功率越小，即傳播損耗加大。距離越遠(yuǎn)，接收天線收到的能量越小，這就是電波在自由空間傳播過程的衰減，即 自由空間的傳播損耗 Ls 。 第 3章 15 電波經(jīng)天線輻射后，其能量向周圍空間擴(kuò)散，到達(dá)接收天線的僅是發(fā)射功率的一小部分。電波在自由空間傳播時(shí)，其 能量既不會(huì)被障礙物所吸收 ，也 不會(huì) 產(chǎn)生反射 或 散射 。 22121 EZHEScav ??第 3章 13 ?電磁波是天線向空間輻射所產(chǎn)生的，輻射后形成輻射場(chǎng)，輻射場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的振幅隨離開天線的距離 r的增加而按 1/r的因子減小，輻射場(chǎng)的等相位面是以距離 r為半徑的球面。電磁波的極化分為三種形式：水平極化、圓極化、橢圓極化。 為媒體的導(dǎo)磁率， 為媒質(zhì)的介電常數(shù)。 第 3章 10 微波是一種電磁波 ,由隨時(shí)間變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)組成，這兩者相互依存、相互轉(zhuǎn)化。在地面上，在某一個(gè)截止頻率以上的頻率（一般為10MHz，太陽活動(dòng)劇烈時(shí)可至 100MHz,極地夜間頻率可降至 2MHz）可以利用外球?qū)舆M(jìn)行宇宙通信。 第 3章 9 （ 5） 外球?qū)觽鞑ィㄍ饪臻g傳播） ：離開地面 9001200Km的高度稱為外球?qū)樱? 1200Km 以上就進(jìn)入星際空間。 第 3章 8 （ 4） 散射傳播： 由于大氣溫度、壓力、濕度和電子密度等的不均勻性，使大氣介電系數(shù)隨高度而改變。短波頻率為（ 3MHz30MHz,有些地方定義為 ）。電離層分三層。超短波通信從理論上講，只能在視距范圍內(nèi)進(jìn)行。這種傳播方式用于超短波和微波通信。中波的頻率是 5001600KHz，也是地波傳播，我國(guó)用于調(diào)幅廣播。這個(gè)波段，我國(guó)一般用于電力線載波。這種衰減與地面的性質(zhì)（導(dǎo)電系數(shù)的大?。?、電磁波的極化方式和頻率有關(guān)。第 3章 1 微波通信 鄭玉峰 第 3章 2 第三章 微波傳播 ? 微波在自由空間的傳播 ? 微波傳播的描述方法 ? 地形對(duì)電波傳輸?shù)挠绊? ? 大氣對(duì)微波傳播的影響 ? 大氣與地面效應(yīng)造成的衰落特性 ? 抗衰落技術(shù) 第 3章 3 電波在自由空間的傳播 無線電波的傳播途徑： （ 1）地波傳播 （ 2）電離層傳播 （ 3）地面、低空視距傳播 （ 4）對(duì)流層的傳播 （ 5）外球?qū)觽鞑? 第 3章 4 無線電頻譜表 第 3章 5 （ 1） 地波傳播 ：地波傳播是指電磁波沿地球表面繞射傳播。當(dāng)天線很低時(shí)，電磁波距地面很近，又加之天線很長(zhǎng)，很容易被地面吸收導(dǎo)致迅速衰減。因此長(zhǎng)波一般用于地波傳播。它的頻率一般規(guī)定為 30KHz300KHz,這個(gè)頻率稱為長(zhǎng)波。 第 3章 6 （ 2） 空間傳播（地面、低空視距傳播） ：也就是直發(fā)射天線和接收天線必須在視距范圍內(nèi)，這時(shí)電波為直射波，或由直射波和地面反射波組成的相干傳播（因此接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為二者之和）。頻率在30MHz以上的調(diào)頻廣播和電視信號(hào)發(fā)射都是空間波傳播。 第 3章 7 （ 3） 電離層傳播（天波傳播） ：由于太陽和各種宇宙射線的輻射，引起空氣分子的電離，而形成了電離層。 D層（距地面高度 7090Km）、E層（ 100120Km）、 F1層（ 160180Km）、 F2層（ 200900Km），中波和短波都能借助電離層的反射傳播到較遠(yuǎn)的距離，最常用于短波通信。有靜音區(qū)。散射波可在對(duì)流層或電離層發(fā)生，也可在流星的余跡上發(fā)生。星際空間的通信可視為自由空間通信。衛(wèi)星通信就是這種傳播方式。 電磁波的電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁能流之間有如下的基本關(guān)系： ?電場(chǎng)、磁場(chǎng)、能量流方向相互垂直，符合右手螺旋準(zhǔn)則， S=E H（坡印亭矢量） 第 3章 11 ?電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小的比值是一個(gè)固定值，該值稱為媒質(zhì)的特性阻抗或波阻抗，記為 對(duì)真空媒質(zhì)，為 377歐姆。 ????ttc HEZ? ?第 3章 12 ?電磁能流密度的大小為 ?電磁波具有一定的極化形式，指的是電磁波的電場(chǎng)矢量在空間的取向。水平極化和圓極化可以看作橢圓極化的特殊形式。 第 3章 14 自由空間的 傳播損耗 自由空間傳播 系指天線周圍為無限大真空時(shí)的電波傳播，它是理想傳播條件。 自由空間 是滿足下述條件的 一種理想空間 ： 1. 均勻無損耗的無限大空間；2. 各項(xiàng)同性； 3. 電導(dǎo)率為零。 d為收發(fā)天線間的距離。 ABdPtPretr AdPP24 ??第 3章 16 自由空間傳播損耗 Ls是傳播損耗中最基本的損耗，接收天線接收的信號(hào)功率僅僅是發(fā)射天線輻射功率的一小部分，大部分能量都向其它方向擴(kuò)散了。電波在大氣層以外的空間傳播時(shí)，可以近似看成在自由空間傳播。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。 dB 1 4 0 1 2 . 0 43 6 . 5 69 2 . 4 2 0 l g 42 0 l g 6 2 0 l g f2 0 l g s??????????解：代入上式，可得 第 3章 22 自由空間傳播條件下收信電平的計(jì)算 某天線的三維波瓣圖 用于微波通信的天線，一般都不是向周圍空間均勻輻射的全向天線，而是有很強(qiáng)的方向性。收發(fā)兩端的饋線系統(tǒng)損耗分別表示為 Lfr、 Lft，收發(fā)兩端的分路系統(tǒng)損耗分別為 Lbr、 Lbt。求在自由空間條件下，接收機(jī)的輸入電平和輸入功率是多少？ 解：由已知條件，在自由空間的傳播損耗為 Ls=+20lgd+20lgf =+20lg45+ =++≈137 dB 第 3章 26 發(fā)送信號(hào)的電平 Pt=10lg1000=30 dBm 接收機(jī)的輸入電平 接收機(jī)的輸入功率為 d B m 351122137393930LLLLLGG)d B m(PPbtbrtffrsrttre????????????? 35r ??????第 3章 27 微波傳播的描述方法 惠更斯 菲涅耳原理（ HuggensFresnel） 微波是一種電磁波，它是以波動(dòng)的形式傳播的。 波動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式。 第 3章 28 抵消增強(qiáng)Pd1d2 干涉強(qiáng)弱決定于 d 1 d 2 = m λ /2AB當(dāng) m 為偶數(shù)時(shí)增強(qiáng)；當(dāng) m 為奇倍時(shí)減弱。 ?如果點(diǎn)源發(fā)出的波是球面波，那么由點(diǎn)源形成的二次波前面也是球面波、三次、四次 ...波前面也是球面波。 第 3章 30 ABa1aa3 a4a5 a6a7a8a9 a10a11a122b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10 b11b12波源ssEEHHHS0惠更斯原理二次波源示意圖示意圖 惠更斯 — 菲涅耳原理 惠更斯 菲涅耳原理認(rèn)為：在波的傳播過程中，波面上的每一個(gè)點(diǎn)都可以看成是一個(gè)能進(jìn)行二次輻射的球面波波源，而下一個(gè)波面就是前一個(gè)波面上無數(shù)個(gè)二次輻射波面的包絡(luò)面。他認(rèn)為 在波的傳動(dòng)過程中，空間上任一點(diǎn)的輻射場(chǎng)，是包圍波源的任意封閉曲面上各點(diǎn)的二次波源發(fā)出的波在該點(diǎn)相互干涉的結(jié)果 。 第 3章 32 這樣，如果我們求波源 Q產(chǎn)生的場(chǎng)在P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，可用Q產(chǎn)生的在封閉曲面上的二次波源，通過面積分疊加，來求得 P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)。但有一個(gè)近似算法，可使問題簡(jiǎn)化。在空間此動(dòng)點(diǎn)的軌跡是一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球面。 ?其外的圓環(huán)（外圓減內(nèi)圓得到的圓環(huán)）稱為第二個(gè)菲涅耳區(qū)，再往外的圓環(huán)稱為第三菲涅耳區(qū)、第四菲涅耳區(qū) ...... 第 N菲涅耳區(qū)。 菲 涅耳區(qū)定義 第 3章 37 直射線 第一 菲涅耳區(qū) + 第二菲涅耳區(qū) 第三 菲涅耳區(qū) + 菲涅耳區(qū)定義 ?微波能量在直射線周圍的空間中分布傳播 ?不同菲涅爾區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)對(duì)總場(chǎng)強(qiáng)的貢獻(xiàn)不同 第 3章 38 經(jīng)有關(guān)研究知道：在電波的傳播空間中，由第一非涅耳區(qū)在接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng) ,接近于全部有貢獻(xiàn)的非涅區(qū)在接收點(diǎn)的自由空間場(chǎng)強(qiáng)的 2倍 。 在接收點(diǎn)接收到的是各個(gè)菲涅耳區(qū)的合成場(chǎng)強(qiáng)，當(dāng)菲涅耳區(qū)號(hào)趨近于無限多時(shí)，就接近于自由空間場(chǎng)強(qiáng)； 非涅耳區(qū)的能量分布 : 第 3章 39 菲涅耳半徑 The Fresnel Radius: 我們把菲涅區(qū)邊界上的任意一點(diǎn)到 RT連線的距離稱為菲涅耳區(qū)半徑，用 F 表示。 當(dāng)這一點(diǎn)為第二菲涅耳區(qū)邊界上的點(diǎn)時(shí)，此半徑稱為第二菲涅耳區(qū)半徑 F2。 第 3章 40 第一菲涅耳半徑的計(jì)算 T RF1Pd1d2第一費(fèi)涅耳區(qū)半徑 圖 1d121221112122122122112112121122222dFdFdrddddFdFdrdFdFd??????????????????1? 1rdddF /211 ??第 3章 41 1211212211/. . .2/2/FndddnFFdddFdddFn????????第 3章 42 d1 d2 d 300 d1 x d2 f x d F1 = = = F1 ：米 d, d1, d2 ： 千米 f ： GHz rF C xd1 x d2 f x d 菲涅耳半徑 x λx d1 x d2 d 第 3章 43 從 Q點(diǎn)到 P點(diǎn)的電磁能量基本上是通過以 Q和 P為焦點(diǎn)的一些 菲涅爾區(qū)來傳播的。 這個(gè)區(qū)域是電波在 自由空間傳播時(shí)起主要 作用的空間區(qū)域，它被 S0 平面所截的面積是對(duì)接收?qǐng)鰪?qiáng)起主要作用的二次源分布面積。 ， 求第一菲涅爾半徑和中點(diǎn)處包含多少菲涅爾區(qū)？ 解： 中點(diǎn)處這個(gè)波束寬度的尺寸為 mdfcdF M A X255 0 0 0 0106103212121981??????? ? ??? ?第 3章 46 這個(gè)里面包含很多 菲涅爾區(qū)。 1 7 0]25/)2/6 5 4[()/(n 2211????M A Xn M A XM A Xn M A XF