電磁場(chǎng)、天線與電波傳播

1、電磁場(chǎng)、天線與電磁場(chǎng)、天線與電波傳播電波傳播聞?dòng)臣t聞?dòng)臣t北京交通大學(xué)電信學(xué)院北京交通大學(xué)電信學(xué)院EMCEMC研究室研究室學(xué)習(xí)天線與電波傳播的意義學(xué)習(xí)天線與電波傳播的意義v系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)收、發(fā)信設(shè)備指標(biāo)收、發(fā)信設(shè)備指標(biāo)天線的性能天線的性能天線的架設(shè)方式天線的架設(shè)方式v通信質(zhì)量評(píng)定通信質(zhì)量評(píng)定v不同通信業(yè)務(wù)之間相互干擾的預(yù)測(cè)和不同通信業(yè)務(wù)之間相互干擾的預(yù)測(cè)和解決解決影響天線特性的因素影響天線特性的因素v天線的形狀天線的形狀v采用的材料采用的材料v制作工藝制作工藝v使用環(huán)境使用環(huán)境v用途用途影響電波傳播特性的因素影響電波傳播特性的因素v頻率頻率v距離距離v極化方式極化方式v天線高度天線高度v地形地

2、物地形地物v地面電特性參數(shù)地面電特性參數(shù)v時(shí)間、季節(jié)時(shí)間、季節(jié) 第一部分第一部分 電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)理論電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)理論一、麥克斯韋方程組一、麥克斯韋方程組描述了空間電場(chǎng)與磁場(chǎng)的關(guān)系描述了空間電場(chǎng)與磁場(chǎng)的關(guān)系本構(gòu)關(guān)系式（本構(gòu)關(guān)系式（與媒質(zhì)有關(guān)的特性方程與媒質(zhì)有關(guān)的特性方程）：）：EEJ麥克斯韋方程組的正弦穩(wěn)態(tài)相量形式：麥克斯韋方程組的正弦穩(wěn)態(tài)相量形式：HjEEjJH兩種特殊的邊界條件：兩種特殊的邊界條件：1）兩種理想介質(zhì)分界面上的邊界條件：假設(shè)分界面上沒(méi)有）兩種理想介質(zhì)分界面上的邊界條件：假設(shè)分界面上沒(méi)有自由電荷和傳導(dǎo)電流，則自由電荷和傳導(dǎo)電流，則 和和 的法向分量以及的法向分量以及 和和 的切的切

3、向分量都是連續(xù)的；向分量都是連續(xù)的；2）理想導(dǎo)體表面的邊界條件：自由電荷和電流都集中在表）理想導(dǎo)體表面的邊界條件：自由電荷和電流都集中在表面，面， 總是垂直于理想導(dǎo)體的表面，總是垂直于理想導(dǎo)體的表面， 總是平行于理想導(dǎo)體的總是平行于理想導(dǎo)體的表面。表面。DBHEEH一般的邊界條件：一般的邊界條件：nnsnnttsttBBDDEEJHH21212121二、無(wú)線電波的輻射二、無(wú)線電波的輻射 麥克斯韋方程組說(shuō)明脫離了電流的變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，麥克斯韋方程組說(shuō)明脫離了電流的變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，脫離了電荷的變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。這種電磁場(chǎng)在空間交替變脫離了電荷的變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。這種電磁場(chǎng)在空間交替變幻

4、，綿延不斷向外傳播的過(guò)程就是電磁波的輻射過(guò)程?；?，綿延不斷向外傳播的過(guò)程就是電磁波的輻射過(guò)程。輻射場(chǎng)的波源是輻射場(chǎng)的波源是電流電流和和電荷電荷產(chǎn)生輻射場(chǎng)的前提條件是要有產(chǎn)生輻射場(chǎng)的前提條件是要有位移電流位移電流位移電流：由于電位移的變化引起的真實(shí)的電的流動(dòng)。位移電流：由于電位移的變化引起的真實(shí)的電的流動(dòng)。tDJd+ + + + - - - -IEHtqI+-三、波動(dòng)方程三、波動(dòng)方程四、平面電磁波四、平面電磁波zExHy平面電磁波的特性平面電磁波的特性平面電磁波的極化平面電磁波的極化第二部分第二部分 天線天線一、天線的基本概念一、天線的基本概念移動(dòng)通信移動(dòng)通信A 3G (WCDMA) hands

5、etOutdoor Base Station for 800 and 1900MHz CDMA cells.衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信Earth Station Satellite Dish(Reflector Antenna)TV Satellite Dish(Reflector Antenna)廣播電視天線廣播電視天線電路的輻射電路的輻射電纜的輻射電纜的輻射天線的作用天線的作用空間電磁波空間電磁波高頻電流高頻電流發(fā)射發(fā)射接收接收收、發(fā)天線具有互易性收、發(fā)天線具有互易性(Propagation)天線的應(yīng)用天線的應(yīng)用: Communications, Broadcast, Radar,Radiometr

6、y,Biomedical, etc.天線天線天線的類型天線的類型v按用途分類，可分為通信天線、測(cè)量天按用途分類，可分為通信天線、測(cè)量天線等線等v按工作頻段分類，可分為短波天線、超按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等短波天線、微波天線等v按方向性分類，可分為全向天線、定向按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等天線等v按外形分類，可分為線天線、面天線等按外形分類，可分為線天線、面天線等v線天線：線天線：天線的直徑遠(yuǎn)小于其幾何長(zhǎng)度天線的直徑遠(yuǎn)小于其幾何長(zhǎng)度可不考慮天線橫截面上的電流分布可不考慮天線橫截面上的電流分布天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、天線品種繁多，以供不同頻率、

7、不同用途、不同場(chǎng)合、不同要求等不同情況下使用。不同場(chǎng)合、不同要求等不同情況下使用。偶極子天線偶極子天線單極天線單極天線環(huán)天線環(huán)天線螺旋天線螺旋天線天線的輻射源天線的輻射源結(jié)論：天線的輻射源結(jié)論：天線的輻射源電流（位移電流）電流（位移電流）Jt電流連續(xù)性方程：電流連續(xù)性方程：二、天線的特性參數(shù)二、天線的特性參數(shù)機(jī)械特性參數(shù)：形狀，尺寸，材料，可靠性機(jī)械特性參數(shù)：形狀，尺寸，材料，可靠性等等電特性參電特性參數(shù)數(shù)一次參數(shù)：方向性圖，輸入阻抗，效率一次參數(shù)：方向性圖，輸入阻抗，效率二次參數(shù)：方向性系數(shù)，增益，波瓣寬度，二次參數(shù)：方向性系數(shù)，增益，波瓣寬度， 前后比，極化特性等前后比，極化特性等1 1天

8、線的輻射功率和輻射阻抗天線的輻射功率和輻射阻抗l輻射功率：輻射功率：在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)球面向外輻射的電磁能在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)球面向外輻射的電磁能量的平均值量的平均值。l輻射電阻：輻射電阻： 將輻射功率視為一個(gè)電阻所消耗的功率，并使將輻射功率視為一個(gè)電阻所消耗的功率，并使流過(guò)電阻的電流等于天線上的電流振幅，則該流過(guò)電阻的電流等于天線上的電流振幅，則該電阻就稱為天線的輻射電阻。電阻就稱為天線的輻射電阻。2 2天線的方向性天線的方向性 天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)與方向有關(guān)的特性，稱為天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)與方向有關(guān)的特性，稱為天線的方向性。天線的方向性。以電流元為例：以電流元為例：0sin2sin60HHEEerIljHe

9、rIljErrjkrjkr天線的方向性函數(shù)和方向性圖天線的方向性函數(shù)和方向性圖 用于表示天線方向性特性的函數(shù)：用于表示天線方向性特性的函數(shù)： 電流元的方向性函數(shù)電流元的方向性函數(shù) 電流元的方向性圖電流元的方向性圖),(fjkrerIljEsin60sin)(),(lffv赤道面：與天線軸垂直并經(jīng)過(guò)天線中心赤道面：與天線軸垂直并經(jīng)過(guò)天線中心 的平面。的平面。v子午面：包含天線軸的平面。子午面：包含天線軸的平面。 90某一常數(shù)1）電流元在赤道面內(nèi)的方向性函數(shù)和方向性圖：）電流元在赤道面內(nèi)的方向性函數(shù)和方向性圖：lf)( 090270180E2）電流元在子午面內(nèi)的方向性函數(shù)和方向性圖：）電流元在子午

10、面內(nèi)的方向性函數(shù)和方向性圖：sin)(lf90 0180270E天線的歸一化方向性函數(shù)和歸一化方向性圖天線的歸一化方向性函數(shù)和歸一化方向性圖 歸一化方向性函數(shù)：歸一化方向性函數(shù)： 天線輻射場(chǎng)與最大方向上的場(chǎng)強(qiáng)值之比。天線輻射場(chǎng)與最大方向上的場(chǎng)強(qiáng)值之比。,/,/,),(maxmaxffEEF 反映了天線在不同方向的場(chǎng)分布。反映了天線在不同方向的場(chǎng)分布。 歸一化方向性圖：歸一化方向性圖： 表示歸一化方向性函數(shù)的空間立體圖形。表示歸一化方向性函數(shù)的空間立體圖形。 通常用兩個(gè)互相垂直的平面上（子午面和赤道通常用兩個(gè)互相垂直的平面上（子午面和赤道面面/E面和面和H面）的平面圖來(lái)表示。面）的平面圖來(lái)表示。

11、CDMA天線天線CDMA垂直極化定向天線垂直極化定向天線方向性圖的主瓣寬度和旁瓣電平方向性圖的主瓣寬度和旁瓣電平 主瓣寬度：主瓣寬度： 主瓣電平的最大值降到該值的主瓣電平的最大值降到該值的0.707倍（即倍（即-3dB）時(shí)，兩個(gè)方向之間的張角寬度。）時(shí)，兩個(gè)方向之間的張角寬度。 在方向性圖中，一般有兩個(gè)或更多個(gè)波瓣。在這些波瓣中，在方向性圖中，一般有兩個(gè)或更多個(gè)波瓣。在這些波瓣中，最大輻射方向所在波瓣稱為主瓣，其余波瓣稱為旁瓣。最大輻射方向所在波瓣稱為主瓣，其余波瓣稱為旁瓣。 3dB點(diǎn)點(diǎn)峰值峰值3dB點(diǎn)點(diǎn)5 . 02 旁瓣電平：相對(duì)主瓣最大值的比值。旁瓣電平：相對(duì)主瓣最大值的比值。),(max

12、maxmaxnnnFEE 前后抑制比：前后抑制比： 方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為后比，記為 F / B 。 前后比越大，天線的前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。后向輻射（或接收）越小。前后比前后比F / B 的計(jì)算：的計(jì)算：F / B = 10 Lg （前向功率密度）（前向功率密度） /（ 后向功率密度）后向功率密度）3. 3. 天線的方向性系數(shù)天線的方向性系數(shù)l定義：定義： 天線輻射功率一定，在任意方向天線輻射功率一定，在任意方向 輻射功率密度與相等的輻射功率均勻輻射時(shí)的輻射功率密度與相等的輻射功率均勻輻射時(shí)的平均功率密度之比。平均功率密

13、度之比。),(11DSSD),(11l 物理意義：物理意義： 由于天線有方向性，使某方向的輻射功由于天線有方向性，使某方向的輻射功率密度比均勻輻射時(shí)增加的倍數(shù)率密度比均勻輻射時(shí)增加的倍數(shù)D。實(shí)際上，。實(shí)際上，D反映了天線集中輻射能量的特性。反映了天線集中輻射能量的特性。l 方向性系數(shù)的求法：方向性系數(shù)的求法： 1）已知?dú)w一化方向性函數(shù)求）已知?dú)w一化方向性函數(shù)求D先求全向天線先求全向天線(點(diǎn)源點(diǎn)源)均勻輻射時(shí)的平均輻射功率密度均勻輻射時(shí)的平均輻射功率密度:24 rPSD 200211211sin,4,ddFFSSDD 通常方向性系數(shù)指的是天線最大輻射方向上的方通常方向性系數(shù)指的是天線最大輻射方向

14、上的方向性系數(shù)，此時(shí)，向性系數(shù)，此時(shí)，1),(11F 2002sin,4ddFD 2）已知天線的輻射電阻和最大輻射方向的方向）已知天線的輻射電阻和最大輻射方向的方向性函數(shù)，求性函數(shù)，求D2112114,21,rPSEZSD2112112,rZPESSDD 當(dāng)天線位于自由空間時(shí)，當(dāng)天線位于自由空間時(shí)， ； 在最大輻射方向上，在最大輻射方向上，,60),(maxmax11frIEEm1200Z大多數(shù)簡(jiǎn)單大多數(shù)簡(jiǎn)單常規(guī)天線的常規(guī)天線的最大場(chǎng)強(qiáng)值最大場(chǎng)強(qiáng)值又又RIPm221DdBDfRRIfIDmmlg10,1202160,602max22max2例：求電流元的方向性系數(shù)？例：求電流元的方向性系數(shù)？2

15、280lR解：解：llff9090maxsin,dBdBDfRD76. 15 . 1lg105 . 180120,1202max4. 4. 天線增益天線增益l定義：定義： 在任意方向在任意方向 , 輻射功率密度與將相等的輻射功率密度與將相等的輸入功率均勻輻射時(shí)的平均功率密度之比，即輸入功率均勻輻射時(shí)的平均功率密度之比，即天線增益為：天線增益為：),(11GSSG),(1124 rPSAGl 物理意義：物理意義： 為了在觀察點(diǎn)有相等的輻射功率密度，為了在觀察點(diǎn)有相等的輻射功率密度，方向性天線的輸入功率應(yīng)小于均勻輻射天線方向性天線的輸入功率應(yīng)小于均勻輻射天線輸入功率的輸入功率的G倍。倍。 dBi：

16、表示比較對(duì)象是各向均勻輻射的理想：表示比較對(duì)象是各向均勻輻射的理想 點(diǎn)源；點(diǎn)源； dBd：表示以半波對(duì)稱振子為比較對(duì)象。：表示以半波對(duì)稱振子為比較對(duì)象。l 增益的單位：增益的單位：l 近似計(jì)算方法：近似計(jì)算方法：1 1）若已知天線在）若已知天線在E E面和面和H H面的方向性圖，則面的方向性圖，則HEG27000在在E E面和面和H H面上，以度為單位的波瓣寬度。面上，以度為單位的波瓣寬度。:,HE2 2）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對(duì)于一般天線，）天線主瓣寬度越窄，增益越高。對(duì)于一般天線，可用下式估算其增益：可用下式估算其增益： HEidBG32000lg103 3）對(duì)于拋物面天線，可用下式

17、近似計(jì)算其增益：對(duì)于拋物面天線，可用下式近似計(jì)算其增益： 025 . 4lg10DdBGi式中，式中， D D 為拋物面直徑；為拋物面直徑； 0 0 為中心工作波長(zhǎng)。為中心工作波長(zhǎng)。4 4）對(duì)于直立全向天線，可用下式近似計(jì)算其增益：對(duì)于直立全向天線，可用下式近似計(jì)算其增益： 02lg10ldBGi式中，式中， l l 為天線長(zhǎng)度為天線長(zhǎng)度； 0 0 為中心工作波長(zhǎng)。為中心工作波長(zhǎng)。l 定義：定義： 天線輻射功率與輸入有功功率的比值，天線輻射功率與輸入有功功率的比值，稱為天線的效率稱為天線的效率 。5. 5. 天線效率天線效率RIPRIPPPPmnmnnA222121nnARRRPPPPPRRR

18、RRnn11l 物理意義：物理意義： 表示有百分之幾的高頻電流的輸入有功表示有百分之幾的高頻電流的輸入有功功率轉(zhuǎn)變成了輻射出去的電磁波能量。功率轉(zhuǎn)變成了輻射出去的電磁波能量。結(jié)論：結(jié)論： 越大，越大， 越小，天線的越小，天線的 就越高。在就越高。在工程設(shè)計(jì)中，工程設(shè)計(jì)中， 往往給定，這時(shí)就需要降低往往給定，這時(shí)就需要降低 來(lái)提高天線的效率。來(lái)提高天線的效率。RnRRnRl 天線方向系數(shù)和天線增益的關(guān)系天線方向系數(shù)和天線增益的關(guān)系：DSSSSGSrPrPSPPDGDAGA111122,44GdBGDGlg106. 6. 天線的有效長(zhǎng)度天線的有效長(zhǎng)度l 定義：定義： 用一等效天線代替被研究天線，此

19、等效用一等效天線代替被研究天線，此等效天線上的電流是以被研究天線的輸入電流振天線上的電流是以被研究天線的輸入電流振幅均勻分布，并在最大輻射方向產(chǎn)生與被研幅均勻分布，并在最大輻射方向產(chǎn)生與被研究天線相等的電場(chǎng)強(qiáng)度。則等效天線的長(zhǎng)度究天線相等的電場(chǎng)強(qiáng)度。則等效天線的長(zhǎng)度就稱為被研究天線的有效長(zhǎng)度。就稱為被研究天線的有效長(zhǎng)度。7. 7. 天線的極化方向天線的極化方向l 定義：定義： 天線向周圍空間輻射電磁波，電磁天線向周圍空間輻射電磁波，電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。規(guī)定電場(chǎng)的方向波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。規(guī)定電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。就是天線極化方向。天線的垂直極化：電場(chǎng)垂直于入射面天線的垂直極化：電場(chǎng)垂直

20、于入射面天線的水平極化：電場(chǎng)平行于入射面天線的水平極化：電場(chǎng)平行于入射面三、接收天線的特性三、接收天線的特性v接收天線接收電磁波的過(guò)程接收天線接收電磁波的過(guò)程電磁波電磁波高頻電流高頻電流感應(yīng)感應(yīng)注：只有電場(chǎng)沿天線導(dǎo)體表面的切向分量注：只有電場(chǎng)沿天線導(dǎo)體表面的切向分量才能感應(yīng)出電流，垂直分量不能。才能感應(yīng)出電流，垂直分量不能。,000FZZElZZIAeAA結(jié)論：結(jié)論：1)接收天線的感應(yīng)電流與來(lái)波方向有關(guān)接收天線的感應(yīng)電流與來(lái)波方向有關(guān) 接收天線的方向性接收天線的方向性 2)天線用作發(fā)射和接收的方向性函數(shù)相等天線用作發(fā)射和接收的方向性函數(shù)相等 收、發(fā)天線的互易性收、發(fā)天線的互易性Z0ZA0IA1

21、接收功率和接收面積接收功率和接收面積 當(dāng)天線的最大接收方向?qū)?zhǔn)來(lái)波方向，并且當(dāng)天線的最大接收方向?qū)?zhǔn)來(lái)波方向，并且接收機(jī)的輸入阻抗與天線完全匹配時(shí)，天線向接接收機(jī)的輸入阻抗與天線完全匹配時(shí)，天線向接收機(jī)的輸出功率最大。收機(jī)的輸出功率最大。 假設(shè)最大接收功率假設(shè)最大接收功率Pmax是被一塊與來(lái)波方向是被一塊與來(lái)波方向垂直的面積所接收，這面積就稱為接收天線的有垂直的面積所接收，這面積就稱為接收天線的有效面積效面積A。22max4mDSPA2天線的校正系數(shù)天線的校正系數(shù)則為設(shè)接收機(jī)輸入端的電壓,0VK 就稱為天線的校正系數(shù)就稱為天線的校正系數(shù)6log20elKKdBVdBE0例：求半波對(duì)稱振子的校正

22、系數(shù)？例：求半波對(duì)稱振子的校正系數(shù)？解：對(duì)于半波對(duì)稱振子解：對(duì)于半波對(duì)稱振子el6log20KdBKMHzf10150時(shí)，當(dāng) 第三部分第三部分 電波傳播電波傳播電磁波在收、發(fā)天線之間的空間中傳播電磁波在收、發(fā)天線之間的空間中傳播1三種電波傳播的基本方式及其特點(diǎn)三種電波傳播的基本方式及其特點(diǎn)電波利用電離層的折射、反電波利用電離層的折射、反射和散射作用進(jìn)行傳播的方射和散射作用進(jìn)行傳播的方式稱為天波。式稱為天波。 沿地球沿地球表面進(jìn)表面進(jìn)行傳播行傳播的電波的電波傳播模傳播模式稱為式稱為地表面地表面波。波。 在大氣對(duì)流層中進(jìn)行的在大氣對(duì)流層中進(jìn)行的電波傳播方式稱為空間電波傳播方式稱為空間波。波。 各種

23、電波傳播方式的主要特點(diǎn)各種電波傳播方式的主要特點(diǎn)v空間波：空間波：在傳播過(guò)程中，電波會(huì)發(fā)生折射、反射、散射等現(xiàn)象。在微波通信中采用視距傳播。天線架設(shè)在地面以上大于幾個(gè)波長(zhǎng)處。v地表面波地表面波：長(zhǎng)波，中波一般采用這種傳播方式。天線直接架設(shè)在地面。 v天波：天波：只有這種電波傳播方式才能將電波傳送到數(shù)千公里以外。短波通信采用的就是這種傳播方式。 1) 費(fèi)涅爾帶的劃分費(fèi)涅爾帶的劃分按照下列等式劃分費(fèi)涅爾帶：按照下列等式劃分費(fèi)涅爾帶： 22220000220011nrrrrrrnn 可見(jiàn)，分布在相鄰兩帶邊界上的二次波源在觀察點(diǎn)產(chǎn)可見(jiàn)，分布在相鄰兩帶邊界上的二次波源在觀察點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)是反相的，且單位面積

24、上的二次波源產(chǎn)生的場(chǎng)的振生的場(chǎng)是反相的，且單位面積上的二次波源產(chǎn)生的場(chǎng)的振幅相差不大。幅相差不大。OM 0r0 nrnS0 1r1R12電波傳播的費(fèi)涅爾區(qū)電波傳播的費(fèi)涅爾區(qū)2) 合成赫芝矢量合成赫芝矢量設(shè)第設(shè)第n費(fèi)涅爾帶的二次波源在觀察點(diǎn)產(chǎn)生的合成波矢量為費(fèi)涅爾帶的二次波源在觀察點(diǎn)產(chǎn)生的合成波矢量為n，則因?yàn)椋瑒t因?yàn)?11coscosnnnnnnrr1nn而相位相反而相位相反所以，合成矢量的振幅為所以，合成矢量的振幅為2222254332114321M20lim1nn且級(jí)數(shù)每一項(xiàng)與左右相鄰項(xiàng)的算術(shù)平均值相差不大且級(jí)數(shù)每一項(xiàng)與左右相鄰項(xiàng)的算術(shù)平均值相差不大 由于上述級(jí)數(shù)是收斂的，且收斂很快，所以

25、在觀察點(diǎn)由于上述級(jí)數(shù)是收斂的，且收斂很快，所以在觀察點(diǎn)的合成場(chǎng)基本上是由分布在前幾個(gè)費(fèi)涅爾帶內(nèi)的二次波源的合成場(chǎng)基本上是由分布在前幾個(gè)費(fèi)涅爾帶內(nèi)的二次波源產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。3) 費(fèi)涅爾帶的半徑費(fèi)涅爾帶的半徑OM 0r0 nrnS0 1r1R1由圖可知，由圖可知，02022002022022rRrRrrRRnnnnnnOM 0r0 nrnS0 1r1Rn mrrnRnrRrrnnnn0000002002112 位于位于S0面上某一范圍內(nèi)面上某一范圍內(nèi)的二次波源對(duì)觀察點(diǎn)的場(chǎng)起的二次波源對(duì)觀察點(diǎn)的場(chǎng)起主導(dǎo)作用，該范圍的尺寸由主導(dǎo)作用，該范圍的尺寸由費(fèi)涅爾半徑?jīng)Q定。費(fèi)涅爾半徑?jīng)Q定。4) 空間費(fèi)涅爾區(qū)空間

26、費(fèi)涅爾區(qū) 當(dāng)當(dāng)S0面沿著直線面沿著直線OM移動(dòng)時(shí)，每一費(fèi)涅爾帶的邊界移動(dòng)時(shí)，每一費(fèi)涅爾帶的邊界將構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體，焦點(diǎn)在將構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體，焦點(diǎn)在O點(diǎn)和點(diǎn)和M點(diǎn)。相鄰兩旋點(diǎn)。相鄰兩旋轉(zhuǎn)橢球體之間的空間稱為空間費(fèi)涅爾區(qū)。轉(zhuǎn)橢球體之間的空間稱為空間費(fèi)涅爾區(qū)。結(jié)論：對(duì)電波傳播起主導(dǎo)作用的空間區(qū)域是一個(gè)結(jié)論：對(duì)電波傳播起主導(dǎo)作用的空間區(qū)域是一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體。在旋轉(zhuǎn)橢球體。在OM的中點(diǎn)空間費(fèi)涅爾區(qū)的半徑的中點(diǎn)空間費(fèi)涅爾區(qū)的半徑最大。最大。00max21rddnRn為一次波源與觀察點(diǎn)之間的距離為一次波源與觀察點(diǎn)之間的距離5) 最小費(fèi)涅爾半徑最小費(fèi)涅爾半徑 可證明三分之一第一費(fèi)涅爾帶的面積在觀察點(diǎn)產(chǎn)可證明

27、三分之一第一費(fèi)涅爾帶的面積在觀察點(diǎn)產(chǎn)生的波振幅為生的波振幅為B。用。用R0表示從表示從S0面中心處到三分之一第面中心處到三分之一第一費(fèi)涅爾帶面積的半徑，則一費(fèi)涅爾帶面積的半徑，則 R0稱為最小費(fèi)涅爾帶半徑。落入最小費(fèi)涅爾稱為最小費(fèi)涅爾帶半徑。落入最小費(fèi)涅爾帶內(nèi)的地形地物將對(duì)電波傳播產(chǎn)生極大的影響。帶內(nèi)的地形地物將對(duì)電波傳播產(chǎn)生極大的影響。2211 mRRRR102120577. 031R1電波傳播的電波傳播的費(fèi)涅爾區(qū)費(fèi)涅爾區(qū)6) 費(fèi)涅爾區(qū)的應(yīng)用費(fèi)涅爾區(qū)的應(yīng)用例：設(shè)通信距離為例：設(shè)通信距離為10km，求，求150MHz電波傳播的最小電波傳播的最小 費(fèi)涅爾帶的半徑費(fèi)涅爾帶的半徑R0。mRRmdnR

28、mMHzf8 .40577. 07 .70212150max10max1解：解：1）自由空間）自由空間v定義：定義：所謂自由空間是指相對(duì)介電常數(shù)和相所謂自由空間是指相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率均恒為對(duì)磁導(dǎo)率均恒為1的均勻介質(zhì)所在空間。即的均勻介質(zhì)所在空間。即 是真空介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。是真空介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。 v特點(diǎn)：無(wú)源，各向同性，電導(dǎo)率為零（特點(diǎn)：無(wú)源，各向同性，電導(dǎo)率為零（0）。）。 0000,3 3電波在自由空間的傳播電波在自由空間的傳播2）電波在自由空間中的傳播特點(diǎn)）電波在自由空間中的傳播特點(diǎn) 在自由空間中，電波的傳播是直線傳播直線傳播，沒(méi)有反射、折射、繞射、色散、吸收、磁離子分裂等現(xiàn)象。電波傳播速度等于真空中的光速c3108m/s。 3）自由空間電波傳播的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算）自由空間電波傳播的場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算當(dāng)距離發(fā)射機(jī)當(dāng)距離發(fā)射機(jī)d時(shí)，自由空間的場(chǎng)強(qiáng)為時(shí)，自由空間的場(chǎng)強(qiáng)為dP30DEt式中，式中，E為場(chǎng)強(qiáng)，單位為為場(chǎng)強(qiáng)，單位為V/m；P為輻射功率，單位為為輻射功率，單位為W；Dt為發(fā)射天線的方向性系數(shù)。為發(fā)射天線的方向性系數(shù)。 d lg 20- P lg 10(dB)D77.14E(dBv/m)tkmd lg 20- P lg 10(dB)D77.74)E(dBt4）接收機(jī)輸入端的最大接收功率）接收機(jī)輸入端的最大接收功率WDEPrr12022412