第八章 無線電及監(jiān)測基礎(chǔ)知識

第八章無線電及監(jiān)測基礎(chǔ)知識第一節(jié)高頻正弦交流電及其三要素高頻正弦交流電如圖1：圖1它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：u＝UmSin(2πft＋Ψ0)其中：(1)Um：為振幅最大值(2)f：為頻率(周期T)(3)Ψ0：為初始相位頻率：1秒鐘內(nèi)電壓(或電流)最大值重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)叫頻率.單位為1／秒也叫赫茲Hz。周期：兩相鄰電壓最大值之間的時間間隔叫周期，單位為秒。周期與頻率互為倒數(shù)，T＝1／f，f＝1／T。第二節(jié)電生磁，磁生電1．電生磁：通電導(dǎo)線周圍存在磁場，電流愈大，磁場愈強(qiáng)，吸力愈大.(如：電磁吸鐵石，電磁吊車)2．磁生電：導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生電動勢(或電流)，磁場越大，切割速度愈大，產(chǎn)生的電動勢也就越大.(如：發(fā)電機(jī))3．高頻交變的電場、磁場是可以相互感應(yīng)產(chǎn)生的，即高頻交變電場可以感應(yīng)出高頻交變磁場，高頻交變磁場也可以感應(yīng)出高頻交變電場。第三節(jié)半波振子天線和高頻電磁波的產(chǎn)生1．半波振子上的場強(qiáng)分布：(如下圖)如圖2：當(dāng)高頻交流電圖2u＝UmSin(2πft＋Ψ0)，加到半波振子天線上時，就會從天線上發(fā)出高頻交變電磁場(即電磁波)。理論和實踐證明，其場強(qiáng)分布為駐波分布(圖二中虛線所示)對于半波振子天線，兩端始終是駐波的節(jié)點(振幅始終為0)，而中間始終是腹點(振幅始終為最大值)。2．電磁波產(chǎn)生過程：圖3（a）圖3（b）如圖3(a)、(b)，當(dāng)t＝0時，高頻電流為0，半波振子天線上的場強(qiáng)也為0，當(dāng)t＝t1時電流增加，天線上場強(qiáng)也增加為E’，當(dāng)t＝t2時高頻交流電最大，天線上場強(qiáng)也最大為Em，當(dāng)t＝t3時電流減小，電場也減小，電流小到0，電場也小到0，電流小到負(fù)值，電場也為負(fù)值，電流負(fù)最大，電場也負(fù)最大，電流從負(fù)最大增加到0，電場也從負(fù)最大增加到0，就這樣，高頻交流電變化一周，電場也變化一周，如果高頻交流電為150MHz，即每秒變化1.5億次，則電場也在半波振子兩邊變化1.5億次／秒，這個垂直面上的高頻變化的電場在水平面上就會感應(yīng)出高頻變化的磁場→再交變成高頻電場→再交變成高頻磁場→……上面是一個形象的比喻，有利于理解和記憶。實際上是天線附近的高頻交變電磁場的變化感應(yīng)四周的介質(zhì)也產(chǎn)生相應(yīng)的高頻電磁場，就這樣像水波一樣的向四周傳開。3．為什么半波振子天線發(fā)射效率最高呢?圖4(a)圖4(b)因為半波振子天線上場強(qiáng)分布如圖2：當(dāng)高頻電流正半周時，場強(qiáng)也正好是正半周，當(dāng)高頻電流負(fù)半周時，場強(qiáng)也正好是負(fù)半周，就像是共振(諧振)一樣，這樣感應(yīng)出來的場強(qiáng)正好是一個正弦波，反之若天線長度大于或小于半個波長，則場強(qiáng)與高頻電流就不可能正負(fù)半周同步共振，L≠λ／2時，場強(qiáng)分布圖如圖4(a)、(b)，由圖可見，高頻電流在天線上產(chǎn)生的電場將不再是高頻正弦電磁波，而是一個高頻的非正弦的周期波形，這個波形將被分解成直流分量、基波、二次波、三次波……，顯然這時天線的發(fā)射效率是很低的。舉一個極端的例子，如果L＜＜λ，此時天線長度L很小，波長λ很大，天線L上場強(qiáng)分布近似是一直線，這就不可能產(chǎn)生交變電磁場。當(dāng)然，如果天線做成全波、3／2次波……即L＝λ、3／2λ、2λ、5／2λ……等半波長的整數(shù)倍時，天線發(fā)射的也都是周期正弦波，不會產(chǎn)生其他諧波，但是它們的體積和所用材料就增加了，所以他們也沒有半波振子發(fā)射效率高。實際使用的天線基本都是半波振子天線或由多個半波振子并聯(lián)組成的天線陣，天線陣可以得到所需要的天線方向圖。電磁波1．在空中以一定速度傳播的交變電磁場叫做電磁波2．電磁波的三要素電磁波的場強(qiáng)表達(dá)式為：e＝EmSin(2πft＋Ψ0)其波形圖如圖5e為瞬時值Em為最大值f為頻率t為時間Ψ0為初始相位可見它的三要素同正弦交流電。3．電磁波的兩重性：(a)時間性：即某點電場強(qiáng)度隨時間變化的波形。見電磁波的三要素和圖5。圖5(b)空間性：即同一時間在傳播方向上空間不同點的場強(qiáng)分布。電磁波在空間傳播時，某一瞬間在傳播方向上不同點的電場大小也是一個正弦分布，其表達(dá)式為：e＝EmSin(2πS／λ＋Ψ0)e為傳播方向上各點的場強(qiáng)、Em為最大值、f為頻率、S為距離、C為光速、Ψ為初始相位其分布圖為圖6圖6電磁波的三要素與正弦波相似，不同處在于它是某瞬間的空間分布，與時間無關(guān)，不存在周期，圖6中兩相鄰峰值之間的距離叫波長。(c)波長的換算：c3×118(米／秒)C＝f·λ，λ(米)＝——＝—————————ff(Hz)

c300λ(米)＝——＝—————————米波換算公式ff(MHz)c0.3λ(米)＝——＝—————————微波換算公式ff(GHz)c3λ(dm)＝——＝—————————分米波換算公式ff(GHz)c30λ(cm)＝——＝—————————厘米波換算公式ff(GHz)c300λ(mm)＝——＝—————————毫米波換算公式ff(GHz)電磁波的功率密度矢量(波印亭矢量)和空中電磁波的歐姆定律1.功率密度矢量：我們知道，電場矢量E和磁場矢量H，都是有方向的量圖7而功率密度矢量S＝E×H(見圖7)，其方向由右手定則決定，即右手四指先抓碰電場矢量，再抓碰磁場矢量，此時伸開的大拇指方向就是電波傳播(即功率密度矢量)的方向。其標(biāo)量大?。篠＝｜E×H｜＝E·H2．空中電磁波的歐姆定律：公式為：Z0＝E／H叫空間電波的歐姆定律。由上式可得S＝E·H＝H2·Z0＝E2／Z0Z0叫空間波阻抗μ0Z0＝{——}=120π＝377Ωε0式中：μ0＝4π×10-7亨利／米，叫真空導(dǎo)磁率。1ε0＝———×10-9法拉／米叫真空介電系數(shù)。36π本文“{}”為根號，矢量E、H字母上方應(yīng)有→,以下同，請予注意!——編者注第六節(jié)電磁波的極化1.極化對通訊和監(jiān)測的影響我們知道，要想通訊效果好，收發(fā)天線的極化必須一致，即發(fā)射天線垂直極化時，接收天線也要垂直極化；發(fā)射天線水平極化時，接收天線也要水平極化。如果收、發(fā)天線的極化不一致，通訊效果將很差(相差100倍以上)，同樣，監(jiān)測的接收天線也必須同發(fā)射的天線極化一致，才能進(jìn)行有效的監(jiān)測。2．極化的分類：如圖8其中：線極化由線天線產(chǎn)生，圓(橢圓)極化由螺旋天線產(chǎn)生。而我們無線電監(jiān)測中常用的是線極化。線極化又分垂直極化和水平極化。電場矢量E垂直于地面的電磁波叫垂直極化波。

電場矢量E平行于地面的電磁波叫水平極化波。3.極化的判斷：根據(jù)天線來判斷。半波振子垂直放，產(chǎn)生垂直極化波；半波振子水平放，產(chǎn)生水平極化波。圖8對微波饋源天線，小激勵天線在波導(dǎo)喇叭里面，從外面看不見?？捎貌▽?dǎo)外觀來判斷。因為波導(dǎo)短邊方向與電場方向是一致的。即波導(dǎo)短邊垂直于地面是垂直極化，而波導(dǎo)短邊平行于地面是水平極化。第七節(jié)無線電波1．什么是無線電波：頻率在3000GHz以下，在空中傳播的電磁波叫無線電波。無線電頻率從幾十KHz到3000GHz頻率范圍的總稱叫頻譜。而其中某一小段可叫某一段的頻譜。例如150MHz頻段，從137～174MHz。頻譜是總稱(或是一段頻率范圍)，頻率是頻譜中某一具體頻點。2．無線電波波段劃分表頻率序號頻率范圍（只含上限頻率而不含下限頻率）相應(yīng)的米制波段劃會4567891011123～30KHz30～300KHz300～3000KHz3～30MHz30～300MHz300～3000MHz3～30GHz30～300GHz300～3000GHz超長波千米波百米波十米波米波分米波厘米波毫米波亞毫米波3．無線電波的傳播方式：直線傳播、反射傳播和繞射傳播。電波的頻率越高，傳播距離越短，反射能力越強(qiáng)，繞射能力越低。第八節(jié)無線電通訊收發(fā)方框圖1．無線電通訊發(fā)射方框圖，如圖9；方框波形圖如圖10圖9圖10圖中高頻振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩信號(圖10.a)與低頻信息信號(圖10.b)，在調(diào)制器中調(diào)制(調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相)后，得到一個被調(diào)制的高頻信號(圖10.c)，再經(jīng)功率放大后，送到天線發(fā)射出去。以上是一個簡述的發(fā)射過程。(A)圖10是一個調(diào)幅波的產(chǎn)生過程，它的載波(圖10.a)幅度受到低頻信號(圖10.b)的控制，產(chǎn)生了幅度隨低頻信號變化的高頻信號(圖10.c)。圖11(B)圖11是一個調(diào)頻波的產(chǎn)生過程，它的載波(圖11.b)頻率受到低頻信號(圖11.a)的控制，產(chǎn)生了頻率隨低頻信號變化的高頻信號(疏密波圖11.c)。

(C)調(diào)相波實際上是一種變相的調(diào)頻波，因為相位變化一周(360度)頻率變化1Hz。2．為什么要調(diào)制呢?直接把聲音、音樂、各種信息信號進(jìn)行功率放大，送給天線發(fā)射出去，這樣行不行呢?答：這樣是不行的。因為低頻信號的波長很長，例如一個15KHz的音樂信號，它的波長是20Km，半波就是10Km，10Km長的半波振子天線是很難做出來的。同時發(fā)射機(jī)功放中的λ/4諧振腔體和接收機(jī)諧振電路中的電感L和電容C也都將很大，也是很難做出來的。3.無線電通訊接收方框圖(如圖12)

圖12天線收到信號后，與本振信號差頻為中頻信號，經(jīng)放大后送去解調(diào)(檢波、鑒頻、鑒相)，解調(diào)出的低頻信息信號送到音頻(視頻)系統(tǒng)供人們聽(看)。圖13解調(diào)是調(diào)制的反過程，對調(diào)幅信號用檢波器還原出低頻信息信號；對調(diào)頻波用鑒頻器還原出低頻信息信號，而對調(diào)相波用鑒相器還原出低頻信息信號。圖13是一個調(diào)幅信號解調(diào)過程的波形圖。分貝(dB)和貝爾1．分貝(或dB)是電子學(xué)中廣泛用來表示兩個功率(或電壓、電流)之比的對數(shù)單位。設(shè)兩個功率之比為Kp，則這兩個功率之比Kp的對數(shù)單位表示為：且Kp(dB)＝10lgKp；若Kp＝2，則Kp(dB)＝10lg2＝3dB；若Kp＝10，則Kp(dB)＝10lg10＝10dB；若Kp＝1000，則Kp(dB)＝10lg1000＝30dB。設(shè)兩個電壓(或電流)之比為K，則這兩個電壓(或電流)之比的對數(shù)單位表示為K(dB)＝20lgK

若K＝2則K(dB)＝20lg2＝6dB；若K＝10則K(dB)＝20lg10＝20dB；若K＝1000則K(dB)＝20lg1000＝60dB；2．那么1分貝表示什么意思呢?功率1dB就是：10lgKp＝1，lgKp＝0.1，Kp＝100.1≈1.26電壓1dB就是：20lgK＝1，lgK＝0.05，K＝100.05≈1.12∴1分貝表示功率比為1.26倍。或表示電壓比為1.12倍。1貝爾＝10dB，它表示10倍的功率比或表示3.16倍的電壓(或電流)比。3．為什么功率比是10lgKp，而電流比卻是20lgK呢?P出U2出／RU2出因為功率比Kp＝——＝—————＝————＝K2P入U2入／RU2入

所以Kp(dB)＝10lgKp＝10lgK2＝20lgK四端網(wǎng)絡(luò)的增益G(或衰減L)如圖：設(shè)一個匹配四端網(wǎng)絡(luò)功率放大倍數(shù)為Kp，電壓放大倍數(shù)為K，則Kp＝K2，若K＝10，則Kp＝100。把它們用分貝表示得：K(dB)＝20lg10＝20dBKp(dB)＝10lg100＝20dB由上可見，對匹配的有源四端網(wǎng)絡(luò)而言，Kp和K用對數(shù)單位表示，它們總是相等的，我們把它叫做四端網(wǎng)絡(luò)的增益用G表示。其對數(shù)單位為：G(dB)＝20lgK＝10lgKp。同理，對無源四端網(wǎng)絡(luò)增益G(dB)是個負(fù)值，它表示衰減，若用L(dB)來表示衰減，則L(dB)＝－G(dB)。例：一截電纜，信號通過后電壓降低一半，則K＝(1／2),Kp＝K2＝(1／4)，G(dB)＝20lg(1／2)＝10lg(1／4)＝－6dBL(dB)＝－G(dB)＝6dB第十一節(jié)用dBw，dBm，dBv，dBmv，dBμv，來表示功率和電壓的大小1．dBw是以1W功率為基準(zhǔn)，用對數(shù)單位來表示功率PA的大小。也就是表示功率PA是1W的多少倍，A(dBw)＝10lg(PA／1W)若PA＝1W，A(dBw)＝10lg1＝0dBw，即0dBw表示功率為1W。2.dBm是以1mW功率為基準(zhǔn)，用對數(shù)單位來表示功率PA的大小。也就是表示功率PA是1mW的多少倍，A1(dBm)＝10lg(PA／1mW)，同樣0dBm表示功率為1mW1W功率是0dBw，那么用dBm來表示是多少呢?10lg(1W／1mW)＝10lg(1000mW/1mW)＝30dBm。也就是說，0dBw＝30dBm均表示功率為1W。若功率P(w)用dBw表示為：A(dBw)＝10lg［P(w)／1W］＝10lgP，則此功率用A1(dBm)表示應(yīng)為：A1(dBm)＝10lg(P×1000／1)＝10lgP＋10lg1000＝A(dBw)＋303.dBv，dBmv,dBμv是分別以1v，1mv，1μv為基準(zhǔn)，用對數(shù)單位來表示電壓的大小。即表示它們分別是1v，1mv，1μv的多少倍。A(dBv)＝20lg(UA／1v)，A1(dBmv)＝20lg(UA／1mv)A2(dBμv)＝20lg(UA／1μv)。同理：0dBv表示1v電壓，0dBmv表示1mv電壓，0dBμv表示1μv電壓。0dBv＝60dBmv＝120dBμv4.dBc是用對數(shù)表示的主信號功率和其他功率(如雜散、零道等)的比值。例：如果主發(fā)信號是鄰道功率的1000萬倍，則A(dBc)＝10lg(PC／P鄰)＝70dBc第十二節(jié)負(fù)載R兩端電壓，U(dBμv)與其功率P(dBm)的換算

(歐姆定律的變形公式)∵P＝U2／R，若功率P以mw為單位，電壓U以μv為單位，當(dāng)R＝50Ω時，Pmw×10-3＝(Uμv×10-6)2／50，用對數(shù)表示得：P(dBm)-30＝U(dBμv)-120-10lg50P(dBm)＝U(dBμv)-107U(dBμv)＝P(dBm)+107而當(dāng)R＝75Ω時P(dBm)＝U(dBμv)-90-10lg75＝U(dBμv)-108.75U(dBμv)＝P(dBm)+108.75實際上公式U(dBμv)＝P(dBm)+107是歐姆定律U＝I·R的變形公式，這時電壓U的單位不是伏特，而是dBμv，功率的單位也不是瓦特，而是dBm。第十三節(jié)噪聲系數(shù)和靈敏度噪聲系數(shù)和靈敏度都是衡量接收機(jī)對微弱信號接收能力的兩種表示方法，它們是可以相互換算的。1.定義(1)噪聲系數(shù)Nf是指接收機(jī)輸出端測得的噪聲功率與把信號源內(nèi)阻作為系統(tǒng)中唯一的噪聲源而在輸出端產(chǎn)生的熱噪聲功率之比。(兩者應(yīng)在同樣溫度下測得)。噪聲系數(shù)常用的定義是：接收機(jī)輸入端信噪比與其輸出端信噪比之比。即：Nf＝(Pc入／Pn入)÷(Pc出／Pn出)噪聲系數(shù)也可用dB表示：Nf(dB)＝10lgNf(2)靈敏度是指：用標(biāo)準(zhǔn)測試音調(diào)制時，在接收機(jī)輸出端得到規(guī)定的信納比(S+N+D／N+D)或信噪比(S+N+D／N)且輸出不小于音頻功率的50%情況下，接收機(jī)輸入端所需要的最小信號電平(一般情況下，信納比取12dB，而信噪比取20dB)。這個最小信號電平可以用電壓Umin(μv或dBμv)表示，也可以用功率P(mw)或P(dBm)表示。需要注意的是：(A)用電壓Umin表示靈敏度時，通常是指電動勢(即開路電壓)，而不是接收機(jī)兩端的電壓。在匹配時，Ur＝Umin／2見下圖：∴Ur＝(dBμv)＝Umin(dBμv)-6讀數(shù)指示是否是開路電壓，可在測完靈敏度后，把接收機(jī)斷開(即信號源開路)，看信號源讀數(shù)是否改變，若不變就是開路電壓(電動勢)，若變大了近一倍就是端電壓。(B)用功率表示靈敏度時，卻是接收機(jī)(負(fù)載Rr)所得到的功率，所以Pmin＝U2r／Rr＝U2min／4Rr∴Pmin(dBm)＝Ur(dBμv)-107＝Umin(dBμv)-6-107＝Umin(dBμv)-113即用dBm表示的靈敏度等于用dBμv表示的靈敏度減去113分貝∴Pmin(dBw)＝Umin(dBμv)-143例：已知某接收機(jī)靈敏度為0.5μv，阻抗為50Ω。求：用功率表示靈敏度應(yīng)為多少?Pmin＝(0.5×10-6)2／(4×50)＝0.125×10-14(W)Pmin(dBm)＝-149dBw＝-119dBm又∵0.5μv用分貝表示為20lg0.5＝-6dBμv∴Pmin(dBm)＝-6-113＝-119(dBm)＝-149dBw2.靈敏度與噪聲系數(shù)的相互換算按定義，結(jié)合實際測量，得輸入電動勢表示的靈敏度為:Umin＝e＝｛4KTBR·Nf·C／N｝式中，R為接收機(jī)輸入阻抗(50Ω)，Nf為接收機(jī)噪聲系數(shù)：B為噪聲帶寬，它近似等于接收機(jī)中頻帶寬(對于超高頻話機(jī)B＝16KHz)；C／N為限幅器輸入端門限載噪比(其典型值為12dB)；K為波爾茲曼常數(shù)(1.37×10-23J／K)；T為信號源的絕對溫度(K)，對于常溫接收機(jī)，T＝290°K。當(dāng)C／N(dB)＝12dB時，C／N＝101.2＝15.8。在常溫情況下，由上式可得：Umin(μv)＝e＝(μv)＝｛4×1.37×10-23×290×16×103×15.8×50×Nf｝×106＝0.448｛Nf｝(μv)例如：當(dāng)Nf(dB)＝3dB時，Nf＝2，e＝0.63μv當(dāng)Nf(dB)＝6dB時，Nf＝4，e＝0.89μv如用dBμv表示：Umin(dBμv)＝e(dBμv)＝Nf(dB)＋C／N(dB)-18.96＝Nf(dB)＋12-18.96＝Nf(dB)-6.96即在T＝290°K，B＝16×103Hz，R＝50Ω時，靈敏度的分貝數(shù)等于噪聲系數(shù)分貝數(shù)減去6.96，其單位是dBμv。第十四節(jié)天線增益系數(shù)Gi，Gd，G(dBi)，G(dBd)

天線增益系數(shù)定義是：以相同的輸入功率送入被測天線和作為參考標(biāo)準(zhǔn)的無方向性的理想點源天線時，被測天線在其最大輻射方向上產(chǎn)生的場強(qiáng)振幅的平方值，與無方向性的理想點源天線在該點產(chǎn)生的場強(qiáng)振幅的平方值的比值，即Gi＝｛E2max／E20｝(PA＝PAO)時注：此“｛｝”不是根號式中PA及PAO分別為送入兩天線的輸入功率。它的另一個定義是：使接收點(在被測天線的最大輻射方向上的點)場強(qiáng)相同時，無方向性的理想點源天線所需的輸入功率PAO與被測天線所需的輸入功率PA之比，即Gi＝｛PAO／PA｝(接收點場強(qiáng)相同)，以上兩個定義得出的增益系數(shù)是一致的。但對同一個天線，如果被比較的基準(zhǔn)天線不一樣，得出的增益系數(shù)是不一樣的。我們把以無方向性的理想點源天線為基準(zhǔn)天線得到的增益系數(shù)記做Gi；把以半波振子天線為基準(zhǔn)天線得到的增益系數(shù)記做Gd。增益系數(shù)Gi(或Gd)也可以用分貝表示。G(dBi)＝10lgGiG(dBd)＝10lgGd由于半波振子天線對無方向性的理想點源天線的Gi＝1.64，所以半波振子的G(dBi)＝10lg1.64＝2.15(dBi)所以任一天線的G(dBi)＝G(dBd)+2.15，通常廠家給出的天線增益，除特意標(biāo)出是dBd的之外，沒標(biāo)單位的都是dBi。實踐中都是以半波振子為標(biāo)準(zhǔn)天線，測出實用天線的Gd(或GdBd)，然后乘以1.64(或加上2.15)得出Gi(或GdBi),再用Gi(或GdBi)去進(jìn)行理論計算，而不能用Gd(或GdBd)去計算。第十五節(jié)發(fā)射端天線發(fā)出的功率PAT(EIRP)設(shè)發(fā)射機(jī)功率為PT(W)，饋線損耗為LT，天線增益為GT，如下圖：

則天線發(fā)出的全向輻射功率PAT(EIRP)＝PT·GT／LT用dBw表示，PAT(dBw)＝PT(dBw)＋GT(dB)－LT(dB)用dBm表示，PAT(dBm)＝PT(dBw)＋GT(dB)-LT(dB)+30第十六節(jié)空中直線波傳到某點的功率密度S功率密度S的單位為w／m2、mw／m2或μw／cm2，也可用分貝表示為dBw／m2、dBm／m2、dBμw／cm2.。S＝PAT／4πd2(w／m2)，其中4πd2是以距離d為半徑的球面積，該試用分貝表示為：

S(dBw／m2)＝PAT(dBw)-20lgd(m)-10lg4πS(dBw／m2)＝PAT(dBw)-20lgd(m)-10.99實際工作中，常用公里km為距離單位，則S(dBw／m2)＝PAT(dBw)-20lgd(km)-70.99若以毫瓦／平方米為單位，則S(dBm／m2)＝S(dBw／m2)+30＝PAT(dBw)-20lgd(km)-40.99若以微瓦／平方厘米為單位則S(dBμw／cm2)＝S(dBw／m2)+60-40＝S(dBw／m2)+20＝PAT(dBw)-20lgd(km)-50.99第十七節(jié)空中某點功率密度S(dBw／m2)與該點場強(qiáng)E(dBμv／m)的關(guān)系∵S＝E2／Z0，∴E＝｛S·Z0｝＝｛120π·S｝其中Z0＝120π＝377Ω，為空中波阻抗，上面式中S的單位為w／m2，E的單位為v／m，若S用dBm／m2為單位，E用dBμv／m為單位，則：S(mw／m2)×10-3＝［E(μv／m)×10-6］2／120π用分貝表示得：S(dBm／m2)＝E(dBμv／m)-90-25.76＝E(dBμv／m)-115.76∴E(dBμv／m)＝S(dBm／m2)+115.76若S用dBμw／cm2為單位，E用dBμv／m為單位，則：S(dBμw／cm2)＝E(dBμv／m)-125.76E(dBμv／m)＝S(dBμw／cm2)+125.76第十八節(jié)電波在空中的路徑損耗設(shè)：發(fā)射功率為PT，發(fā)射天線增益為GT，發(fā)射天線電纜損耗LT，則天線發(fā)出的功率為：PAT＝PT·GT／LT到達(dá)接收天線點的功率密度為：SR＝PAT／(4πd2)，d為發(fā)收間的距離，進(jìn)入接收機(jī)的功率為：PR＝SR·AO，AO＝GR·λ2／4π為天線有效接收面積?！郟R＝PAT·GR·λ2／(4πd)2d為和λ的單位為米，空中損耗：L空＝PAT·GR／PR＝(4πd)2／λ2用分貝表示得：L空(dB)＝10lg［(4πd)2／λ2］＝20lg(4πd／λ)＝21.98+20lgd-20lgλ(此式常用于實驗室中)若距離d以公里為單位，頻率f以MHz為單位，則L空＝21.98+20lgd(km)×103-20lg［300／f(MHz)］＝81.98-49.54+20lgd(km)+20lgf(MHz)＝32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)(此式常用于米波計算)若頻率f以GHz為單位，則L空＝32.44+20lgd(km)+20lg［f(GHz)×103］＝92.44+20lgd(km)+20lgf(GHz)(此式常用于微波計算)第十九節(jié)偶極子天線的有效長(高)度L0有效接收面積AO。1．有效長度L0定義：天線上感應(yīng)電壓e0與天線所在點場強(qiáng)E之比叫天線有效長度L0。如上圖設(shè)場強(qiáng)為E，感應(yīng)電壓為e0(電動勢)，L為偶極子天線長度的一半，我們把偶極子天線2L上，半正弦分布(如圖虛線所示)的感應(yīng)場，等效為大小為E長度為L0的均勻場，則e0＝E·L。經(jīng)驗證：偶極子天線有效長度L0＝(λ／π)·tg(π·L／λ)，對于半波振子L＝λ／4，代入上式得L0＝(λ／π)，對于車載λ／4吸盤天線：L0為半波振子的一半，L0＝λ／2π，對于增益為G的偶極子天線：L0＝(λ／π)·｛G／1.64｝2．有效接收面積AO定義：經(jīng)天線傳到接收機(jī)的功率PR與天線所在點功率密度S之比：A0=PR/S，PR=A0·S。3．A0與L0的關(guān)系：經(jīng)理論計算和實際驗證，A0=(1.64π/4)·L02當(dāng)天線匹配且饋線損耗很小時：用L0=(λ/π)·{G/1.64}代入A0=(1.64π/4)·L02得：A0=(1.64π/4)·［(λ/π)·{G/1.64}］2=G·λ2/4π第二十節(jié)天線因子K的定義、計算和測試1.定義：如圖天線場強(qiáng)為E，感應(yīng)到接收設(shè)備的端電壓為Ur。兩者之比叫做該天線的天線因子，用K表示：K=E/Ur，E=K·Ur。K因子反應(yīng)了一個天線把空中電場轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮斩穗妷旱哪芰?。注意：有些天線K因子中已包括了饋線損耗，對同一個天線若饋線的長度或損耗不一樣，則其K因子也不一樣。2.K因子的計算公式：∵S=E2/120π，A0=G·λ2/4π，Pr=S·A0=E2·G·λ2/480π2又∵Pr=Ur2/R0∴Ur2/R0=E2·G·λ2/480π2∴E2/Ur2=480π2/(R0·G·λ2)又∵λ(m)=300/fMHz∴E2/Ur2=(480π2·f2MHz)/［R0·(300)2·G］30∴K=E/Ur=(fMHz·π/75)·{________}R0·G當(dāng)R0=50Ω時，用分貝表示K因子：K(dB/m)=E(dBμv/m)-Ur(dBμv)30=20lgfMHz-G(dB)-20lg［(π/75)·{——}R0=20lgfMHz-G(dB)-29.783.K因子測試(比較法)已知：標(biāo)準(zhǔn)天線K因子為K1則：E=K1·U1，E(dBμν/m)=K1(dB/m)+U1(dBμν)在同地點、同高度換上被測天線和電纜則：E=K2·U2，E(dBμν/m)=K2(dB)+U2(dB)∴K1(dB/m)+U1(dB)=K2(dB)+U2(dB)K2(dB)=K1(dB)+［U1(dBμν)-U2(dB)］有些單位買了進(jìn)口天線，它也給了K因子，但是對我們來說，多數(shù)不能用，因為它的K因子是在電波暗室中用1米線、3米法或10米法測出來的，這種K因子只適合實驗室(電波暗室)中使用，而我們無線電監(jiān)測是在空間開闊場中使用，所以我們必須用空間開闊場中測得的K因子，所以你買的進(jìn)口天線K因子中，如沒有開闊場的K因子，必須去重校一個開闊場的K因子才能正確使用。附錄：預(yù)備知識一、對數(shù)和指數(shù)互為逆運(yùn)算及對數(shù)的主要性質(zhì)1.互為逆運(yùn)算aA=NlogaN=A10A=NlgN=A2.對數(shù)的性質(zhì)①負(fù)數(shù)無對數(shù)：lgN=AN＞0②0＜N＜1時，對數(shù)為負(fù)值：lgN＜0③1的對數(shù)等于0：loga1=0，lg1=0④底的對數(shù)等于1：logaa=1，lg10=1⑤兩乘數(shù)之積的對數(shù)等于兩乘數(shù)各自對數(shù)之和：lg(N×M)=lgN+1gM；lg(N/M)=lgN-1gM⑥指數(shù)Na的對數(shù)等于a倍N的對數(shù)：lgNa=algNlogaN⑦換底公