《導(dǎo)航概論》PPT課件.ppt

1、基于1.3無(wú)線電技術(shù)、基于1.3無(wú)線電技術(shù)、1.3.1傳播和傳播1.3.2天線和饋線1.3.3無(wú)線信號(hào)調(diào)制和傳輸1.3.4無(wú)線信號(hào)接收、無(wú)線廣播通信系統(tǒng)、導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)、1.3 1。無(wú)線電波的產(chǎn)生方式2，無(wú)線電波的極化方式3，無(wú)線電波的傳播特性4，無(wú)線電波的傳播方式，導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)，R，L，C是諧振角頻率理想的L，C不消耗能量，只能進(jìn)行能量交換。一種完全開(kāi)放的平面電容器，在頻率高的電壓刺激時(shí)將電磁波發(fā)射到空間。x是電場(chǎng)的方向。z是傳播方向。Em和分別表示空間信號(hào)的最大振幅和初始相位。對(duì)于角頻率(rad/s)，T反映波隨時(shí)間的相位變化。反映波的相位取決于稱為空間角頻率或空間相位常

2、數(shù)的空間變化(rad/m)。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本傳播生成，在特定時(shí)間點(diǎn)的Z對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)在空間中定期分布。傳播時(shí)，空間磁場(chǎng)Hy(z，t)總是垂直于空間電場(chǎng)Ex(z，t)并垂直于傳播方向。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)傳播的生成，等值面：在同一時(shí)間空間電磁波拓?fù)湎嗤狞c(diǎn)連接面；等寬面：在同一時(shí)間具有相同振幅的點(diǎn)連接在一起的面。均勻電磁波：當(dāng)?shù)认嗝媾c等寬面重合時(shí)，稱為均勻電磁波。此時(shí)，在等面上傳播的振幅相同。根據(jù)等值面的形狀，電磁波可分為平面波、方波、柱面波等。點(diǎn)輻射源產(chǎn)生的電磁波是方波，到達(dá)無(wú)窮大時(shí)，球面波的曲率較小，因此可以接近平面波。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)傳播的產(chǎn)生，傳播頻率的劃分，導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)

3、基礎(chǔ)傳播的產(chǎn)生，2，傳播的極化方式，傳播的極化，是指在空間輻射場(chǎng)的一個(gè)固定位置上電場(chǎng)矢量端隨時(shí)間移動(dòng)的軌跡。對(duì)于平面波，極化簡(jiǎn)化了電場(chǎng)矢量定義的方向。矢量方向恒定的話，被認(rèn)為是線極化波，習(xí)慣上認(rèn)為極化軸沿水平方向。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本傳播的極化方式，有時(shí)電磁波在傳播過(guò)程中極化軸旋轉(zhuǎn)，每個(gè)傳播波長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)360。所有極化角度的場(chǎng)強(qiáng)相同時(shí)的圓形極化。橢圓極化，例如場(chǎng)強(qiáng)的變化。波的旋轉(zhuǎn)方向可以是順時(shí)針或逆時(shí)針。2 .傳播的極化方式，探索概論無(wú)線電技術(shù)基本傳播的極化方式，3，傳播的傳播特性，自由空間：電導(dǎo)率0，相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)電導(dǎo)率U均為1的各向同性，均勻無(wú)耗介質(zhì)空間，介質(zhì)特性等同于真空。電磁波在自由

4、空間中傳播時(shí)，只有直線傳播的擴(kuò)散損失，傳播速度等于真空中的光速。如果傳輸介質(zhì)的特性隨時(shí)間隨機(jī)變化，則該介質(zhì)與(機(jī)器)參數(shù)(量)一起發(fā)生。當(dāng)無(wú)線電波在相關(guān)介質(zhì)中傳播時(shí)，信號(hào)會(huì)隨時(shí)間隨機(jī)波動(dòng)，產(chǎn)生衰退現(xiàn)象。也就是說(shuō)，如果慢衰退、快衰退、選擇性衰退、傳播介質(zhì)對(duì)傳播的影響與傳播頻率有關(guān)，則介質(zhì)稱為色散。(David aser，Northern Exposure(美國(guó)電視電視劇)，無(wú)線電波)如果傳播空間中有不同特性的傳輸介質(zhì)，或者介質(zhì)不均勻，則稱為非均勻介質(zhì)空間。由于地球表面的起伏和大氣對(duì)傳播的多級(jí)折疊(反轉(zhuǎn))，傳播通過(guò)徐璐其他路徑(通道)到達(dá)接收端，傳播距離、信號(hào)移動(dòng)、衰減特性都不同。接收端信號(hào)的總和

5、成為不穩(wěn)定的波動(dòng)信號(hào)，稱為多路徑干擾。，導(dǎo)航簡(jiǎn)介無(wú)線電技術(shù)基本無(wú)線電波的傳播特性，4，無(wú)線電波的傳播方式，1。地面波傳播1.3。天波傳播3。視線傳播4。散射傳播，導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本傳播的傳播方式，1。地面波傳播，無(wú)線電波沿地球表面?zhèn)鞑?，如果地面波傳播天線以直立的形式低于地面，安裝高度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，則無(wú)線電波的最大輻射方向是沿地球表面移動(dòng)的方向，在牙齒情況下，主要是地面波傳播，通常是垂直極化波的方式。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)傳播的傳播方式，1 .地面波傳播，地面波傳播主要受反轉(zhuǎn)性地球表面的影響。例如，地面的自轉(zhuǎn)特性，地形地貌的平整度等。與晝夜、季節(jié)、天氣變化等條件和太陽(yáng)的輻射沒(méi)有太大關(guān)系。地面是

6、否平坦與無(wú)線電波的波長(zhǎng)有關(guān)。地面波的特點(diǎn)是信號(hào)質(zhì)量好，電波比較穩(wěn)定，沒(méi)有多徑效應(yīng)。但是，隨著傳播頻率的增加(通常大于2 MHz)，地面波吸收變得嚴(yán)重，傳播(迂回)損失迅速增加，因此僅適用于頻率低的中波、長(zhǎng)波或超長(zhǎng)波的遠(yuǎn)距離通信或?qū)Ш?。需要更高的發(fā)射功率和更大的天線。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本傳播傳播方式，1.3。天波傳播，電離層反射無(wú)線電波的能力與傳播頻率，入射(角)有關(guān)。天波傳播與電離層密切相關(guān)。天波傳播的主要特征是傳輸損耗小，地平線傳播小，用小功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，通過(guò)電離層折射與地面反射的多次跳躍傳播，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)千公里，甚至數(shù)萬(wàn)公里的信號(hào)傳輸。(阿爾伯特愛(ài)因斯坦，Northern Exposu

7、re(美國(guó)電視電視劇)，場(chǎng)內(nèi)的短波都可以使用電離層反射進(jìn)行傳播，但這是大多數(shù)短波通信廣播的主要傳播方式，主要以短波為主。不能利用天波進(jìn)行傳播，因?yàn)槠渌l段的無(wú)線電波可以被吸收，也可以穿過(guò)大氣進(jìn)入太空。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本傳播的傳播方式，3 .視線傳播，天線收發(fā)高程基本上決定了視線傳播的通信距離，利用強(qiáng)方向性高海拔的天線是擴(kuò)大傳輸距離的有效方法。但是，為了減少信號(hào)之間的干擾和衰減的影響，需要調(diào)整天線位置和高度。對(duì)于超短以上波段的無(wú)線信號(hào)，將渡邊杏使用地面波傳播和天波傳播，因此視距傳播是主要的傳播方式，例如飛機(jī)超短波無(wú)線電(V. H. F. Comm)的工作頻率為118.000135.975MH

8、z。視線傳播也是衛(wèi)星通信，衛(wèi)星導(dǎo)航的基本傳播方式。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)傳播的傳播方式，4 .散射傳播，散射通信的優(yōu)點(diǎn)是距離遠(yuǎn)，破壞性好，機(jī)密性強(qiáng)。但是，需要高功率發(fā)射機(jī)、高增益天線和高靈敏度接收機(jī)。牙齒中對(duì)流層散射主要用于100 MHz10 GHz頻段，傳播距離一般小于800公里，可靠性高。電離層散射主要用于30100 MHz頻段，傳播距離可以大于1，000公里。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本傳播傳播方式、1.3無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)、1.3.1傳播和傳播1.3.2天線和饋線1.3.3無(wú)線信號(hào)調(diào)制和傳輸1.3.4無(wú)線信號(hào)接收、導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)、1.3.2第一、天線的作用2、天線的分類3、天線的特性指標(biāo)

9、及其影響因素4、饋線、導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)作為被動(dòng)設(shè)備的天線通常由金屬線、金屬面或其他介質(zhì)材料形成特定形狀，安裝在特定高度，在空間中全方位或特定方向發(fā)送(或接收)無(wú)線信號(hào)。天線除完成能量轉(zhuǎn)換功能外，還必須滿足方向、轉(zhuǎn)換效率、發(fā)射功率、頻帶寬度等實(shí)際要求。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線的作用，第二，天線分類，根據(jù)用途，天線可以分為通信天線、廣播電視天線、雷達(dá)天線、方向檢測(cè)和導(dǎo)航天線等。根據(jù)工作波長(zhǎng)的不同，可分為長(zhǎng)波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等。根據(jù)天線特性，可以分為圓形極化天線、線極化天線、窄波段天線、寬帶天線、非波數(shù)變化天線和數(shù)字波束天線等。大多數(shù)情況下，根據(jù)天線結(jié)構(gòu)，

10、主要分為兩大類茄子。一種是由電線或金屬棒組成的線性天線，主要應(yīng)用于長(zhǎng)波、短波和超短波信號(hào)。另一類是表面天線，主要由微波波段使用的金屬面或介質(zhì)面組成。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類，1 .基本天線單元，傳記偶極：又稱赫茲偶極，是間距小、大小相同、極性相反的振動(dòng)電荷。傳記偶極在空間中刺激交流電場(chǎng)，產(chǎn)生電磁波輻射。磁偶極：也稱為磁流元件的平面環(huán)形線圈，在牙齒線圈中，通過(guò)交流電流刺激空間中的交流磁場(chǎng)，產(chǎn)生電磁輻射。開(kāi)放波：波是薄壁金屬管道，根據(jù)電磁波的模式提供微波無(wú)線電能量，截面大部分是圓形或矩形(分別是圓形波和矩形波)。當(dāng)波的一端打開(kāi)時(shí)，電磁能量從波的入口向外輻射傳播，通常適用于高頻率分米

11、和厘米波段。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類，1.3 .線性天線，由傳記偶極演化而來(lái)的天線稱為偶極天線或?qū)ΨQ振子天線，屬于線極化天線。雙臂由兩條對(duì)稱金屬線組成，手臂間距可以忽略，總長(zhǎng)度相對(duì)于波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整，激勵(lì)由中間供給提供。如果電線安裝在地面、金屬面等反射面上，并由導(dǎo)線根提供，則可以使用該鏡像生成類似于鐘擺天線的電磁輻射。這被稱為單極天線、垂直接地天線、鞭天線、塔式天線等。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類、偶極天線和單極天線都是線性天線，主要應(yīng)用于LF UHF的頻帶范圍內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，多種天線結(jié)構(gòu)可以進(jìn)化，包括傘天線、形天線、V天線、T形天線、T形天線、傾斜天線、螺旋鞭天線、黑

12、木啟司天線、蝙蝠天線、雙錐天線、圓盤(pán)錐天線和套筒天線。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類，3 .圓形天線，圓形天線是基于磁偶極子變遷的天線，由一個(gè)蟑螂或多個(gè)線圈組成?？梢允蔷匦?、三角形、圓形或其他形狀?？招沫h(huán)形天線效率低，因此通過(guò)添加鐵氧體磁心的方式提高輻射或接收電磁波的能力，也稱為磁棒天線。采用多環(huán)天線是提高天線效率的另一種方法。如果環(huán)形天線的周長(zhǎng)小于五分之一波長(zhǎng)，則稱為小環(huán)形天線。小環(huán)天線結(jié)構(gòu)小，具有8字形的方向性，常用于無(wú)線電測(cè)向等導(dǎo)航領(lǐng)域和中、短波信號(hào)接收。如果環(huán)形天線的周長(zhǎng)與波長(zhǎng)相比較，則稱為大環(huán)形天線(大環(huán)形天線、雙環(huán)天線、負(fù)載環(huán)天線等)。方向圖類似于對(duì)稱擺，寬帶特性好。主要

13、適用于廣播和通信系統(tǒng)。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類，4 .面部天線、面部天線相當(dāng)于幾個(gè)茄子基本輻射源的組合，空間的電磁場(chǎng)分布是這些基本輻射源的疊加結(jié)果。其方向性圖取決于面上電磁波的相位和振幅分布。二次徑向表面天線主要分為反射器天線和透鏡天線。，導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類。反射器天線由反射面和初級(jí)饋源組成，反射面由各種形式的導(dǎo)體曲面或?qū)Ь€柵格網(wǎng)組成，例如拋物線、拋物線圓柱、拋物線環(huán)、拋物線盒、角度反射面等。將方向性弱的初級(jí)飼料的輻射反射為方向性強(qiáng)的輻射。提要位于拋物線的焦點(diǎn)，可以是陣列天線、喇叭天線、槽天線等。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類，部分反射器天線使用

14、二次反射面。天線主反射面是旋轉(zhuǎn)拋物線，次反射面是旋轉(zhuǎn)雙曲面，主饋位于雙曲面的實(shí)際焦點(diǎn)附近，雙曲面的虛擬焦點(diǎn)與拋物線的焦點(diǎn)一致。第一個(gè)饋源的球面波經(jīng)過(guò)第二次反射，在拋物線前產(chǎn)生聚焦平面波。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類，透鏡天線的二次輻射可以像光透鏡一樣通過(guò)無(wú)線電波。第一輻射源的球形電磁波通過(guò)透鏡天線后，其前面聚焦的是平面波，該平面波可以是介質(zhì)材料或金屬柵欄。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類，5 .在槽天線和微帶天線、波面或孔諧振器的適當(dāng)位置打開(kāi)一個(gè)或多個(gè)一定大小的小間隙，通過(guò)裂縫向外發(fā)射或接收電磁能量。牙齒天線稱為縫隙天線或波導(dǎo)裂縫天線。每個(gè)小接縫可以對(duì)應(yīng)于傳記偶極，其輻射特

15、性取決于小接縫的結(jié)構(gòu)大小和操作波長(zhǎng)。微帶天線是開(kāi)發(fā)為小型大小、輕量、低成本、易于集成的微帶傳輸線的天線，可以在大約100 MHz100 GHz的大頻率區(qū)域使用。這兩種天線都是平面天線，特別適用于高速飛行體，并且易于配置如下所述的多個(gè)天線。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類，6 .多天線，多天線是由多個(gè)輻射單元組成的天線，通常以一定的方式排列，因此陣列天線，每個(gè)輻射單元也稱為陣列元素。多元天線可以顯著提高天線的方向復(fù)制能力，整個(gè)復(fù)制方向圖與單個(gè)陣列元素的方向圖和每個(gè)陣列元素之間的相對(duì)幾何位置相關(guān)，具體取決于每個(gè)陣列復(fù)制場(chǎng)的矢量疊加。使用傳記控制方法控制每個(gè)震源激勵(lì)的信號(hào)相位和大小，可以實(shí)現(xiàn)

16、光束指向的自動(dòng)控制。這種天線稱為相位陣列天線。導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線分類，3，天線特性指標(biāo)及其影響因素，1。天線方向度1.3。天線主襟翼和波束寬度3。天線旁瓣電平4。方向性系數(shù)5。天線效率6。天線增益7。天線偏振8。天線的其他性能參數(shù)、導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線的特性指標(biāo)及其影響因素，1 .天線的方向性，天線的輻射電磁場(chǎng)在固定距離內(nèi)根據(jù)空間角度坐標(biāo)分布或變化的圖形，稱為天線的方向性?；蛘叻Q為天線襟翼。天線的定向函數(shù)天線的輻射電磁場(chǎng)是固定距離內(nèi)空間角度坐標(biāo)或變化的函數(shù)關(guān)系。，導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線的特性指標(biāo)及其影響因素，(1)“8”字形水平方向圖，“8”字形方向圖的標(biāo)準(zhǔn)化方向函數(shù)如下：導(dǎo)航概論無(wú)線電技術(shù)基本天線和饋線天線的特性指標(biāo)及其影響因素，(2)雙“8”字形水平方向圖，雙牙齒兩個(gè)直角方向函數(shù)分別可以分離兩個(gè)天線的信號(hào)，并且如果振幅值可以與符號(hào)(正或負(fù))一起測(cè)量，則計(jì)算相應(yīng)的比率以確定目標(biāo)方位角(牙齒情況下的雙“8”字形)天線模板和波束寬度、所需發(fā)射方向的輻射瓣稱為天線模板或天線束。天線主襟翼的光束形狀取決于使用要求，鋼筆、雙針、8字形、扇形等光束很常見(jiàn)。天線波束寬度定義為天線主瓣膜復(fù)蓋的角度范圍，用于指示對(duì)傳播輻射場(chǎng)的空間約束程度。與天線的形狀、大小、工作頻率、激勵(lì)的振幅相位分布等密切相關(guān)，通常用作角度分辨率的測(cè)量。在包含梁最大