天线技术教案.docx

《天线技术教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天线技术教案.docx（60页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、1.11.2绪论天线的分类一、天线的作用无线电播送，通信，遥测，遥控以及导航等无线电系统都是利用无线电波来传递信号的.而无线电波的发射和接收都通过天线来完成.因此天线设备是无线电系统中重要的组成局部.由发射机产生的高频振荡能量，经过发射天线变为电磁波能量，并向预定方向辐射，通过媒质传播到达接收天线附近.接收天线将接收到的电磁波能量变为高频振荡能量送入接收机,完成无线电波传输的全过程.可见天线设备是将高频振荡能量和电磁波能量作可逆转换的设备，是一种“换能器。天线设备在完成能量转换的过程中，带有方向性，即对空间不同方向的辐射或接收效果并不一致,有空间方向响应的问题其次天线设备作为一个单口元件，在输

2、入端面上常表达为一个阻抗元件或等值阻抗元件。与相连接的馈线或电路有阻抗匹配的问题。天线的辐射场分布或接收来波场效应，以及与接收机,发射机最正确的贯穿，就是天线工程所最关心的问题。无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一局部功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。天线的主要作用：1/完成换能2/与源或负载进行良好的匹配3/具备足够的工作频率范围二、天线的分类天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情

3、况下使用。对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。1.3电波的传播（MaXWeIl方程）几个重要的人物：菱克斯多：1831年6月出生于英国爱丁堡。麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次

4、大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的根底。赫兹,德国物理学家，生于汉堡。赫兹对人类最伟大的奉献是用实验证实了电磁波的存在。1888年1月，赫兹将他的研究成果总结在论动电效应的传播速度一文中。赫兹实验公布后，轰动了全世界的科学界。由法拉第开创，麦克斯韦总结的电磁理论，至此才取得决定性的胜利。1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。赫兹的发现具有划时代的意义,它不仅证实了麦克斯韦发现的真理，更重要的是开创了无线电电子技术的新纪TC赫兹对人类文明作出了很大奉献，正当人们对他寄以更大期望时，他却于1894年元旦因血中毒逝世，年仅36岁。为了纪念他的功绩，人们用

5、他的名字来命名各种波动频率的单位，简称“赫。马可尼:人类无线电通信的创始人意大利的马可尼(Marconi,G.W.,18741937)与俄国的波波夫(11onoB,A.C.18591906)成功地进行了世界上最早的无线电通讯活动，开创了人类通讯的新纪元。无线电通讯是利用电磁波的辐射和传播、经过空间传送信息的通信方式。1831年，英国法拉第发现电流可以产生磁场。1865年，英国麦克斯韦从理论上预言了电的任何波动可以在远处产生感应即电磁波的存在、并且电磁波能够从产生的地方以光的速度辐射出去，但他本人未能亲自作出实验验证。1887年，德国物理学家赫兹(HertzJLR.,18571894)利用静电的

6、火花放电实验，证明了电磁波的存在，激起了人们利用电磁波的念头，而赫兹却英年早逝，未能在电磁波的应用技术方面开展科研工作。敏感的创造家们已经意识到电磁波可以用于无线电通讯。以意大利的马可尼和俄国的波波夫为代表的科学家、创造家，在前人已掌握的电磁学和电磁波知识的根底上，大胆探索、奋勇实践，开启了电磁波应用的大门并开创了无线电通信这门新技术。马可尼：人类无线电通信的创始人意大利的马可尼(Marconi,G.W.,18741937)与俄国的波波夫(11oo,A.C.18591906)成功地进行了世界上最早的无线电通讯活动，开创了人类通讯的新纪元。无线电通讯是利用电磁波的辐射和传播、经过空间传送信息的通

7、信方式。1831年，英国法拉第发现电流可以产生磁场。1865年，英国麦克斯韦从理论上预言了电的任何波动可以在远处产生感应即电磁波的存在、并且电磁波能够从产生的地方以光的速度辐射出去，但他本人未能亲自作出实验验证。1887年，德国物理学家赫兹(HertZ,H.R.,18571894)利用静电的火花放电实验，证明了电磁波的存在，激起了人们利用电磁波的念头，而赫兹却英年早逝，未能在电磁波的应用技术方面开展科研工作。敏感的创造家们已经意识到电磁波可以用于无线电通讯。以意大利的马可尼和俄国的波波夫为代表的科学家、创造家，在前人已掌握的电磁学和电磁波知识的根底上，大胆探索、奋勇实践，开启了电磁波应用的大门

8、并开创了无线电通信这门新技术。意大利人马可尼1901年向新来临的20世纪奉献上的珍贵礼品是一项科技创新与创造成功地进行了首次无线电通讯，无线电技术的大开展从而成为20世纪的热门事情。1906年，美国物理学家费森登创造无线电播送，使无线电波进入千家万户，预示着一个信息时代的肇始。1.3电波的传播（MaxWeIl方程）1.3电波的传播电波传播的根本知识一、无线电波传播发射天线或自然辐射源所辐射的电磁波，在自由空间通过自然条件下的各种不同媒质（如地表、地球大气层或宇宙空间等）到达接收天线的传播过程。二、误码、误信电波/射、笳j、被传播媒质吸收、衰减一一引起误码、误信的原因。三、电波传播方式视距传播、

9、空间波传播、地面波传播四、无线电波段划分频率从几十Hz（甚至更低）到3000GHz左右（波长从几十Mm到左右）频谱范围内的电磁波，称为无线电波。电波旅行不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播。无线电波波段划分波段名称波长范围（m）频段名称频率范围超长波1,000,000-10,000甚低频3-30KHz长波10,000-1,000低频30-300KHz中波1,000-100中频300-3,OOOKHz短波100-10高频3-30MHz米波10-1甚高频30-300MHz超短波特高频超图频300-3,OOOMHz3-30GHz毫米波极高频30-300GHz其中分米波、厘米波、毫米波

10、统称为微波。视距传播视距传播,又称直接波传播，是指发射天线和接收天线处于相互能看见的视线距离内的传播方式。电磁波可直接从发射天线传送到接收天线，也可由地面反射后到达接收天线。所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强。直接反射地面发射天线由于地球外表是曲面，发射天线和接收天线如果距离太远会被地面遮挡，因此天线架设高度要足够高，视距距离最远可达50KNL举例：微波天线，需中间无遮挡，勘测有时需借助望远镜。1 .视线距离的计算将地面上高架天线直射线到达的最大距离&称为视线距离，见图l-20图1-2球形地面上的视距由于0M,O2,那么4=d2由直角三角形三边关系可得G处算公式（考虑大气不均匀性）

11、八=4.12（加+弧）义1。3（根）由上式观察可得，视线距离只与发射和接收天线的高度有关。通信距离d阴影区*d0半阴影区2 .光滑平地面上的视距波场强光滑平地面意即不计地面因素对天线的影响图1-4直射波与反射波接收点的场强为接收点场强E=E.+Er直射波场强反射波场强夕是衰减因子。是合成场强与自由空间场强的比值。入一电波波长，Ar反射波和入射波的波程差d通信距离由此式可看出接收点合成场具有如下一些根本性质：（1）当工作波长和收、发天线间距不变时，接收点场强（衰减因子与场强成正比）随天线高度hl和Hl的变化而在零值与最大值之间波动，如图1-5所示。图-5接收点场强随天线高度变化的曲线（2）当工作

12、波长久和两天线比阚Tb和榨都伸由懑叫点场强随两天线间距的增大而呈波动变化，间距或、/瘁动声中减小,。/：图1-6接收照嗨M天检附Md点W的曲线（3）当两天线高度讥、波和W距卜本变寸改恸.作波长也会得到类似的结果。接收点场强随工作波型用波动W化的W线女蝌1-7-听示。图1-7接收,酬强随作作波M人的悌化曲我总之，在微波视距通信设讣I,为年接收4场强制定，希望反射波的成分愈小愈好。所以在设计和选择通信宿道船lilW11起伏不平的地形或地物，使反射波场强削弱或改变反射波的传播好，使其不能到达接收点，以保证接收点场强的稳定。3 .低空大气层对视距波的影响视距波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对

13、流层的影响。在大气层中，高度越高，大气密度越低，气温和湿度也越低。大气会对电波产生衰减，主要来自两个方面。一方面是云、雾、雨等小水滴对电波的热吸收及水分子、氧分子对电波的谐振吸收。另一方面是云、雾、雨等小水滴对电波的散射.降雨引起的衰减最为严重，因此在工程建设设计中都要考虑由降雨引起的衰减一一雨衰。举例：如微波、红外线设备等都要面对这个问题，因此它们都有稳定性不好的缺陷，在工程建设中，有线传输是首选。但微波、红外线具有安装快速便捷的特点，在光缆条件不具备的情况下可用。空间波传播(电离层传播和外层空间传播)一、电离层传播即电波经电离层反射后到达接收点。1 .电离层对电波的折射与反射原理电离层会使

14、电波产生反射、折射与散射等现象。假设将电离层分成假设干薄层，每一薄层的电子浓度是均匀的，但彼此是不等的。由低到高各层折射率分别为/71,成，那么因为各薄片电离层的电子浓度随着高度的增加而变大，即NKMM71727各薄层间的界面上连续应用折射定律可得如下关系：当电波进入电离层后，由于电子浓度随高度的增加而逐渐变大，各薄层的折射率依次变小，因此电波将连续地向下偏折，直到到达某一薄层处的入射角0炉90时，电波开始回返，那么称此点为反射点。图-8电离层对电波的连续折射情况2 .最高可用频率电离层反射电波的能力与电波频率有关。当入射角。0一定时，电离层能把电波反射回来的最高可用频率为加ax电离层的最大曲

15、济檄8NniSec%频率f越高，反射条件要求的加越大，所以要在较高处才能回返；加越大,电波反射后所到达的距离越远。通信距离远，最高可用频率低；通信距离近，最高可用频率高。当ffmax时，电波无法反射回来。图1-9夕0一定而频率不同时电波的轨迹3 .最正确工作频率分,理论上讲，f越大越好，但f太大，Nrl值很高，电波传送的高度越高，传送距离越远，经过路程越长，衰减越大，所以最正确频率取值：/Vinax4 .最小入射角当电波频率一定时，电离层能把频率为F的电波反射回来的最小入射角0min为Sin函数在(-I2,I2)为增函数，所以入射角60越小，反射条件要求的用越大，那么需在较高处才能反射。当夕(90in时，电波无法反射回来。5 .电离层通信特点(1)频率的选择很重要，频率太高，电波将穿透电离层射向太空；频率太低,电离层吸收太大，以至不能保证必要的信噪比。因此，通信频率必须选择在最正确频率附近。(2)电离层传播的随机多径效应