《电波传播基础》课件

电波传播基础无线通信的基础电磁波在空间中的传播11课程简介介绍电波传播的基本理论、现涵盖电波传播的主要形式、影帮助学生理解无线通信系统的为从事无线通信、电子信息等象和应用响因素和应用场景基础知识领域工作奠定基础电磁波的基本概念电磁波的定义电磁波的产生电磁波是由周期性变化的电场和磁场构成电磁波的产生源于电荷的加速运动或变化的，以光速在真空中传播的磁场电磁波可以传递能量，不需介质传播电磁波的产生原理涉及电磁场理论电磁波的分类频率范围无线电波微波红外线根据电磁波频率不同，可分为频率较低，波长较长，主要用频率较高，波长较短，主要用频率更高，波长更短，主要用无线电波、微波、红外线、可于广播、通信、雷达等于微波炉、卫星通信等于红外线遥控、热成像等见光、紫外线、射线和射线Xγ等电磁波的特性横波速度电场和磁场垂直于传播方向在真空中传播速度最快，约为每秒万公里30波长能量电磁波的波长取决于频率，频率越高，波长越短电磁波携带能量，能量的大小与频率有关电波传播的基本规律直线传播1电磁波在均匀介质中沿直线传播反射2电磁波遇到不同介质的界面时会发生反射折射3电磁波从一种介质进入另一种介质时会发生折射绕射4电磁波遇到障碍物时会发生绕射现象散射5电磁波遇到不规则物体时会发生散射电磁波传播遵循一些基本规律，这些规律决定了无线信号的传播方式和特性这些规律包括直线传播、反射、折射、绕射和散射电离层的结构与特性电离层结构电离层特性电离层主要分为层、层和层，电离层对无线电波具有反射、折D EF每个层具有不同的高度和电子密射和吸收等特性，影响无线电波度的传播电离层变化电离层受到太阳活动和季节变化的影响，电子密度会发生变化，导致无线电波传播特性发生改变电离层对电波传播的影响电波反射电波折射太阳活动影响电离层扰动电离层中的电子密度会使电波电波在电离层中传播时，会因太阳黑子等活动会改变电离层极光等电离层扰动会引起电波发生反射，改变传播方向电子密度变化而发生折射，改结构，影响电波传播稳定性传播衰减，甚至中断变传播路径地球表面电波传播地面波传播地面波沿着地球表面传播，受到地球曲率和地表特性的影响空间波传播空间波利用电离层反射或散射，可以实现远距离通信对流层散射传播对流层散射利用大气中不规则结构散射电波，可用于短距离通信自由空间电波传播直线传播1自由空间中，电波以直线形式传播衰减2电波在传播过程中会发生衰减，强度会随着距离的增加而减弱多普勒效应3当发射源或接收器相对于对方运动时，会产生频率的变化自由空间电波传播是指电波在没有障碍物阻挡的真空中传播在自由空间中，电波以光速传播，并遵循直线传播的规律反射电波传播反射原理1电波遇到不同介质的边界时，一部分能量会反射回来，形成反射波反射条件2反射需要满足一定条件，例如电波的入射角大于临界角应用实例3反射电波传播广泛应用于雷达、无线通信等领域折射电波传播电波入射角1大于临界角时发生折射电波传播路径2弯曲路径，远离地球表面传播距离3远距离传播，超视距传播应用场景4广播、通信、导航折射电波传播是指电波在不同介质界面发生弯曲传播的现象当电波从一种介质传播到另一种介质时，其传播方向会发生改变，这就是折射现象折射电波传播在无线电通信中具有重要意义，可以实现远距离的无线通信绕射电波传播绕射现象当电波遇到障碍物时，会绕过障碍物继续传播，这种现象称为绕射障碍物尺寸绕射现象发生的程度与障碍物的尺寸有关，障碍物尺寸越小，绕射现象越明显波长影响电波的波长越长，绕射现象越明显例如，长波绕射能力比短波强绕射应用绕射现象在无线通信、雷达等领域都有应用，例如，利用绕射现象可以实现信号覆盖死角区域散射电波传播散射现象1电磁波遇到障碍物后，会发生散射现象，波束会向各个方向传播散射类型2常见的散射类型包括瑞利散射、米氏散射和非相干散射，不同类型散射影响电波传播的方式不同应用场景3散射电波传播广泛应用于雷达、通信和遥感等领域，尤其在无线通信中，散射可以提高信号覆盖范围线性天线的辐射特性辐射方向图辐射效率增益极化线性天线辐射的电磁波在空间指天线从输入功率中辐射出去指天线在某个方向上辐射的功指天线辐射电磁波的电场方向各方向的强度分布，用图形表的功率与输入功率之比，通常率密度与理想点源天线在相同线性天线的极化方向通常与天示称为辐射方向图它直观地用百分数表示辐射效率反映距离处辐射的功率密度之比，线轴线平行，可以是垂直极化描述了天线辐射能量的分布情了天线将输入功率转换为电磁通常用分贝表示增益反映了或水平极化况波辐射功率的能力天线在特定方向上集中辐射能量的能力天线的基本参数增益波束宽度极化阻抗天线增益是指天线在某个方向波束宽度是指天线辐射功率达极化是指电磁波电场矢量的方天线的阻抗是指天线输入端的上的辐射功率与理想的无方向到最大值一半时的两个方向之向，天线的极化是指它辐射电电压与电流之比，它决定了天性天线在相同功率下辐射的功间的夹角，它反映了天线辐射磁波的极化方向线与馈线的匹配程度率之比能量的集中程度天线的分类按工作原理分类按结构分类主要分为谐振天线和非谐振天线两种谐振天线是指在特定频常见的天线结构包括线性天线、环形天线、抛物面天线等线率下具有最佳性能的天线非谐振天线则可以工作在较宽的频性天线通常用于广播和通信领域，而环形天线则常用于雷达和率范围内，但性能略逊于谐振天线导航系统按应用分类按频段分类根据不同的应用场景，天线可以分为移动通信天线、卫星通信天线根据其工作频率可以分为低频天线、中频天线、高频天线、天线、雷达天线、导航天线等移动通信天线通常具有小型化、甚高频天线、特高频天线等不同频段的天线具有不同的特点，多频段等特点，而卫星通信天线则需要具有较高的增益和指向例如低频天线通常尺寸较大，而高频天线则尺寸较小性常见天线的特点与应用偶极天线鞭状天线

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22.偶极天线结构简单，易于制造，应用广泛，例如广播电视发鞭状天线尺寸较小，便于安装，适用于移动通信和短波通信射天线抛物面天线微带天线

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44.抛物面天线具有方向性强，增益高的特点，适用于卫星通信微带天线体积小，重量轻，易于集成，适用于移动设备和无和深空探测线传感器网络接收天线的选择与安装天线类型选择天线安装位置接收天线类型需根据信号频率、波束宽度、增益等因素选择，确天线安装位置应选择开阔、无遮挡、远离干扰源的地方，确保信保信号接收效果号接收质量例如，对于短波信号，可以使用长线天线或定向天线；对于微波天线高度也要根据信号频率和周围环境进行调整，以获得最佳的信号，可以使用抛物面天线或喇叭天线接收效果无线信号的调制与解调调制1将信息叠加在载波上解调2从载波中提取信息调制方式3模拟调制、数字调制解调方式4相干解调、非相干解调无线通信中的调制和解调是将信息信号转换为无线电信号并传输，再将其还原为信息信号的关键技术调制将信息信号叠加到载波信号上，使信号能够在无线电信道中传播，而解调则将信息信号从载波信号中分离出来无线信号的编码与译码编码1将信息转换为无线信号可传输的形式调制2将编码后的信息叠加到载波信号发射3将调制后的信号通过天线发射出去接收4天线接收无线信号解调5从接收信号中分离出载波信号解码6将解调后的信号还原成原始信息编码和译码是无线通信中不可或缺的环节，它们确保信息能够准确、完整地传递编码将信息转换成无线信号可以传输的形式，译码则将接收到的信号还原成原始信息噪声对无线信号的影响噪声来源信号失真无线信号会受到各种噪声源的干噪声会改变无线信号的波形，导扰，例如热噪声、宇宙噪声、人致信号失真，影响信号的质量和为噪声等可理解性接收能力干扰信号噪声会降低接收机的信噪比，从噪声可以作为干扰信号，与有用而影响无线信号的接收能力，甚信号叠加，导致信号无法被正确至导致信号无法被正确接收分离和识别无线信号的失真频率失真相位失真幅度失真信号的频率成分发生改变，导致信号波形发信号的不同频率成分的相位关系发生变化，信号的幅度发生改变，导致信号波形发生畸生畸变影响音频信号的音质，造成音调导致信号波形发生畸变影响音频信号的变影响无线信号的强度，导致信号强度失真或失真清晰度，造成声音模糊不清下降或增强无线信号的衰落无线信号强度随距离增加而下障碍物阻挡或吸收无线信号，恶劣天气条件，如雨雪或雾，其他无线信号干扰，导致接收降造成信号衰落会增加信号衰落信号质量下降无线信号的衰减距离衰减障碍物衰减

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22.随着传播距离的增加，信号强建筑物、山脉等障碍物会阻挡度会逐渐减弱距离越远，衰信号传播，造成信号强度下降减越严重环境衰减频率衰减

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44.雨雪、雾等天气条件也会导致频率越高，信号衰减越快信号强度减弱无线信号的干扰邻近频率干扰噪声干扰多径干扰互调干扰邻近频率干扰是指来自附近频噪声干扰是指由各种自然现象多径干扰是指无线信号在传播互调干扰是指多个无线信号在率的无线信号，可能会与目标或人工源产生的随机信号，例过程中，由于反射、折射和散非线性器件中混合，产生新的无线信号产生混叠和重叠如静电干扰、热噪声等射等现象，导致多条路径到达频率信号，并干扰其他信号的接收天线接收无线信号的频谱利用频谱资源的有限性频谱管理的重要性无线电频谱资源是有限的，需要国家或地区通常会制定频谱管理合理分配和利用，以避免干扰和政策，对无线电频谱资源进行规浪费划、分配和监管频谱利用的技术频谱效率的提升各种技术如频谱共享、频谱感知优化无线通信系统的设计和参数，和认知无线电，可以提高频谱利可以提高频谱效率，减少干扰用率无线信号的安全与保密信号加密身份验证

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22.对无线信号进行加密，防止未经授权的访问，保护数据安全通过身份验证机制，确认通信双方的身份，防止伪造和欺骗频谱管理安全协议

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44.合理规划和分配无线频谱资源，避免干扰和安全风险采用安全的无线通信协议，例如，确保通信安全TLS/SSL电波传播技术的发展趋势技术卫星通信无人机通信水下通信5G技术带来更高频率、更宽带低轨卫星星座和高通量卫星技无人机通信技术为灾区救援、水下通信技术突破了传统水声5G宽和更低延迟，极大地提升了术推动了卫星通信的快速发展，紧急通信、数据收集等提供无通信的局限性，支持水下机器无线通信速度和容量扩展了无线通信覆盖范围线网络连接，并应用于智慧城人、海洋勘探和资源开发等应市和农业领域用电波传播基础知识的应用通信技术雷达技术电波传播是移动通信、卫星通信、广播电视等无线通信技术的基雷达系统通过发射电磁波探测目标，利用反射信号获取目标信息石理解电波传播原理对于优化无线信号传输、提高通信质量至电波传播原理是雷达系统设计、信号分析、目标识别等关键环节关重要的基础课程小结与展望总结展望学习123本次课程讲解了电波传播的基础知识，随着无线通信技术的发展，电波传播希望同学们能够继续深入学习，不断涵盖电磁波的基本概念、电波传播的技术也会不断进步，未来将更加注重提升电波传播技术方面的知识和技能，规律、天线的辐射特性、无线信号的频谱利用效率、无线信号安全和抗干为推动无线通信技术的发展贡献力量特性等扰能力。