《微波传播》课件

微波传播什么是微波电磁波频谱电磁辐射应用广泛微波是电磁波频谱中的一部分，频率微波与可见光、红外线、紫外线等同微波在通信、雷达、医疗、工业加热范围为300MHz到300GHz属电磁辐射，但波长更短，频率更高等领域都有广泛应用微波频段划分频段频率范围GHz应用L波段1-2卫星通信、雷达S波段2-4雷达、卫星通信C波段4-8卫星通信、地面通信X波段8-12雷达、卫星通信Ku波段12-18卫星通信、地面通信K波段18-27雷达、卫星通信Ka波段27-40卫星通信、地面通信微波的特性高频短波长频率范围从300MHz到300GHz，波长短，可以实现定向发射和接收，比无线电波频率高提高传输效率直线传播微波在空气中以直线传播，不易绕过障碍物，需要设置中继站自由空间中的微波传播直线传播1微波在自由空间中以直线形式传播衰减2传播过程中信号强度会随着距离增加而衰减路径损耗3路径损耗取决于频率和距离掩蔽区与区Fresnel掩蔽区区Fresnel地球表面存在遮挡物时，微波信在发射天线与接收天线之间，微号无法直接到达接收点，形成的波信号传播路径上存在若干个半区域称为掩蔽区波长圆形区域，称为Fresnel区影响因素掩蔽区大小受遮挡物高度和距离影响，Fresnel区大小受波长和距离影响反射与折射反射折射当电磁波遇到不同介质的界面时，一部分能量会反射回原介质另一部分能量会进入新介质，并发生方向改变，即折射现象大气对微波传播的影响大气对微波传播的影响主要表现在以下方面大气对微波信号的吸收和衰减，例如氧气和水蒸气对微波的吸收大气的折射率会随着高度和温度的变化而变化，导致微波信号在传播过程中发生偏转大气中存在各种干扰源，例如雷电、太阳活动等，会对微波信号造成干扰雨雾衰减101dB/km GHz雨雾衰减值频率20dB衰减折射率剖面标准折射率剖面非标准折射率剖面空气中折射率随高度变化，形成折射率剖面标准折射率剖面假实际大气中，温度随高度变化并不总是线性下降，导致非标准折设空气温度随高度线性下降射率剖面例如，对流层逆温层离子层反射电离层反射地球大气层中的高层，含有大量的带微波在电离层中遇到带电粒子，会发电粒子，形成电离层生折射和反射应用利用电离层反射，可以实现远距离无线电通信散射定义类型当电磁波遇到障碍物时，会发生散射可分为瑞利散射、米氏散射偏离直线传播方向的现象，称为和非相干散射等，取决于散射物散射的大小和波长影响散射会导致信号衰减，并影响通信质量，尤其在雨雾环境下穿透性障碍物频率应用微波可以穿透某些障碍物，例如墙壁穿透能力与频率有关，频率越高，穿微波穿透性在无线通信、雷达、医疗、树木和轻微的雨雪透能力越强成像等领域有着广泛的应用空间导波传播大气波导1大气波导是一种特殊类型的波导，其中电磁波被困在大气层中地表波导2地表波导发生在地面和电离层之间，其中电磁波被这两个表面反射并引导传播特性3空间导波传播可以显著改变微波信号的传播路径和强度地球站与卫星通信地球站是地面上连接卫星的枢纽，负责接收和发送来自卫星的信号地球站通常配备大型天线、接收机和发射机，以及其他必要设备卫星通信利用卫星作为中继站，将信号从一个地面站传输到另一个地面站，从而实现全球范围内的通信卫星通信应用广泛，包括广播电视、互联网接入、移动通信、导航定位、气象预报等地球站天线抛物面天线馈源极化地球站天线通常采用抛物面天线，以集中馈源位于抛物面天线的焦点，负责将信号天线通常采用线性或圆极化，以确保信号信号并最大化信号强度发射或接收在传播过程中保持一致卫星天线卫星天线是用于卫星通信系统中的天线，主要用于接收和发射微波信号卫星天线通常具有高增益、低噪声的特点，能够在较大的距离上进行有效的信息传输卫星天线的设计和制造需要考虑多种因素，包括天线的尺寸、形状、材料、频率、增益、方向性等收发机原理接收放大解调发送接收来自卫星的微波信号对微弱信号进行放大将微波信号转换为音频或视将音频或视频信号转换为微频信号波信号增益与噪声温度增益噪声温度增益是指天线将功率集中到特定方向的能力增益越高，信号强噪声温度是衡量接收系统中噪声水平的指标噪声温度越低，信度越高号质量越好频率复用技术频率复用卫星通信同一频段在不同地点重复使用，提高不同卫星使用不同频率，避免干扰频谱利用率蜂窝移动通信不同小区使用不同频率，降低干扰编码与调制编码调制将数字信息转换为适合无线传输的信号将编码后的信号叠加到载波信号上解调解码在接收端，将信号从载波信号中分离出来将信号还原为原始的数字信息信道划分频分复用时分复用码分复用FDM TDMCDM将频谱划分为多个子频带，每个子频带用将时间划分为多个时隙，每个时隙用于一使用不同的码序列将多个信号复用在同一于一个独立的信道个独立的信道频谱上多径传播信号叠加时间延迟无线电波通过多个路径传播，不同的路径会导致信号到达接到达接收器时会叠加在一起，收器的时间不同，造成信号的导致信号的衰落或增强延迟，影响信号的质量信号失真多径传播会导致信号的相位和幅度发生变化，造成信号的失真波导理论金属波导电磁场模式传输特性应用金属波导是封闭的金属管，波导中存在多种电磁场模式波导的传输特性取决于其尺波导广泛应用于微波通信系用于传输微波信号，每种模式都有其独特的频寸和材料统、雷达、以及其他高频电率特性子设备微带线理论结构特性阻抗应用微带线由金属导体、介质基板和接地层组微带线的特性阻抗取决于导体宽度、基板微带线广泛应用于微波电路、天线和射频成厚度和介质常数器件的设计平面天线平面天线是一种结构简单、易于制造的天线它通常由金属板或金属丝构成，并通过馈线与发射机或接收机连接平面天线有各种类型，包括偶极子天线、单极子天线、环形天线等平面天线的特点是方向性较好，可以辐射出比较集中的电磁波它在移动通信、卫星通信、雷达等领域有着广泛的应用反射面天线反射面天线是一种使用反射面来改变电磁波传播方向的天线类型它通常由一个抛物面反射器和一个馈源组成馈源发射的电磁波被反射器反射，形成一个指向特定方向的集中波束反射面天线在卫星通信、雷达系统和广播系统中得到了广泛的应用它们的特点是增益高、方向性强、结构简单、成本低阵列天线阵列天线是由多个辐射元件按一定规律排列而成的天线通过调整每个辐射元件的相位和振幅，可以实现波束的指向和形状控制阵列天线具有以下优点•高增益•窄波束•可控的波束方向•可实现多波束覆盖微波遥感技术卫星遥感雷达遥感利用卫星搭载的微波传感器获取地球利用雷达发射和接收微波信号来探测表面信息目标气象观测监测天气状况，如降雨、风速、云层等结论微波传播是无线通信和遥感领域的关键技术，对现代生活至关重要掌握微波传播原理可以帮助我们更好地理解和应用这些技术，推动科技进步，促进社会发展。