《电波传播概论》课件

电波传播概论课程大纲电波传播的基本概念电波的传播路径电波的应用电磁波的特性、频率、波长、传播速度自由空间传播、地面波传播、天波传播无线通信、导航、遥感、雷达等电波的概念电波是一种以电磁波形式传播的能量，由振荡的电场和磁场组成它具有波粒二象性，既表现出波的特性，也表现出粒子的特性电波在真空中以光速传播，可以穿透许多物质，并且可以被接收和发射电波的产生振荡电路1通过振荡电路产生高频电磁波天线2将电磁波辐射到空间电磁场3电磁波是由电场和磁场相互垂直振荡形成的电波的特性电磁辐射横波波速频率和波长电波是一种电磁波，具有电电场和磁场垂直于传播方电波在真空中的传播速度约电波的频率和波长成反比场和磁场向为光速电波的频率和波长电波的传播速度300,000299,792公里秒公里秒//真空中的电波传播速度空气中的电波传播速度225,000公里秒/水中的电波传播速度自由空间中的电波传播无障碍传播1电波在自由空间中传播时不受任何障碍物阻挡直线传播2电波在自由空间中以直线形式传播衰减3电波传播过程中能量会逐渐衰减电波的衰减路径损耗吸收损耗12随着传播距离的增加，电波能大气层和地面会吸收一部分电量会逐渐衰减波能量散射损耗3电波遇到障碍物时会发生散射，导致能量分散折射和反射电波在两种介质交界面上，一部分能电波在两种介质交界面上发生方向改量会反射回去，另一部分能量会进入变，返回原介质的现象称为反射另一种介质，并改变传播方向，这就是折射现象干涉与衍射干涉衍射当两列或多列波相遇时，会相互当波遇到障碍物或孔隙时，会发叠加产生干涉现象当波峰相遇生偏离直线传播方向的现象，称时，振幅增大，形成加强干涉；为衍射衍射现象表明，波具有当波峰与波谷相遇时，振幅减绕过障碍物传播的性质小，形成减弱干涉吸收和散射电波在传播过程中遇到障碍物时，一部分一部分能量会发生散射，改变传播方向，吸收和散射的程度与电波频率、障碍物材能量会被障碍物吸收导致信号强度下降料和形状有关极化电场方向线性极化电磁波的极化指的是电场方向的电场方向在传播方向上的投影保变化方式持在一条直线上圆极化椭圆极化电场方向在传播方向上的投影沿电场方向在传播方向上的投影沿着一个圆形路径旋转着一个椭圆形路径旋转电波的极化特性电波的极化是指电磁波的电场矢量的方向根据电场矢量的变化规律，电波的极化可以分为线性极化、圆极化和椭圆极化线性极化电波的电场矢量沿直线方向变化，而圆极化电波的电场矢量则沿圆形轨迹变化椭圆极化电波的电场矢量则沿椭圆形轨迹变化电波的极化特性对无线电通信、雷达和卫星导航等应用具有重要意义例如，在无线电通信中，发射和接收天线的极化特性必须匹配才能获得最佳的接收效果天线和辐射模式天线的作用辐射模式天线类型天线是无线电系统中连接电能和电磁辐射模式是指天线在空间中辐射电磁天线有多种类型，例如全向天线、定波的桥梁，负责将电信号转换为电磁波的强度和方向分布，它决定了天线向天线、微带天线等，每种天线都有波进行发射，或将电磁波转换为电信在各个方向上的信号强度和覆盖范其独特的辐射模式和应用场景号进行接收围天线增益和指向性增益指向性衡量天线集中能量的能力描述天线辐射功率方向性用分贝表示用方向图表示dB主动式无线电系统发射机接收机发射机是将信号转换为电磁波并将其发送到空间的设备接收机是接收电磁波并将其转换为可理解信号的设备被动式无线电系统接收信号不发射信号被动式无线电系统主要用于接收来自宇宙的电磁辐射，例如星与主动式系统不同，被动式系统不发射任何信号，而是通过敏感体、星云和星系发出的信号的接收器来收集和分析来自宇宙的电磁辐射电波的应用领域通信系统导航系统遥感系统电波在无线通信中至关重要，用于手全球定位系统（）等导航系统依赖卫星遥感利用电波收集地球表面的信GPS机、广播、电视、卫星通信等于电波信号进行定位息，用于监测环境、农业和灾害导航系统定位路径规划导航系统使用各种技术来确定位导航系统根据起点和目的地，为置，如，北斗，用户提供最佳路线规划GPS GLONASS等方向指引导航系统提供语音或视觉指示，帮助用户沿着规划的路线行驶通信系统移动通信卫星通信无线电通信手机、无线网络等利用卫星作为中继站，实现远距离通信广播、电视、雷达等遥感系统从远处收集信息各种应用遥感系统使用传感器从远处收遥感数据可用于监测环境变集关于地球的信息化、管理资源和进行灾害评估传感器类型包括光学传感器、雷达传感器和红外传感器天气监测系统卫星数据雷达数据地面观测卫星观测提供大范围的天气数据，包括云雷达监测降水量、风暴强度和移动方向地面站收集温度、湿度、风速和风向等数层覆盖、降水量和气温据军事应用雷达系统通信系统用于探测、跟踪和识别目标，包括飞用于军队之间的指挥、协调和情报传机、导弹和舰船等递卫星导航用于精确定位、导航和作战指挥医疗应用诊断治疗生理监测电波在医学成像中发挥重要作用，例如电波治疗，如射频消融和超声波手术，用心电图、脑电图和呼吸监测等技术利用电X光、扫描和，帮助医生诊断疾于精确的治疗，最大程度地减少创伤波信号监控患者的生理状况CT MRI病环境监测大气监测水质监测土壤监测噪声监测监测空气质量，包括污染物监测水体质量，包括水温、监测土壤污染程度，包括重监测环境噪声水平，评估噪浓度、温湿度等值、溶解氧等金属含量、有机污染物等音污染程度pH电磁兼容性干扰抑制标准规范电磁兼容性指电子设备在正常工为了确保电磁兼容性，制定了各作时不会对其他设备产生有害干种国际和国家标准规范，规定电扰，同时自身也不会受到其他设子设备的电磁辐射和抗干扰能备的干扰力测试认证电子设备通常需要进行电磁兼容性测试和认证，以确保符合相关标准规范电波安全电磁辐射安全标准过量的电磁辐射可能对人体健国际和国家组织制定了关于电康造成不利影响，包括组织加磁辐射暴露的安全标准，以保热和潜在的健康风险护公众健康预防措施使用电气设备时，应采取适当的预防措施，例如保持距离、限制暴露时间，并使用屏蔽材料监管政策国际协议国家法规12国际电信联盟（）制定了每个国家地区都有自己的电ITU/全球电波频谱管理的标准和法波管理机构，负责颁发许可证规和实施有关电波使用的规定频率分配电磁兼容性34为了避免干扰，电波频谱被划电波设备的设计和使用必须符分为不同的频率段，并分配给合电磁兼容性标准，以确保它不同的应用们不会对其他设备产生干扰未来发展趋势与物联网5G15G技术将极大地提升无线通信速度和容量，支持更多设备连接，为电波应用开拓新的领域智能无线电2智能无线电技术将实现更有效的频谱管理和资源分配，优化电波使用效率，提高系统性能空间电波传播3随着太空探索的深入，空间电波传播技术将得到发展，应用于深空通信和导航等领域毫米波技术4毫米波技术拥有更高的频谱资源，可用于高带宽无线通信和高分辨率成像等总结与展望未来发展趋势应用领域扩展持续研究创新电波传播技术不断进步，技术引领着电波应用领域不断扩展，物联网、智能家电波传播研究持续进行，新的理论和技术5G更高带宽和更低延迟的无线通信居、无人驾驶等领域对电波技术的需求不不断涌现，推动着电波技术应用的不断发断增长展。