通信网应用技术幻灯片.ppt

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1、通信网应用技术通信网应用技术第1页，共136页，编辑于2022年，星期三本课程教学方法本课程教学方法:电化教学电化教学+传统授课方式传统授课方式.成绩评定成绩评定:总评成绩总评成绩（100%）=平时成绩平时成绩（70%）+期末（开卷）成绩（期末（开卷）成绩（30%）平时成绩包括平时成绩包括：作业（：作业（10%）、）、出勤出勤（0%）（缺勤一次）（缺勤一次-2分）、撰写一篇论分）、撰写一篇论文文:（40%）要求同学们结合课程的学习，通过图书馆、要求同学们结合课程的学习，通过图书馆、网上、广泛查阅资料，撰写一篇论文。网上、广泛查阅资料，撰写一篇论文。考核方式：考核方式：开卷开卷第2页，共136页

2、，编辑于2022年，星期三论文参考题目：论文参考题目：通信网中通信网中无线电磁波传播特性研究无线电磁波传播特性研究天馈系统中的阻抗匹配技术天馈系统中的阻抗匹配技术 及应用研及应用研究究发射天线的主要特性参数与通信网性发射天线的主要特性参数与通信网性能的关系研究能的关系研究提高天线有效长度的措施研究提高天线有效长度的措施研究影响卫星天线性能的有关因素及消除影响卫星天线性能的有关因素及消除方法的研究方法的研究天线在移动通信系统中的应用研究天线在移动通信系统中的应用研究地面对天线性能影响的分析与研究地面对天线性能影响的分析与研究第3页，共136页，编辑于2022年，星期三智能天线方向特性的分析与应用

3、研究智能天线方向特性的分析与应用研究电波多径传播及衰落的分析与研究电波多径传播及衰落的分析与研究0电磁波折射、反射与绕射现象的分析与电磁波折射、反射与绕射现象的分析与对通信性能影响的研究。对通信性能影响的研究。分集天线的分析与应用研究分集天线的分析与应用研究宽频带天线的分析与应用研究宽频带天线的分析与应用研究螺旋天线的工作原理与应用研究螺旋天线的工作原理与应用研究缝隙天线缝隙天线 在现代通信中的应用研究在现代通信中的应用研究微带天线在现代通信中的应用研究微带天线在现代通信中的应用研究旋转场天线的性能分析与应用研究旋转场天线的性能分析与应用研究第4页，共136页，编辑于2022年，星期三参考教材

4、参考教材一：一：天线与电波传播天线与电波传播 作者：作者：宋铮宋铮出版社：出版社：西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社二：二：天线技术天线技术作者：作者：许学梅、杨延嵩许学梅、杨延嵩出版社：出版社：西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社三：三：天线与电波传播天线与电波传播作者：作者：王华芝王华芝出版社：出版社：北京邮电大学北京邮电大学四：四：天线与电波传播天线与电波传播 作者：作者：周朝栋周朝栋出版社：出版社：西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社五：五：微波技术与天线微波技术与天线作者：刘学观作者：刘学观 出版社：出版社：西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社第5页

5、，共136页，编辑于2022年，星期三绪论绪论 天线(antenna)在各种无线电通信系统中都是不可缺少的重要组成部分。在无线通信系统中，信息的传输是依靠无线电波(Wireless wave)来工作的，因此需要有无线电波的辐射(transmitter)和接收设备(receiver)。用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。第6页，共136页，编辑于2022年，星期三最基本的无线电通信系统如图所示。最基本的无线电通信系统如图所示。天线天线(antenna)的作用的作用：发射天线将发射机输：发射天线将发射机输出的高频电流能量（或导波能量），转换为电出的高频电流能量（或导波能量），转换为电磁波能量并辐

6、射到预定方向磁波能量并辐射到预定方向 接收天线将来自空间的电磁波能量又转换为接收天线将来自空间的电磁波能量又转换为高频电流能量，经馈线送至接收机。高频电流能量，经馈线送至接收机。第7页，共136页，编辑于2022年，星期三接收天线与发射天线的作用是一个可逆接收天线与发射天线的作用是一个可逆的过程。的过程。同一副天线用作发射和用作接同一副天线用作发射和用作接收的特性参数收的特性参数(包括方向特性、阻抗特性包括方向特性、阻抗特性及其他参数及其他参数)是相同的是相同的 第8页，共136页，编辑于2022年，星期三天线的分类天线的分类：按用途分：按用途分：通信天线、导航天线、广播电视天线、通信天线、导

7、航天线、广播电视天线、雷达天线和卫星天线等；雷达天线和卫星天线等；按工作波长分按工作波长分：超长波天线、长波天线、中波天：超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等；线、短波天线、超短波天线和微波天线等；按辐射元的类型分：按辐射元的类型分：为两大类：线天线和面天线。为两大类：线天线和面天线。线天线是由半径远小于波长的导线或金属构成构线天线是由半径远小于波长的导线或金属构成构成，主要用于长波、中波和短波波段；面天线是成，主要用于长波、中波和短波波段；面天线是由尺寸大于波长的金属或介质面构成的，主要用由尺寸大于波长的金属或介质面构成的，主要用于微波于微波(microwave)

8、波段；超短波波段则两者兼用。波段；超短波波段则两者兼用。第9页，共136页，编辑于2022年，星期三按天线特性分按天线特性分：例如例如从方向特性分从方向特性分，从极化特性分从极化特性分，从频从频带特性分，带特性分，有窄频带天线、宽频带天线和有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线；超宽频带天线；按馈电方式分按馈电方式分，有对称天线、非对称天线；，有对称天线、非对称天线；按天线上电流分，有行波天线、驻波天线；按天线上电流分，有行波天线、驻波天线；按天线外型分按天线外型分：有：有V型、菱形、环行、螺型、菱形、环行、螺旋天线、喇叭天线、反射面天线等等。旋天线、喇叭天线、反射面天线等等。第10页，共13

9、6页，编辑于2022年，星期三第第1章章 天线基础知识天线基础知识1.1 电基本振子的辐射电基本振子的辐射1.1.1 电基本振子的辐射电基本振子的辐射1.1.2 磁基本振子的辐射磁基本振子的辐射第11页，共136页，编辑于2022年，星期三1.1.1 电基本振子的辐射电基本振子的辐射电基本振子电基本振子(Electric short dipole)又称电流又称电流元元是一段载有高频电流的短导线是一段载有高频电流的短导线，其长度其长度l0.5时，天线时，天线上出现了反向电流，使主瓣变小，副瓣增上出现了反向电流，使主瓣变小，副瓣增大；当大；当l/0.625以后，随着以后，随着l/增加，方向增加，方

10、向性系数性系数D反而下降反而下降.单靠增加天线长度来提高天线的方向性是单靠增加天线长度来提高天线的方向性是行不通的行不通的 第103页，共136页，编辑于2022年，星期三1.5.1 二元天线阵的方向性二元天线阵的方向性1天线阵的作用天线阵的作用 天线阵：将若干个相同的天线按一定规律天线阵：将若干个相同的天线按一定规律排列起来组成的天线阵列系统排列起来组成的天线阵列系统,称天线阵。称天线阵。天线阵的天线单元或阵元天线阵的天线单元或阵元,可以是任何类型可以是任何类型的天线的天线:对称振子、缝隙天线、环天线或其对称振子、缝隙天线、环天线或其它形式的天线。它形式的天线。同一天线阵的阵元类型是同一天线

11、阵的阵元类型是相同的，在空间摆放的方向也相同相同的，在空间摆放的方向也相同。按阵。按阵元在空间的排列方式可组成直线阵列，平元在空间的排列方式可组成直线阵列，平面阵列，空间阵列（立体阵列）等面阵列，空间阵列（立体阵列）等第104页，共136页，编辑于2022年，星期三天线阵的作用就是用来天线阵的作用就是用来增强天线的方向性，增强天线的方向性，提高天线的增益系数提高天线的增益系数，得到所需的方向特得到所需的方向特性。性。第105页，共136页，编辑于2022年，星期三讨论最简单的二元阵讨论最简单的二元阵,其原理适用多元阵其原理适用多元阵.1.方向性相乘方向性相乘 原理原理 第106页，共136页，

12、编辑于2022年，星期三第107页，共136页，编辑于2022年，星期三空间任一点空间任一点P的辐射的辐射场是两振子辐射场的场是两振子辐射场的矢量和矢量和.天线天线和天线和天线在观察点产生的电场在观察点产生的电场矢量矢量E1和和E2方向相同，方向相同，且相应的方向性函数且相应的方向性函数相等相等.见见(1-5-26式式)第108页，共136页，编辑于2022年，星期三相位差相位差第109页，共136页，编辑于2022年，星期三对应的二元阵合成场的方向性函数为对应的二元阵合成场的方向性函数为 为单元天线的方向性函数与阵因子的乘积为单元天线的方向性函数与阵因子的乘积 第110页，共136页，编辑于

13、2022年，星期三2举例分析几种情况：举例分析几种情况：（1）电流）电流等幅同相激励等幅同相激励例例1 试求两个沿试求两个沿x方向排列、间距方向排列、间距d为为/2且平行于且平行于z轴放置的对称半波振子天线在电轴放置的对称半波振子天线在电流为等幅同相激励时的流为等幅同相激励时的H面方向图。面方向图。第111页，共136页，编辑于2022年，星期三解：由题意知解：由题意知,d=/2，=0,m=1，将其代入相应公式将其代入相应公式,得二元阵的得二元阵的H面方向图面方向图函数函数 为常数，所以单元天为常数，所以单元天线为无方向性的点源，其方向性函数的图线为无方向性的点源，其方向性函数的图形为一个圆。

14、形为一个圆。H面面=90=900 0第112页，共136页，编辑于2022年，星期三由于=1 由于由于 得得 得：阵阵因子因子第113页，共136页，编辑于2022年，星期三第114页，共136页，编辑于2022年，星期三例例2其它条件与其它条件与例例-1相同，电流仍为等相同，电流仍为等幅同相激励时，当两单元天线距离以不同幅同相激励时，当两单元天线距离以不同d/值放置时，即值放置时，即d/=0.25，0.375，0.5，0.625，1，2时。画出二元阵的时。画出二元阵的H面方向性面方向性图，并找出他们的最大幅射方向。图，并找出他们的最大幅射方向。第115页，共136页，编辑于2022年，星期三

15、解：由已知条件和上题的解可知，由于单解：由已知条件和上题的解可知，由于单元对称天线在赤道面内为无方向性，是个元对称天线在赤道面内为无方向性，是个圆，即圆，即 ，则在，则在H面内的方向性图面内的方向性图完全由阵因子决定完全由阵因子决定:第116页，共136页，编辑于2022年，星期三可画出可画出=0，d/为不同值时，二元阵的为不同值时，二元阵的H面方向性函数图面方向性函数图 第117页，共136页，编辑于2022年，星期三天线阵的天线阵的阵因子阵因子的方向性函数的方向性函数仅与阵元间仅与阵元间距距d、阵元间电流振幅比、阵元间电流振幅比m及电流相位差及电流相位差有关有关。因此，在实际工程中我们可以

16、通过。因此，在实际工程中我们可以通过调节阵元之间的距离及阵元间的馈电电流调节阵元之间的距离及阵元间的馈电电流的振幅比、相位关系来获得所需要的方向的振幅比、相位关系来获得所需要的方向图形，当阵元为点源（即无方向性）时，图形，当阵元为点源（即无方向性）时，阵因子方向图就是天线阵的总方向图阵因子方向图就是天线阵的总方向图.p31第118页，共136页，编辑于2022年，星期三1.5.2 均匀直线天线阵均匀直线天线阵均匀直线天线阵条件：天线阵中，各天线均匀直线天线阵条件：天线阵中，各天线单元单元电流的幅度相等电流的幅度相等，相位以均匀比例递相位以均匀比例递增或递减增或递减，以，以相等间距相等间距d排列

17、在一直线上排列在一直线上。第119页，共136页，编辑于2022年，星期三n元均元均匀匀直直线线式天式天线阵线阵，相，相邻单邻单元的元的间间距均距均为为d，各，各电电流的流的相位相位关关系系为为，即，即 技技术术p67第120页，共136页，编辑于2022年，星期三各单元相对单元各单元相对单元1的行程差为的行程差为(n-1)dcos，则它们在远区的辐射场为则它们在远区的辐射场为第第n号单元在观察点号单元在观察点M产生的场强为：产生的场强为：令：令：令：令：第121页，共136页，编辑于2022年，星期三则：则：令式中方括号内为等比级数并用令式中方括号内为等比级数并用 表示，则可推导表示，则可推

18、导出：出：(1-5-15)第122页，共136页，编辑于2022年，星期三式（式（1-5-15式）即为式）即为n个单元均匀直线天线个单元均匀直线天线阵的阵因子函数的一般表达式。阵的阵因子函数的一般表达式。可见，阵因子图形取决于可见，阵因子图形取决于4个参数即个参数即、d、和和n）即为）即为n个单元均匀直线天线阵的阵个单元均匀直线天线阵的阵因子函数的一般表达式。因子函数的一般表达式。可见，可见，阵因子图形取决于阵因子图形取决于4个参数即个参数即、d、和和n 第123页，共136页，编辑于2022年，星期三例题例题1-5-4 p33第124页，共136页，编辑于2022年，星期三第125页，共13

19、6页，编辑于2022年，星期三第126页，共136页，编辑于2022年，星期三第127页，共136页，编辑于2022年，星期三第128页，共136页，编辑于2022年，星期三第129页，共136页，编辑于2022年，星期三第130页，共136页，编辑于2022年，星期三第131页，共136页，编辑于2022年，星期三第132页，共136页，编辑于2022年，星期三第133页，共136页，编辑于2022年，星期三导电平面上的实际振子与它的镜像振子构导电平面上的实际振子与它的镜像振子构成一个二元阵，因此可以引用二元阵的有成一个二元阵，因此可以引用二元阵的有关结论。关结论。当然，它仅对实际振子所在的半空间有当然，它仅对实际振子所在的半空间有效，对导电平面的另一侧地面下，即镜效，对导电平面的另一侧地面下，即镜像振子所在的半空间，场为零像振子所在的半空间，场为零。第134页，共136页，编辑于2022年，星期三第135页，共136页，编辑于2022年，星期三第136页，共136页，编辑于2022年，星期三