微波天線在通信技術(shù)上的應(yīng)用與前景.doc

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1、微波天線在通信技術(shù)上的應(yīng)用與前景摘要:人類在進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，借助計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，通信變得極為方便。不管你在什么地方，不論你們相隔多遠(yuǎn)，你都可以把自己的信息傳遞給某一個(gè)或者多個(gè)人。手機(jī)、可視電話、電腦等產(chǎn)品讓這個(gè)傳遞過(guò)程變得很簡(jiǎn)單。其實(shí)不論你用什么樣的工具，進(jìn)行多遠(yuǎn)距離的信息傳遞，它都離不開通信天線的幫忙，它是通信系統(tǒng)中必不可少的部分。其中最普遍，最常用的就是微波天線。本文就微波天線的選擇和優(yōu)化兩個(gè)方面帶領(lǐng)大家認(rèn)識(shí)、了解微波天線的應(yīng)用。同時(shí)還簡(jiǎn)單的介紹了一下微博擴(kuò)頻技術(shù)，讓讀者能夠進(jìn)一步了解其工作原理。關(guān)鍵詞：微波天線；微波擴(kuò)頻；通信；選

2、擇；優(yōu)化一、前言隨著無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，微波技術(shù)的應(yīng)用范圍也非常的廣泛。最普遍的應(yīng)用就是用來(lái)傳遞信息，稱之為微波通信。微波天線則是微波通信系統(tǒng)中最重要的部分，可以說(shuō)是核心部分。凡是能利用電磁波來(lái)傳遞的信息幾乎都依靠微波天線傳遞與互換的，同時(shí)微波天線也可輻射電磁波等能量。微波天線是微波通信系統(tǒng)收發(fā)設(shè)備的“出口”兼“入口”，天線的性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。因此對(duì)微波天線的要求非常的苛刻。同時(shí)在天線的選擇及位置確定上也要求的非常嚴(yán)格，必須要考慮到各個(gè)方面因素的影響。微波天線并不是一個(gè)很完美的東西，它需要人們經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)、修改，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)

3、化，以達(dá)到最佳的狀態(tài)，這里是指微波天線的傳輸效率最大。目前關(guān)于微波天線優(yōu)化的研究成果雖然很多，但多數(shù)均是從單一因素進(jìn)行考慮，由于沒(méi)有綜合所有影響因素來(lái)考慮，因此優(yōu)化效果并不是非常理想。微波天線仍然處于一個(gè)發(fā)展的階段。本文就是通過(guò)綜合考慮多種因素的影響，并優(yōu)化微波天線選擇參數(shù)來(lái)尋找更合理的選擇方法。二、微波天線選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素我們都知道，微波信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到大氣、海面、地面、高大建筑物、山峰的折射和繞射等影響，導(dǎo)致信號(hào)衰落和失真，甚至中斷。因此對(duì)微波傳輸天線的選擇和進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，必須根據(jù)微波通信的基本特點(diǎn)，研究微波在傳輸過(guò)程中受到的影響

4、因素，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)化以減少信號(hào)衰落和失真。要想更加有效地傳輸信息必須考慮到以下幾個(gè)因素的影響，并想辦法解決。1、地面地形因素在微波通信系統(tǒng)中，信號(hào)傳輸主要利用微波的視距傳播。微波通信的頻率大部分在2～20GHz范圍內(nèi)，其波長(zhǎng)很短，不同的地形條件，其反射系數(shù)及電平損耗不同。無(wú)線電波在自由空間傳輸時(shí)，其單位面積內(nèi)的能量會(huì)因自由擴(kuò)散而減少，所減小的能量稱為自由空間傳輸損耗。微波在傳播的過(guò)程中樹林、建筑、山頭等高大建筑物或地面障礙物等會(huì)阻擋一部分電磁波，增加了電磁波的損耗。而平滑地面或水面又或者是空曠的開闊地可將一部分信號(hào)反射到接收天線，反射波和直射

5、波矢量相加可能相互抵消而產(chǎn)生附加損耗。地面反射對(duì)視距傳播有重要影響，它是產(chǎn)生電平衰落的主要原因之一。但當(dāng)微波傳輸路徑上有刀刃形障礙物(或山峰)阻擋時(shí)，情況就會(huì)不一樣。如果障礙物的尖峰恰好落在兩個(gè)相鄰微波站的收信天線和發(fā)信天線的連線上，微波傳輸會(huì)增加6dB電平衰耗；當(dāng)障礙物的尖峰超出連線時(shí)，電平衰耗將增加更快，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)避免出現(xiàn)這種情況，可通過(guò)改動(dòng)微波傳輸線路或增高天線來(lái)改動(dòng)傳輸特性。為更好的分析微波的傳播特性，應(yīng)用菲涅爾區(qū)的概念進(jìn)行分析，為避免附加損耗，必須使所有障礙物都處于第一菲涅爾區(qū)以外。在地面障礙物高度一定的情況下，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，電波傳

6、播主要通道的橫截面積越大，相對(duì)遮擋面積就越小，接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)就越大，因此，頻率越低，繞射能力越強(qiáng)。因此在選擇時(shí)要特別注意地面障礙物的影響。　2、地面反射因素在微波的傳播過(guò)程中，在接收點(diǎn)除收到直射波外，還會(huì)收到經(jīng)地面反射的反射波。反射點(diǎn)到直射波的垂直距離稱余隙hc,接收點(diǎn)的合成場(chǎng)強(qiáng)與自由空間場(chǎng)強(qiáng)之比稱為地面反射引起的衰落因子，用V表示，單位為dB。借助余隙hc計(jì)算V，　　式中，hc為余隙，單位是m；F1為第一菲涅耳區(qū)半徑，單位是m；φ為反射系數(shù)?！　囊陨嫌?jì)算過(guò)程可知，衰落因子V與相對(duì)余隙HC／F1有關(guān)。當(dāng)hc／F1=0．577時(shí)，V=1，VdB

7、=0dB，收信場(chǎng)強(qiáng)E=E0，此時(shí)余隙具有特殊意義，記為h0=0．577F1稱為自由空間余隙。當(dāng)hc/F1<0．577時(shí)，發(fā)生繞射衰落較大；隨著余隙增大，反射點(diǎn)處于第一菲涅爾區(qū)，反射信號(hào)與直射信號(hào)同相相加，使衰落因子出現(xiàn)正值；當(dāng)余隙增大到一定程度時(shí)，反射點(diǎn)進(jìn)入第二菲涅爾區(qū)內(nèi)，反射信號(hào)與直射信號(hào)反相，衰落因子急劇下降，甚至?xí)斐尚盘?hào)中斷?！?、大氣的影響　　大氣中帶電粒子都有其固定的電磁諧振頻率，當(dāng)接近諧振頻率時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共振吸收，使微波產(chǎn)生衰減，但其相對(duì)于自由空間產(chǎn)生的衰減是微不足道的；另外雨霧中的小水滴也會(huì)使電磁波產(chǎn)生散射衰落，一般在10GH

8、z以下，衰耗并不嚴(yán)重。因此，在這里我們主要研究大氣折射的影響?！　〈髿獾牟痪鶆蚴勾髿獾某煞?、壓強(qiáng)、溫度和濕度都隨高度變化，引起大氣折射率也隨高度發(fā)生變化，這將導(dǎo)致電波傳播方向發(fā)生