电波传播的菲涅尔区主要内容.pptx
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1、本课主要内容本课主要内容电波传播的基础知识电波传播的基础知识地面波传播地面波传播天波传播天波传播视距传播视距传播地面移动通信中接收场强的预测地面移动通信中接收场强的预测课程要求课程要求1.1.掌握电波传播的基本概念;掌握电波传播的基本概念;2.2.掌握电波传播的基本特点和规律;掌握电波传播的基本特点和规律;3.3.了解地面移动通信接收场强的预测方法。了解地面移动通信接收场强的预测方法。课程研究内容课程研究内容无线电波传播的基本特性及其变化规律。无线电波传播的基本特性及其变化规律。第第8章章 电波传播的基础知识电波传播的基础知识 重点:重点:自由空间电波传播自由空间电波传播 难点:难点:电波传播
2、的菲涅尔区电波传播的菲涅尔区 主要内容:主要内容:8.1 概述概述 8.2 自由空间电波传播自由空间电波传播 8.3 电波传播的菲涅尔区电波传播的菲涅尔区 第第8 8章章 电波传播的基础知识电波传播的基础知识 8.1 8.1 概述概述 1.1.什么是电磁波?什么是电磁波?电磁波是电磁场的一种运动形态。变化的电场电磁波是电磁场的一种运动形态。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播形成了就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波。电磁波。电场电场 磁场磁场 3.3.无线电波:无线电波:按序排列
3、的频率分布,也称波谱。按序排列的频率分布,也称波谱。无线电波、红外线、可见光、紫外线、无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线、射线射线 把各波段按频率由低至高依次排列,分别是:把各波段按频率由低至高依次排列,分别是:2.2.频谱:频谱:频率从几十赫兹到频率从几十赫兹到3000GHz的电磁波。的电磁波。按照波长或频率的顺序把电磁波排列起来,按照波长或频率的顺序把电磁波排列起来,就是电磁频谱。就是电磁频谱。无线电波频段的划分无线电波频段的划分 电磁场理论发展简史电磁场理论发展简史1电磁场理论的建立电磁场理论的建立 电、磁现象是一种重要的自然现象,也是最电、磁现象是一种重要的自然现象,也是最
4、早被科学家们关心和研究的物理现象。早被科学家们关心和研究的物理现象。19世纪以前,电、磁现象作为两个独立的物理世纪以前,电、磁现象作为两个独立的物理现象,没有发现电与磁的联系。但这些研究为电磁现象,没有发现电与磁的联系。但这些研究为电磁学理论的建立奠定了基础。学理论的建立奠定了基础。库仑于库仑于17791779年通过年通过实验和采用类比方法归实验和采用类比方法归纳、导出了两个静止点纳、导出了两个静止点电荷间的相互作用规律,电荷间的相互作用规律,即库仑定律,是静电学即库仑定律,是静电学理论建立的实验基础。理论建立的实验基础。奥斯特从奥斯特从18071807年开始研究电磁之间的年开始研究电磁之间的
5、关系。关系。18201820年,他发现电流以力作用于年,他发现电流以力作用于磁针。磁针。近于同时,安培发现磁力作用的规律近于同时,安培发现磁力作用的规律安培力公式。安培力公式。法拉第于法拉第于18211821年开始探年开始探索磁生电的实验。索磁生电的实验。18311831年他年他发现,当磁捧插入导体线圈发现,当磁捧插入导体线圈时,导线圈中就产生电流,时,导线圈中就产生电流,这表明:电与磁之间存在着这表明:电与磁之间存在着密切的联系。法拉第发现了密切的联系。法拉第发现了电磁感应定律。电磁感应定律。麦克斯韦在法拉第实验的麦克斯韦在法拉第实验的基础上,总结了宏观电磁现象基础上,总结了宏观电磁现象的规
6、律,于的规律,于18641864年提出了一套年提出了一套偏微分方程来表达电磁现象的偏微分方程来表达电磁现象的基本规律,称为基本规律,称为麦克斯韦方程麦克斯韦方程组组,是经典电磁场理论的基本,是经典电磁场理论的基本方程。方程。18871887年,德国科学家赫兹用年,德国科学家赫兹用火花隙激励一个环状天线,用火花隙激励一个环状天线,用另一个带隙的环状天线接收,另一个带隙的环状天线接收,证实了麦克斯韦关于电磁波存证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言,这一重要的实验导在的预言,这一重要的实验导致了后来无线电报的发明。从致了后来无线电报的发明。从此开始了电磁场理论应用与发此开始了电磁场理论应用与发展时代。
7、展时代。2 2、电磁场理论的应用和发展、电磁场理论的应用和发展无线电报无线电报 1895年,马可尼成功地进行了年,马可尼成功地进行了 2.5公里距离的无公里距离的无线电报传送实验。线电报传送实验。1896年,波波夫进行了约年,波波夫进行了约250米距米距离的类似试验离的类似试验,1899 年年,无线电报跨越英吉利海峡的无线电报跨越英吉利海峡的试验成功;试验成功;1901 年,跨越大西洋的年,跨越大西洋的3200公里距离的公里距离的试验成功。试验成功。马可尼以其在无线电报等领域的成就,获得马可尼以其在无线电报等领域的成就,获得了了1909年的诺贝尔奖金物理学奖。无线电报的发年的诺贝尔奖金物理学奖
8、。无线电报的发明,开始了利用电磁波时期。明,开始了利用电磁波时期。有线电话有线电话 1876年年,(美)(美)A.G.贝尔在美国建国贝尔在美国建国100周年周年博览会上展示了他所发明博览会上展示了他所发明 的有线电话。此后的有线电话。此后,有线有线电话便迅速普及开来。电话便迅速普及开来。1906年,(美)费森登用年,(美)费森登用50千赫频率发电机作千赫频率发电机作发射机,用微音器接入天线实现调制,使大西洋航发射机,用微音器接入天线实现调制,使大西洋航船上的报务员听到了他从波士顿播出的音乐。船上的报务员听到了他从波士顿播出的音乐。1919年,第一个定时播发语言和音乐的无线电广播电台年,第一个定
9、时播发语言和音乐的无线电广播电台在英国建成。次年,在美国的匹兹堡城又建成一座在英国建成。次年,在美国的匹兹堡城又建成一座无线电广播电台。无线电广播电台。广播广播电视电视 1884年,(德)尼普科夫提出机械扫描电视的年,(德)尼普科夫提出机械扫描电视的设想,设想,1927年,(英)贝尔德成功地用电话线路把年,(英)贝尔德成功地用电话线路把图像从伦敦传至大西洋中的船上。兹沃霄金图像从伦敦传至大西洋中的船上。兹沃霄金1923和和1924年相继明了摄像管和显像管。年相继明了摄像管和显像管。1931年,他组年,他组装成世界上第一个全电子电视系统。装成世界上第一个全电子电视系统。雷达雷达 1936 193
10、6年,(英)瓦特设计的警戒雷达最先投入了年,(英)瓦特设计的警戒雷达最先投入了运行。有效地警戒了来自德国的轰炸机。运行。有效地警戒了来自德国的轰炸机。19381938年,年,美国研制成第一部能指挥火炮射击的火炮控制雷达。美国研制成第一部能指挥火炮射击的火炮控制雷达。19441944年,能够自动跟踪飞机的雷达研制成功。年,能够自动跟踪飞机的雷达研制成功。19451945年,能消除背景干扰显示运动目标的显示技术的发年,能消除背景干扰显示运动目标的显示技术的发明,使雷达更加完善。在整个第二次世界大战期间明,使雷达更加完善。在整个第二次世界大战期间,雷达成了电磁场理论最活跃的部分。雷达成了电磁场理论最
11、活跃的部分。卫星通信卫星通信 19581958年年,美国发射低轨的美国发射低轨的“斯科尔斯科尔”卫星成功,卫星成功,这是第一颗用于通信的试验卫星。这是第一颗用于通信的试验卫星。19641964年,借助年,借助定点同步通信卫星首次实现了美、欧、非三大洲定点同步通信卫星首次实现了美、欧、非三大洲的通信和电视转播。的通信和电视转播。19651965年,第一颗商用同步卫年,第一颗商用同步卫星投入运行。星投入运行。19691969年年,大西洋、太平洋和印度洋上大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定点同步通信卫星,卫星地球站已遍布空均已有定点同步通信卫星,卫星地球站已遍布世界各国,这些卫星地球站又和本国或本地
12、区的世界各国,这些卫星地球站又和本国或本地区的通信网接通。通信网接通。全球定位系统(全球定位系统(GPS)19571957年卫星发射成功后,人们试图将雷达引入年卫星发射成功后,人们试图将雷达引入卫星,实现以卫星为基地对地球表面及近地空间卫星,实现以卫星为基地对地球表面及近地空间目标的定位和导航。目标的定位和导航。19581958年底,美国开始研究实年底,美国开始研究实施这一计划,于施这一计划,于19641964年研究成功子午仪卫星导航年研究成功子午仪卫星导航系统。系统。19731973年美国提出年美国提出 GPSGPS计划,其含义是利用计划,其含义是利用导航卫星进行测时和测距。导航卫星进行测时
13、和测距。19901990年最终的年最终的 GPSGPS方方案是由案是由2121颗工作卫星和颗工作卫星和3 3颗在轨备用卫星组成。颗在轨备用卫星组成。无线电波的典型应用无线电波的典型应用 地质结构探测,电离层与磁层研究,对潜通地质结构探测,电离层与磁层研究,对潜通信,地震电磁辐射前兆检测。信,地震电磁辐射前兆检测。(1)超低频()超低频(SLF)(2)极低频()极低频(ELF)对潜通信对潜通信,地下通信,全球通信,地下遥,地下通信,全球通信,地下遥感,电离层与磁层研究。感,电离层与磁层研究。(3)甚低频()甚低频(VLF)超远程及水下相位差导航系统,全球电报通信超远程及水下相位差导航系统,全球电
14、报通信及对潜指挥通信,时间频率标准传递,地质探测。及对潜指挥通信,时间频率标准传递,地质探测。远程脉冲相位差导航系统,时间频率标准传远程脉冲相位差导航系统,时间频率标准传递,远程通信广播。递,远程通信广播。(4)低频()低频(LF)广播、通信、导航(机场着陆系统)。广播、通信、导航(机场着陆系统)。(5)中频()中频(MF)通信广播,超视距雷达,超视距地通信广播,超视距雷达,超视距地-空通信。空通信。(6)高频()高频(HF)(7)米波()米波(VHF)语音广播,移动(包括卫星移动)通信,接语音广播,移动(包括卫星移动)通信,接力通信,航空导航信标。力通信,航空导航信标。电视广播,飞机导航、着
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