《電波傳播概論》課件

電波傳播概論課程大綱電波傳播的基本概念電磁波的特性、頻率、波長、傳播速度電波的傳播路徑自由空間傳播、地面波傳播、天波傳播電波的應(yīng)用無線通信、導(dǎo)航、遙感、雷達(dá)等電波的概念電波是一種以電磁波形式傳播的能量，由振蕩的電場和磁場組成。它具有波粒二象性，既表現(xiàn)出波的特性，也表現(xiàn)出粒子的特性。電波在真空中以光速傳播，可以穿透許多物質(zhì)，并且可以被接收和發(fā)射。電波的產(chǎn)生1振蕩電路通過振蕩電路產(chǎn)生高頻電磁波2天線將電磁波輻射到空間3電磁場電磁波是由電場和磁場相互垂直振蕩形成的電波的特性電磁輻射電波是一種電磁波，具有電場和磁場。橫波電場和磁場垂直于傳播方向。波速電波在真空中的傳播速度約為光速。頻率和波長電波的頻率和波長成反比。電波的頻率和波長電波的傳播速度300,000公里/秒真空中的電波傳播速度。299,792公里/秒空氣中的電波傳播速度。225,000公里/秒水中的電波傳播速度。自由空間中的電波傳播1無障礙傳播電波在自由空間中傳播時(shí)不受任何障礙物阻擋2直線傳播電波在自由空間中以直線形式傳播3衰減電波傳播過程中能量會逐漸衰減電波的衰減1路徑損耗隨著傳播距離的增加，電波能量會逐漸衰減。2吸收損耗大氣層和地面會吸收一部分電波能量。3散射損耗電波遇到障礙物時(shí)會發(fā)生散射，導(dǎo)致能量分散。折射和反射電波在兩種介質(zhì)交界面上，一部分能量會反射回去，另一部分能量會進(jìn)入另一種介質(zhì)，并改變傳播方向，這就是折射現(xiàn)象。電波在兩種介質(zhì)交界面上發(fā)生方向改變，返回原介質(zhì)的現(xiàn)象稱為反射。干涉與衍射干涉當(dāng)兩列或多列波相遇時(shí)，會相互疊加產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)波峰相遇時(shí)，振幅增大，形成加強(qiáng)干涉；當(dāng)波峰與波谷相遇時(shí)，振幅減小，形成減弱干涉。衍射當(dāng)波遇到障礙物或孔隙時(shí)，會發(fā)生偏離直線傳播方向的現(xiàn)象，稱為衍射。衍射現(xiàn)象表明，波具有繞過障礙物傳播的性質(zhì)。吸收和散射電波在傳播過程中遇到障礙物時(shí)，一部分能量會被障礙物吸收。一部分能量會發(fā)生散射，改變傳播方向，導(dǎo)致信號強(qiáng)度下降。吸收和散射的程度與電波頻率、障礙物材料和形狀有關(guān)。極化電場方向電磁波的極化指的是電場方向的變化方式。線性極化電場方向在傳播方向上的投影保持在一條直線上。圓極化電場方向在傳播方向上的投影沿著一個(gè)圓形路徑旋轉(zhuǎn)。橢圓極化電場方向在傳播方向上的投影沿著一個(gè)橢圓形路徑旋轉(zhuǎn)。電波的極化特性電波的極化是指電磁波的電場矢量的方向。根據(jù)電場矢量的變化規(guī)律，電波的極化可以分為線性極化、圓極化和橢圓極化。線性極化電波的電場矢量沿直線方向變化，而圓極化電波的電場矢量則沿圓形軌跡變化。橢圓極化電波的電場矢量則沿橢圓形軌跡變化。電波的極化特性對無線電通信、雷達(dá)和衛(wèi)星導(dǎo)航等應(yīng)用具有重要意義。例如，在無線電通信中，發(fā)射和接收天線的極化特性必須匹配才能獲得最佳的接收效果。天線和輻射模式天線的作用天線是無線電系統(tǒng)中連接電能和電磁波的橋梁，負(fù)責(zé)將電信號轉(zhuǎn)換為電磁波進(jìn)行發(fā)射，或?qū)㈦姶挪ㄞD(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行接收。輻射模式輻射模式是指天線在空間中輻射電磁波的強(qiáng)度和方向分布，它決定了天線在各個(gè)方向上的信號強(qiáng)度和覆蓋范圍。天線類型天線有多種類型，例如全向天線、定向天線、微帶天線等，每種天線都有其獨(dú)特的輻射模式和應(yīng)用場景。天線增益和指向性增益指向性衡量天線集中能量的能力描述天線輻射功率方向性用分貝(dB)表示用方向圖表示主動(dòng)式無線電系統(tǒng)發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)是將信號轉(zhuǎn)換為電磁波并將其發(fā)送到空間的設(shè)備。接收機(jī)接收機(jī)是接收電磁波并將其轉(zhuǎn)換為可理解信號的設(shè)備。被動(dòng)式無線電系統(tǒng)接收信號被動(dòng)式無線電系統(tǒng)主要用于接收來自宇宙的電磁輻射，例如星體、星云和星系發(fā)出的信號。不發(fā)射信號與主動(dòng)式系統(tǒng)不同，被動(dòng)式系統(tǒng)不發(fā)射任何信號，而是通過敏感的接收器來收集和分析來自宇宙的電磁輻射。電波的應(yīng)用領(lǐng)域通信系統(tǒng)電波在無線通信中至關(guān)重要，用于手機(jī)、廣播、電視、衛(wèi)星通信等。導(dǎo)航系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)（GPS）等導(dǎo)航系統(tǒng)依賴于電波信號進(jìn)行定位。遙感系統(tǒng)衛(wèi)星遙感利用電波收集地球表面的信息，用于監(jiān)測環(huán)境、農(nóng)業(yè)和災(zāi)害。導(dǎo)航系統(tǒng)定位導(dǎo)航系統(tǒng)使用各種技術(shù)來確定位置，如GPS，北斗，GLONASS等。路徑規(guī)劃導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)起點(diǎn)和目的地，為用戶提供最佳路線規(guī)劃。方向指引導(dǎo)航系統(tǒng)提供語音或視覺指示，幫助用戶沿著規(guī)劃的路線行駛。通信系統(tǒng)移動(dòng)通信手機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)等。衛(wèi)星通信利用衛(wèi)星作為中繼站，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。無線電通信廣播、電視、雷達(dá)等。遙感系統(tǒng)從遠(yuǎn)處收集信息遙感系統(tǒng)使用傳感器從遠(yuǎn)處收集關(guān)于地球的信息。各種應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)可用于監(jiān)測環(huán)境變化、管理資源和進(jìn)行災(zāi)害評估。傳感器類型包括光學(xué)傳感器、雷達(dá)傳感器和紅外傳感器。天氣監(jiān)測系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)衛(wèi)星觀測提供大范圍的天氣數(shù)據(jù)，包括云層覆蓋、降水量和氣溫。雷達(dá)數(shù)據(jù)雷達(dá)監(jiān)測降水量、風(fēng)暴強(qiáng)度和移動(dòng)方向。地面觀測地面站收集溫度、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等數(shù)據(jù)。軍事應(yīng)用雷達(dá)系統(tǒng)用于探測、跟蹤和識別目標(biāo)，包括飛機(jī)、導(dǎo)彈和艦船等。通信系統(tǒng)用于軍隊(duì)之間的指揮、協(xié)調(diào)和情報(bào)傳遞。衛(wèi)星導(dǎo)航用于精確定位、導(dǎo)航和作戰(zhàn)指揮。醫(yī)療應(yīng)用診斷電波在醫(yī)學(xué)成像中發(fā)揮重要作用，例如X光、CT掃描和MRI，幫助醫(yī)生診斷疾病。治療電波治療，如射頻消融和超聲波手術(shù)，用于精確的治療，最大程度地減少創(chuàng)傷。生理監(jiān)測心電圖、腦電圖和呼吸監(jiān)測等技術(shù)利用電波信號監(jiān)控患者的生理狀況。環(huán)境監(jiān)測大氣監(jiān)測監(jiān)測空氣質(zhì)量，包括污染物濃度、溫濕度等。水質(zhì)監(jiān)測監(jiān)測水體質(zhì)量，包括水溫、pH值、溶解氧等。土壤監(jiān)測監(jiān)測土壤污染程度，包括重金屬含量、有機(jī)污染物等。噪聲監(jiān)測監(jiān)測環(huán)境噪聲水平，評估噪音污染程度。電磁兼容性干擾抑制電磁兼容性指電子設(shè)備在正常工作時(shí)不會對其他設(shè)備產(chǎn)生有害干擾，同時(shí)自身也不會受到其他設(shè)備的干擾。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為了確保電磁兼容性，制定了各種國際和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)定電子設(shè)備的電磁輻射和抗干擾能力。測試認(rèn)證電子設(shè)備通常需要進(jìn)行電磁兼容性測試和認(rèn)證，以確保符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。電波安全電磁輻射過量的電磁輻射可能對人體健康造成不利影響，包括組織加熱和潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。安全標(biāo)準(zhǔn)國際和國家組織制定了關(guān)于電磁輻射暴露的安全標(biāo)準(zhǔn)，以保護(hù)公眾健康。預(yù)防措施使用電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，例如保持距離、限制暴露時(shí)間，并使用屏蔽材料。監(jiān)管政策1國際協(xié)議國際電信聯(lián)盟（ITU）制定了全球電波頻譜管理的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。2國家法規(guī)每個(gè)國家/地區(qū)都有自己的電波管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)頒發(fā)許可證和實(shí)施有關(guān)電波使用的規(guī)定。3頻率分配為了避免干擾，電波頻譜被劃分為不同的頻率段，并分配給不同的應(yīng)用。4電磁兼容性電波設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用必須符合電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，以確保它們不會對其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。未來發(fā)展趨勢15G與物聯(lián)網(wǎng)5G技術(shù)將極大地提升無線通信速度和容量，支持更多設(shè)備連接，為電波應(yīng)用開拓新的領(lǐng)域。2智能無線電智能無線電技術(shù)將實(shí)現(xiàn)更有效的頻譜管理和資源分配，優(yōu)化電波使用效率，提高系統(tǒng)性能。3空間電波傳播隨著太空探索的深入，空間電波傳播技術(shù)將得到發(fā)展，應(yīng)用于深空通信和導(dǎo)航等領(lǐng)域。4毫米波技術(shù)毫米波技術(shù)擁有更高的頻譜資源，可