《導航概論》PPT課件.ppt

1、基于1.3無線電技術、基于1.3無線電技術、1.3.1傳播和傳播1.3.2天線和饋線1.3.3無線信號調制和傳輸1.3.4無線信號接收、無線廣播通信系統(tǒng)、導航概論無線電技術基礎、1.3 1。無線電波的產生方式2，無線電波的極化方式3，無線電波的傳播特性4，無線電波的傳播方式，導航概論無線電技術基礎，R，L，C是諧振角頻率理想的L，C不消耗能量，只能進行能量交換。一種完全開放的平面電容器，在頻率高的電壓刺激時將電磁波發(fā)射到空間。x是電場的方向。z是傳播方向。Em和分別表示空間信號的最大振幅和初始相位。對于角頻率(rad/s)，T反映波隨時間的相位變化。反映波的相位取決于稱為空間角頻率或空間相位常

2、數(shù)的空間變化(rad/m)。導航概論無線電技術基本傳播生成，在特定時間點的Z對應的電場在空間中定期分布。傳播時，空間磁場Hy(z，t)總是垂直于空間電場Ex(z，t)并垂直于傳播方向。導航概論無線電技術基礎傳播的生成，等值面：在同一時間空間電磁波拓撲相同的點連接面；等寬面：在同一時間具有相同振幅的點連接在一起的面。均勻電磁波：當?shù)认嗝媾c等寬面重合時，稱為均勻電磁波。此時，在等面上傳播的振幅相同。根據等值面的形狀，電磁波可分為平面波、方波、柱面波等。點輻射源產生的電磁波是方波，到達無窮大時，球面波的曲率較小，因此可以接近平面波。導航概論無線電技術基礎傳播的產生，傳播頻率的劃分，導航概論無線電技術

3、基礎傳播的產生，2，傳播的極化方式，傳播的極化，是指在空間輻射場的一個固定位置上電場矢量端隨時間移動的軌跡。對于平面波，極化簡化了電場矢量定義的方向。矢量方向恒定的話，被認為是線極化波，習慣上認為極化軸沿水平方向。導航概論無線電技術基本傳播的極化方式，有時電磁波在傳播過程中極化軸旋轉，每個傳播波長旋轉360。所有極化角度的場強相同時的圓形極化。橢圓極化，例如場強的變化。波的旋轉方向可以是順時針或逆時針。2 .傳播的極化方式，探索概論無線電技術基本傳播的極化方式，3，傳播的傳播特性，自由空間：電導率0，相對介電常數(shù)和相對電導率U均為1的各向同性，均勻無耗介質空間，介質特性等同于真空。電磁波在自由

4、空間中傳播時，只有直線傳播的擴散損失，傳播速度等于真空中的光速。如果傳輸介質的特性隨時間隨機變化，則該介質與(機器)參數(shù)(量)一起發(fā)生。當無線電波在相關介質中傳播時，信號會隨時間隨機波動，產生衰退現(xiàn)象。也就是說，如果慢衰退、快衰退、選擇性衰退、傳播介質對傳播的影響與傳播頻率有關，則介質稱為色散。(David aser，Northern Exposure(美國電視電視劇)，無線電波)如果傳播空間中有不同特性的傳輸介質，或者介質不均勻，則稱為非均勻介質空間。由于地球表面的起伏和大氣對傳播的多級折疊(反轉)，傳播通過徐璐其他路徑(通道)到達接收端，傳播距離、信號移動、衰減特性都不同。接收端信號的總和

5、成為不穩(wěn)定的波動信號，稱為多路徑干擾。，導航簡介無線電技術基本無線電波的傳播特性，4，無線電波的傳播方式，1。地面波傳播1.3。天波傳播3。視線傳播4。散射傳播，導航概論無線電技術基本傳播的傳播方式，1。地面波傳播，無線電波沿地球表面?zhèn)鞑?，如果地面波傳播天線以直立的形式低于地面，安裝高度遠小于波長，則無線電波的最大輻射方向是沿地球表面移動的方向，在牙齒情況下，主要是地面波傳播，通常是垂直極化波的方式。導航概論無線電技術基礎傳播的傳播方式，1 .地面波傳播，地面波傳播主要受反轉性地球表面的影響。例如，地面的自轉特性，地形地貌的平整度等。與晝夜、季節(jié)、天氣變化等條件和太陽的輻射沒有太大關系。地面是

6、否平坦與無線電波的波長有關。地面波的特點是信號質量好，電波比較穩(wěn)定，沒有多徑效應。但是，隨著傳播頻率的增加(通常大于2 MHz)，地面波吸收變得嚴重，傳播(迂回)損失迅速增加，因此僅適用于頻率低的中波、長波或超長波的遠距離通信或導航。需要更高的發(fā)射功率和更大的天線。導航概論無線電技術基本傳播傳播方式，1.3。天波傳播，電離層反射無線電波的能力與傳播頻率，入射(角)有關。天波傳播與電離層密切相關。天波傳播的主要特征是傳輸損耗小，地平線傳播小，用小功率進行遠距離通信，通過電離層折射與地面反射的多次跳躍傳播，可以實現(xiàn)數(shù)千公里，甚至數(shù)萬公里的信號傳輸。(阿爾伯特愛因斯坦，Northern Exposu

7、re(美國電視電視劇)，場內的短波都可以使用電離層反射進行傳播，但這是大多數(shù)短波通信廣播的主要傳播方式，主要以短波為主。不能利用天波進行傳播，因為其他頻段的無線電波可以被吸收，也可以穿過大氣進入太空。導航概論無線電技術基本傳播的傳播方式，3 .視線傳播，天線收發(fā)高程基本上決定了視線傳播的通信距離，利用強方向性高海拔的天線是擴大傳輸距離的有效方法。但是，為了減少信號之間的干擾和衰減的影響，需要調整天線位置和高度。對于超短以上波段的無線信號，將渡邊杏使用地面波傳播和天波傳播，因此視距傳播是主要的傳播方式，例如飛機超短波無線電(V. H. F. Comm)的工作頻率為118.000135.975MH

8、z。視線傳播也是衛(wèi)星通信，衛(wèi)星導航的基本傳播方式。導航概論無線電技術基礎傳播的傳播方式，4 .散射傳播，散射通信的優(yōu)點是距離遠，破壞性好，機密性強。但是，需要高功率發(fā)射機、高增益天線和高靈敏度接收機。牙齒中對流層散射主要用于100 MHz10 GHz頻段，傳播距離一般小于800公里，可靠性高。電離層散射主要用于30100 MHz頻段，傳播距離可以大于1，000公里。導航概論無線電技術基本傳播傳播方式、1.3無線電技術基礎、1.3.1傳播和傳播1.3.2天線和饋線1.3.3無線信號調制和傳輸1.3.4無線信號接收、導航概論無線電技術基礎、1.3.2第一、天線的作用2、天線的分類3、天線的特性指標

9、及其影響因素4、饋線、導航概論無線電技術作為被動設備的天線通常由金屬線、金屬面或其他介質材料形成特定形狀，安裝在特定高度，在空間中全方位或特定方向發(fā)送(或接收)無線信號。天線除完成能量轉換功能外，還必須滿足方向、轉換效率、發(fā)射功率、頻帶寬度等實際要求。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線的作用，第二，天線分類，根據用途，天線可以分為通信天線、廣播電視天線、雷達天線、方向檢測和導航天線等。根據工作波長的不同，可分為長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等。根據天線特性，可以分為圓形極化天線、線極化天線、窄波段天線、寬帶天線、非波數(shù)變化天線和數(shù)字波束天線等。大多數(shù)情況下，根據天線結構，

10、主要分為兩大類茄子。一種是由電線或金屬棒組成的線性天線，主要應用于長波、短波和超短波信號。另一類是表面天線，主要由微波波段使用的金屬面或介質面組成。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類，1 .基本天線單元，傳記偶極：又稱赫茲偶極，是間距小、大小相同、極性相反的振動電荷。傳記偶極在空間中刺激交流電場，產生電磁波輻射。磁偶極：也稱為磁流元件的平面環(huán)形線圈，在牙齒線圈中，通過交流電流刺激空間中的交流磁場，產生電磁輻射。開放波：波是薄壁金屬管道，根據電磁波的模式提供微波無線電能量，截面大部分是圓形或矩形(分別是圓形波和矩形波)。當波的一端打開時，電磁能量從波的入口向外輻射傳播，通常適用于高頻率分米

11、和厘米波段。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類，1.3 .線性天線，由傳記偶極演化而來的天線稱為偶極天線或對稱振子天線，屬于線極化天線。雙臂由兩條對稱金屬線組成，手臂間距可以忽略，總長度相對于波長進行調整，激勵由中間供給提供。如果電線安裝在地面、金屬面等反射面上，并由導線根提供，則可以使用該鏡像生成類似于鐘擺天線的電磁輻射。這被稱為單極天線、垂直接地天線、鞭天線、塔式天線等。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類、偶極天線和單極天線都是線性天線，主要應用于LF UHF的頻帶范圍內。在此基礎上，多種天線結構可以進化，包括傘天線、形天線、V天線、T形天線、T形天線、傾斜天線、螺旋鞭天線、黑

12、木啟司天線、蝙蝠天線、雙錐天線、圓盤錐天線和套筒天線。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類，3 .圓形天線，圓形天線是基于磁偶極子變遷的天線，由一個蟑螂或多個線圈組成?？梢允蔷匦?、三角形、圓形或其他形狀?？招沫h(huán)形天線效率低，因此通過添加鐵氧體磁心的方式提高輻射或接收電磁波的能力，也稱為磁棒天線。采用多環(huán)天線是提高天線效率的另一種方法。如果環(huán)形天線的周長小于五分之一波長，則稱為小環(huán)形天線。小環(huán)天線結構小，具有8字形的方向性，常用于無線電測向等導航領域和中、短波信號接收。如果環(huán)形天線的周長與波長相比較，則稱為大環(huán)形天線(大環(huán)形天線、雙環(huán)天線、負載環(huán)天線等)。方向圖類似于對稱擺，寬帶特性好。主要

13、適用于廣播和通信系統(tǒng)。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類，4 .面部天線、面部天線相當于幾個茄子基本輻射源的組合，空間的電磁場分布是這些基本輻射源的疊加結果。其方向性圖取決于面上電磁波的相位和振幅分布。二次徑向表面天線主要分為反射器天線和透鏡天線。，導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類。反射器天線由反射面和初級饋源組成，反射面由各種形式的導體曲面或導線柵格網組成，例如拋物線、拋物線圓柱、拋物線環(huán)、拋物線盒、角度反射面等。將方向性弱的初級飼料的輻射反射為方向性強的輻射。提要位于拋物線的焦點，可以是陣列天線、喇叭天線、槽天線等。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類，部分反射器天線使用

14、二次反射面。天線主反射面是旋轉拋物線，次反射面是旋轉雙曲面，主饋位于雙曲面的實際焦點附近，雙曲面的虛擬焦點與拋物線的焦點一致。第一個饋源的球面波經過第二次反射，在拋物線前產生聚焦平面波。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類，透鏡天線的二次輻射可以像光透鏡一樣通過無線電波。第一輻射源的球形電磁波通過透鏡天線后，其前面聚焦的是平面波，該平面波可以是介質材料或金屬柵欄。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類，5 .在槽天線和微帶天線、波面或孔諧振器的適當位置打開一個或多個一定大小的小間隙，通過裂縫向外發(fā)射或接收電磁能量。牙齒天線稱為縫隙天線或波導裂縫天線。每個小接縫可以對應于傳記偶極，其輻射特

15、性取決于小接縫的結構大小和操作波長。微帶天線是開發(fā)為小型大小、輕量、低成本、易于集成的微帶傳輸線的天線，可以在大約100 MHz100 GHz的大頻率區(qū)域使用。這兩種天線都是平面天線，特別適用于高速飛行體，并且易于配置如下所述的多個天線。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類，6 .多天線，多天線是由多個輻射單元組成的天線，通常以一定的方式排列，因此陣列天線，每個輻射單元也稱為陣列元素。多元天線可以顯著提高天線的方向復制能力，整個復制方向圖與單個陣列元素的方向圖和每個陣列元素之間的相對幾何位置相關，具體取決于每個陣列復制場的矢量疊加。使用傳記控制方法控制每個震源激勵的信號相位和大小，可以實現(xiàn)

16、光束指向的自動控制。這種天線稱為相位陣列天線。導航概論無線電技術基本天線和饋線天線分類，3，天線特性指標及其影響因素，1。天線方向度1.3。天線主襟翼和波束寬度3。天線旁瓣電平4。方向性系數(shù)5。天線效率6。天線增益7。天線偏振8。天線的其他性能參數(shù)、導航概論無線電技術基本天線和饋線天線的特性指標及其影響因素，1 .天線的方向性，天線的輻射電磁場在固定距離內根據空間角度坐標分布或變化的圖形，稱為天線的方向性?；蛘叻Q為天線襟翼。天線的定向函數(shù)天線的輻射電磁場是固定距離內空間角度坐標或變化的函數(shù)關系。，導航概論無線電技術基本天線和饋線天線的特性指標及其影響因素，(1)“8”字形水平方向圖，“8”字形方向圖的標準化方向函數(shù)如下：導航概論無線電技術基本天線和饋線天線的特性指標及其影響因素，(2)雙“8”字形水平方向圖，雙牙齒兩個直角方向函數(shù)分別可以分離兩個天線的信號，并且如果振幅值可以與符號(正或負)一起測量，則計算相應的比率以確定目標方位角(牙齒情況下的雙“8”字形)天線模板和波束寬度、所需發(fā)射方向的輻射瓣稱為天線模板或天線束。天線主襟翼的光束形狀取決于使用要求，鋼筆、雙針、8字形、扇形等光束很常見。天線波束寬度定義為天線主瓣膜復蓋的角度范圍，用于指示對傳播輻射場的空間約束程度。與天線的形狀、大小、工作頻率、激勵的振幅相位分布等密切相關，通常用作角度分辨率的測量。在包含梁最大