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通信技术基础课程 第*页 ■ 第三章 信源压缩编码 第3-*页 ■ 第一讲 模拟信号的数字化 一种简单的表述 时变磁场产生时变电场，时变电场产生时变磁场。当空间存在一个时变场源时，由于时变电磁场的相互转换，必然会产生离开源以一定速度向外传播的电磁扰动，这种电磁扰动就是电磁波 。 随时间变化的电荷或电流产生电磁波。 z (传播方向) x y x y z 1.电磁波的辐射机理 较高的工作频率 产生有效辐射电磁波的条件 1.电磁波的辐射机理 电尺寸-相对信号波长的尺寸：d/?，其中?为信号波长，d为几何尺寸。 开放的结构 结构逐渐开放，电磁辐射能力越来越强。当张开成180度角度，则称为对称振子天线。 适当的电流分布 当结构开放的导线上的电流分布不同，辐射能力也不同。如：导线上电流都为同向的，则辐射能力强；导线上电流有反向的，则辐射能力减弱。 2、天线的基本概念 天线的基本概念 天线：有效地发射和接收电磁波的装置。 天线的作用： 能量转换器件 终端匹配器件 极化器件 聚焦器件 扫描器件 发射机 接收机 天线的主要电参数 方向特性 天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。要求所设计或使用的天线具有与工作任务相适应的方向性。 阻抗特性 要求天线与馈线有良好的匹配，才能更有效地将信号转换为电磁波，所以对天线输入阻抗有一定的要求。 带宽特性 为了实现无线信息传递系统的要求，在某一规定的频带范围内，要求天线的性能变化不大，满足给定的要求 。 极化特性 天线的极化是指在最大辐射方向上远区电磁波的极化，而后者为电场矢量的运动方向 3、天线的主要电参数 天线的主要电参数 —— 方向特性 方向特性：在相同距离 r 的条件下，天线辐射场与空间方向的关系 描述： 方向函数：通过数学函数全面描述天线的辐射特性。 方向图：通过图形直观反映天线的方向特性。 3、天线的主要电参数 天线的主要电参数 —— 方向特性 方向函数：方向函数是指以天线的相位中心为球心、r为半径的球面上计算天线的电场强度，以电场强度为因变量，以方向角 (q,j) 为自变量，构成的一个空间分布函数。 以 f(q,j) 的最大值进行归一化，称为归一化方向函数 O r ? ? 例： 方向函数的问题：严密但不直观。 3、天线的主要电参数 天线的主要电参数 —— 方向特性 方向图：是方向函数的图示，简称方向图。 例: 方向图形象、直观，弥补了方向函数的不足。 复杂的天线系统往往找不到较准确的方向函数表达式，此时必须借助测量得到的数据绘出方向图，以了解天线的辐射特性。 ? 3、天线的主要电参数 三维立体方向图 二维平面方向图 天线的主要电参数 —— 方向特性 方向图参数 主瓣、主波束：最大辐射方向所在的波瓣。 旁瓣、副瓣：其余的波瓣，依照和主瓣的远近，分别称为第一旁瓣、第二旁瓣……，通常第一旁瓣的电平最大。 后瓣：和主瓣方向相反的波瓣。 主瓣 旁瓣 后瓣 3、天线的主要电参数 天线的主要电参数 方向图参数 半功率波瓣宽度：在主瓣最大值两侧，功率下降到最大值的1/2（场强下降到最大值的0.707倍）的两个方向间的夹角，称为半功率波瓣宽度。记为：HP或BW0.5 主瓣最大辐射方向 半功率点(右) 1.0 0.5 ?0.5右 BW0.5 半功率点(左) ?0.5左 有时E、H平面上的波瓣宽度不相等，为了区分E面H面方向性，可以分别记作：BW0.5E和BW0.5H 例: 圆口面天线，如微波、卫星通信使用的面天线 ——方向特性 ?为信号波长，d为口面直径 3、天线的主要电参数 3.天线的主要电参数 举例：半波对称振子的E平面归一化方向函数为 ， 求半功率波瓣宽度。 解： 天线的主要电参数 —— 方向特性 天线的增益 r Pin P?0 Emax E0 定向天线 无方向性天线 Pin : 定向天线输入功率; P?0 : 无方向性天线总的辐射功率。 天线的增益：用无方向性天线达到原天线最大辐射方向相同场强情况下的辐射功率与天线输入功率之比。 P? 为天线的效率。 Ae称为天线的有效口径面积 3、天线的主要电参数 天线的主要电参数 —— 方向特性 计算举例 一直径为 5m 的圆口面抛物面天线，辐射效率为65%，确定在频率为 6GHz 时的有效口径面积和增益，并给出半功率波瓣宽度。 解： 3、天线的主要电参数 天线的主要电参数 —— 阻抗特性 在发射状态下，天线的端口对于馈线而言，相当一负载阻抗，称为天线的“输入阻抗” 式中 为进入端口的复数功率，Pin为其实部，Qin为其虚部。 根据一般的阻抗定义，有 天线是一个功率转换器件，因此更关心其输入或输出了多少功率