菲涅爾半徑課件

電波傳播的菲涅爾區(qū)理想的自由空間應(yīng)是無邊際的，但是這樣的空間是不存在的。而對某一特定方向而言，卻存在著能否視為自由空間傳播的討論，更有其實際的意義。對此，我們來學(xué)習(xí)：電波傳播的菲涅爾區(qū)概念。電波傳播的菲涅爾區(qū)理想的自由空間應(yīng)如下圖所示，空間A處有一球面波源，現(xiàn)在來討論其輻射場的大小。（1）菲涅爾帶根據(jù)“惠更斯-菲涅爾”原理，做一半徑為R的同心球面，則該球面上所有的同相惠更斯源對于遠區(qū)觀察點P來說，均可以視為二次波源。若P點與A點相距d=R+r0，為了計算方便起見，先將球面S分成許多環(huán)形帶Nn(n=1,2,3,:)，并使相鄰兩帶的邊緣到觀察點的距離相差半個波長此即為：物理學(xué)上的“菲涅爾帶”（FesnelZone）。如下圖所示，空間A處有一球面波源，現(xiàn)在來討論其輻菲涅爾半徑ppt課件（15）（2）菲涅爾帶的特點及其空間輻射場從“菲涅爾帶”的釋義中可知（參見下圖），菲涅爾環(huán)帶具有如下特征：（15）（2）菲涅爾帶的特點及其空間輻射場從“菲涅爾帶”的圖菲涅爾半波帶(a)剖面圖；(b)側(cè)視的菲涅爾環(huán)形帶圖菲涅爾半波帶在此情況下，相鄰兩帶對應(yīng)部分的惠更斯源在P點的輻射將有λ/2的波程差(即互為反相，差為180°)，從而起到互相削弱的作用。

可以證明：當(dāng)r0>>λ時(即P點位于A點的遠場區(qū)時)，各帶的面積大致相等。那么，若設(shè)第n個菲涅爾半波帶在P點產(chǎn)生的場強振幅為En(n=1,2,3,…)則，由于每個菲涅爾半波帶的輻射路徑不一樣，它們在P點的場強有以下的關(guān)系式：（16）在此情況下，相鄰兩帶對應(yīng)部分的惠更斯從平均角度而言，相鄰兩帶對P點的貢獻反相，于是P點的合成場振幅為：（17）將上式的奇數(shù)項拆成兩部分，即En=En/2+En/2，則式（17）可以重新寫為：（18）從平均角度而言，相鄰兩帶對P點的貢獻仔細觀察上式，如果總帶數(shù)足夠大，利用式（16）的結(jié)論，可以認為：（19）注釋：第1環(huán)帶在遠區(qū)P點處輻射場強值的一半仔細觀察上式，（19）注釋：第1環(huán)帶在遠區(qū)P點處上式給我們一個重要的啟示，盡管在自由空間從波源A輻射到觀察點P的電波，從波動光學(xué)的觀點看,可以認為是通過許多菲涅爾區(qū)傳播的，但起最重要作用的是第一菲涅爾區(qū)。作為粗略近似，只要保證第一菲涅爾區(qū)的一半不被地形地物遮擋，就能得到自由空間傳播時的場強。也即，此時的傳播空間才能被看成是“自由空間”!所以在實際的通信系統(tǒng)設(shè)計中，對第一菲涅爾區(qū)的尺寸非常關(guān)注！下面我們就來求出第一菲涅爾區(qū)半徑。上式給我們一個重要的啟示，盡管在自由令第一菲涅爾區(qū)的半徑為F1，則當(dāng)各參數(shù)按下圖所示時，根據(jù)第一菲涅爾區(qū)半徑的定義（3）菲涅爾區(qū)半徑如下圖：令第一菲涅爾區(qū)的半徑為F1，則當(dāng)各參數(shù)圖第1菲涅爾區(qū)半徑計算圖第1菲涅爾區(qū)半徑計算菲涅爾半徑ppt課件(4)菲涅爾空間的幾何意義：

實際上，劃分菲涅爾半波帶的球面是任意選取的，因此當(dāng)球面半徑R變化時，盡管各菲涅爾區(qū)的尺寸也在變化，但是它們的幾何定義不變。(4)菲涅爾空間的幾何意義：圖菲涅爾橢球面如下圖所示，如果考慮到以傳播路徑為軸線的旋轉(zhuǎn)對稱性，不同位置的同一菲涅爾半波帶的外圍輪廓線在空間上應(yīng)是一個以收、發(fā)兩點為焦點的旋轉(zhuǎn)橢球。

我們稱第一菲涅爾橢球為電波傳播的主要通道。故，其幾何定義就是：

平面上是以A、P兩點為焦點的橢圓的定義。圖菲涅爾橢球面如下圖所示，如果考慮到由式可知：

第一，波長越短，第一菲涅爾區(qū)半徑越小，對應(yīng)的第一菲涅爾橢球越細長。

對于波長非常短的光學(xué)波段，橢球體更加細長，因而產(chǎn)生了光學(xué)中研究過的純粹的射線傳播。第二，由于電波傳播的主要通道并不是一條直線，因此即使某凸出物并沒有擋住收、發(fā)兩點間的幾何射線，但是已進入了第一菲涅爾橢球，此時接收點的場強已經(jīng)受到影響，該收、發(fā)兩點之間不能視為自由空間傳播。而當(dāng)凸出物未進入第一菲涅爾橢球，即電波傳播的主要通道，此時才可以認為該收、發(fā)兩點之間被視為自由空間傳播，說得更通俗一點，才可以用式：

計算接收點的場強振幅。（５）結(jié)論與討論由式第三，電波的繞射現(xiàn)象：

如下圖所示，即使在地面上的障礙物遮住收、發(fā)兩點間的幾何射線的情況下，由于電波傳播的主要通道未被全部遮擋住，因此接收點仍然可以收到信號，此種現(xiàn)象被稱為電波繞射。在地面上的障礙物高度一定的情況下：波長越長，電波傳播的主要通道的橫截面積越大，相對遮擋面積就越小，接收點的場強就越大。因此頻率越低，繞射能力越強。第三，電波的繞射現(xiàn)象：圖不同波長的繞射能力圖不同波長的繞射能力

實際上，電磁信號在各種特定的媒質(zhì)中傳播的過程，除了以上介紹的基本特性之外，還可能遭受衰落，反射和折射，極化偏移，干擾和噪聲，時、頻域畸變等效應(yīng)，并因此而具有復(fù)雜的時空頻域變化特性。