《微波傳播》課件

微波傳播歡迎來(lái)到《微波傳播》課程。本課程將深入探討微波傳播的原理、應(yīng)用和技術(shù)。我們將從基礎(chǔ)概念出發(fā)，逐步了解微波在現(xiàn)代通信和科技中的重要作用。什么是微波?定義微波是頻率介于300MHz至300GHz之間的電磁波。波長(zhǎng)范圍微波的波長(zhǎng)范圍從1毫米到1米。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、醫(yī)療和烹飪等領(lǐng)域。微波的特性高方向性微波可以被精確地聚焦成窄波束。穿透能力能夠穿透大氣層和某些物質(zhì)。大帶寬可以傳輸大量信息。微波的頻譜劃分1L波段1-2GHz，主要用于移動(dòng)通信和GPS。2S波段2-4GHz，應(yīng)用于氣象雷達(dá)和無(wú)線局域網(wǎng)。3C波段4-8GHz，用于衛(wèi)星通信和長(zhǎng)距離無(wú)線傳輸。4X波段8-12GHz，軍事雷達(dá)和衛(wèi)星通信常用。微波的傳播機(jī)理直線傳播微波在自由空間中沿直線傳播。多徑傳播信號(hào)可能通過(guò)多個(gè)路徑到達(dá)接收端。大氣影響大氣條件可能導(dǎo)致信號(hào)衰減或散射。障礙物干擾建筑物和地形可能阻擋或反射微波信號(hào)。自由空間傳播定義自由空間傳播指微波在無(wú)障礙物的理想環(huán)境中的傳播。特點(diǎn)遵循平方反比定律，信號(hào)強(qiáng)度隨距離增加而減弱。應(yīng)用常用于衛(wèi)星通信和長(zhǎng)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波鏈路設(shè)計(jì)。反射傳播入射微波信號(hào)碰到反射面。反射信號(hào)被反射面反彈。接收反射信號(hào)被接收天線捕獲。多徑效應(yīng)直接信號(hào)和反射信號(hào)可能同時(shí)到達(dá)接收端。折射傳播1大氣折射2折射率變化3信號(hào)彎曲4傳播距離延長(zhǎng)折射現(xiàn)象使微波信號(hào)在大氣中的傳播路徑發(fā)生彎曲。這種效應(yīng)可以增加通信距離，但也可能導(dǎo)致信號(hào)衰減。散射傳播1信號(hào)遇障礙物2能量分散3多向傳播4信號(hào)強(qiáng)度減弱散射傳播發(fā)生在微波遇到不規(guī)則表面或小物體時(shí)。這種現(xiàn)象可能導(dǎo)致信號(hào)衰減，但也可以用于超視距通信。地球曲率的影響4/3等效地球半徑通常使用4/3地球?qū)嶋H半徑來(lái)計(jì)算微波傳播。0.6視線距離地平線距離約為發(fā)射天線高度的0.6倍。2衍射區(qū)第一菲涅爾區(qū)半徑是波長(zhǎng)與距離乘積的平方根。大氣層的影響折射大氣折射率變化導(dǎo)致信號(hào)路徑彎曲。吸收水汽和氧氣吸收部分微波能量。散射大氣粒子引起信號(hào)散射和衰減。氣象因素的影響降雨雨滴引起信號(hào)衰減，尤其是高頻微波。霧霾可見(jiàn)度降低時(shí)，微波傳播也受到影響。溫度梯度溫度變化可能導(dǎo)致大氣折射率異常。大氣湍流引起信號(hào)閃爍和相位不穩(wěn)定。微波接收機(jī)系統(tǒng)天線捕獲微波信號(hào)。低噪聲放大器放大微弱信號(hào)?；祛l器將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻。解調(diào)器提取原始信息。天線的基本原理輻射原理天線將電能轉(zhuǎn)換為電磁波，反之亦然。方向性天線的輻射圖顯示其在不同方向的發(fā)射或接收能力。增益表示天線在特定方向上的輻射強(qiáng)度。常見(jiàn)天線類(lèi)型定向天線拋物面天線高增益，適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和衛(wèi)星接收。八木天線中等增益，常用于電視接收和無(wú)線通信。喇叭天線寬帶寬，適用于微波測(cè)量和雷達(dá)系統(tǒng)。對(duì)數(shù)周期天線寬頻帶，用于頻譜監(jiān)測(cè)和電子戰(zhàn)。全向天線偶極天線簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，在水平面上全向輻射。單極天線常見(jiàn)于移動(dòng)設(shè)備，垂直極化。圓錐天線寬帶寬，適用于監(jiān)測(cè)和掃描接收機(jī)。超高頻段天線1貼片天線小型化，易于集成，適用于移動(dòng)設(shè)備。2槽天線低剖面，可集成于飛行器表面。3微帶天線陣列可實(shí)現(xiàn)電子波束掃描，用于5G基站。4反射陣列天線高增益，適用于衛(wèi)星通信和雷達(dá)系統(tǒng)。微波中繼站1信號(hào)接收2信號(hào)放大3頻率轉(zhuǎn)換4信號(hào)重發(fā)微波中繼站是長(zhǎng)距離微波通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。它們接收、放大、處理并重新發(fā)送微波信號(hào)，克服了地球曲率和地形障礙的限制。微波通信系統(tǒng)發(fā)射端信號(hào)調(diào)制和功率放大。傳輸介質(zhì)大氣或波導(dǎo)。中繼站信號(hào)放大和轉(zhuǎn)發(fā)。接收端信號(hào)解調(diào)和處理。微波通信應(yīng)用領(lǐng)域衛(wèi)星通信全球覆蓋，廣播和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)。蜂窩移動(dòng)通信5G網(wǎng)絡(luò)廣泛使用毫米波頻段。無(wú)線局域網(wǎng)Wi-Fi技術(shù)使用2.4GHz和5GHz頻段。軍事通信安全可靠的戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)。微波雷達(dá)系統(tǒng)工作原理發(fā)射微波脈沖并接收回波，測(cè)量目標(biāo)距離和速度。優(yōu)勢(shì)全天候工作能力，高分辨率，可穿透云霧。應(yīng)用氣象監(jiān)測(cè)、空中交通管制、軍事偵察等。關(guān)鍵技術(shù)波形設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、天線技術(shù)等。雷達(dá)的基本原理1發(fā)射雷達(dá)發(fā)射高功率微波脈沖。2傳播微波在空間傳播并遇到目標(biāo)。3反射目標(biāo)反射部分微波能量。4接收雷達(dá)接收反射回波并處理信號(hào)。脈沖雷達(dá)c/2距離公式目標(biāo)距離等于光速乘以回波時(shí)間的一半。1/PRF最大不模糊距離由脈沖重復(fù)頻率（PRF）決定。c/2B距離分辨率由脈沖帶寬B決定，越寬分辨率越高。多普勒雷達(dá)原理利用多普勒效應(yīng)測(cè)量目標(biāo)相對(duì)速度。優(yōu)點(diǎn)可區(qū)分靜止和移動(dòng)目標(biāo)，提高探測(cè)能力。應(yīng)用氣象雷達(dá)、交通測(cè)速、軍事目標(biāo)跟蹤等。成像雷達(dá)1合成孔徑雷達(dá)(SAR)2逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)3干涉SAR4極化SAR成像雷達(dá)技術(shù)利用復(fù)雜的信號(hào)處理算法，將雷達(dá)回波信息轉(zhuǎn)換為高分辨率的二維或三維圖像。這些技術(shù)在地球觀測(cè)、軍事偵察和災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮重要作用。微波遙感技術(shù)輻射計(jì)測(cè)量地球表面自然輻射。散射計(jì)測(cè)量海面風(fēng)速和方向。高度計(jì)精確測(cè)量海平面高度。SAR全天候地表成像。遙感的基本原理輻射源太陽(yáng)或雷達(dá)發(fā)射微波。目標(biāo)相互作用電磁波與地表目標(biāo)相互作用。信號(hào)傳播反射或散射的信號(hào)傳回傳感器。信號(hào)接收傳感器接收并記錄信號(hào)。數(shù)據(jù)處理將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用信息。遙感的應(yīng)用領(lǐng)域微波通信的前景展望6G技術(shù)探索太赫茲頻段，實(shí)現(xiàn)更高速率和更低延遲。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)低軌道衛(wèi)星星座提供全球高速互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。智能表面可編程超材料表面優(yōu)化微波傳播環(huán)境。量子通信利用量子