电波与天线大作业试题

1、五邑大学信息工程学院本科生大作业作业题目： 课程名称： 电波与天线 任课教师： 张 昕 学生姓名： 袁马树 学 号： 11070947 年 级： 110709 专 业： 通信工程 评定成绩： 2014年 6 月 271、介绍无线电频段的划分。无线电频段从低频到高频被划分成许多不连续的波段，常用的有HF频段、VHF频段和UHF频段，频率再高的微波频段只用于业余卫星通讯和微波通讯实验。l160m频段（1.802.00MHz）这是业余无线电台允许使用的最低频段。这个波段的传播规律跟中波很相似，白天主要是靠地面波进行近距离的通讯，晚上可以通过电离层D层反射进行远距离通讯，最佳的通讯时机是通讯双方都处于

2、日出日落的交界时间。280m频段（3.503.90MHz）这个频段的传播规律与160m频段相似，主要是以F层和E层混合传播为主。夏天和白天由于D层和E层的电子密度高，这个频段以下的电波会被吸收掉而不能经电离层反射，白天只能进行100200km距离的通讯。340m频段（7.007.10MHz）这是个短波初学者的入门频段之一，也是最拥挤热闹的频段。这个频段操作范围比较窄，但几乎全年全天大多可以进行QSO。420m频段（14.0014.350MHz）这个频段是著名的DX（远距离通讯）频段，原因是这个频段主要是靠电离层F层进行全球的通讯。这个波段的特点是传播比较稳定，太阳的活动和季节的变化对传播影响比

3、较小，电离层开通的时间比较长。515m频段（21.0021.450MHz）这是另外一个短波初学者的入门频段，也是一个比较好的DX频段。这个频段主要是靠电离层F2层反射，太阳活动、昼夜和四季等的变化对这个频段的影响较大，当太阳活动比较活跃的期间，这个波段是DX联络的主要波段，但在太阳活动低潮期，则进行远距离通讯比较困难。21.400MHz是中国业余无线电爱好者的呼叫频率，有许多中国的HAM在此守听，也有许多外国电台专门到这个频率呼叫中国的电台。这个频率固定运用作DX的多采用高增益八木旋转定向天线。因为波长较短，天线比较容易自制，因此，初学者使用自制天线进行通联的也不少。610m频段（28.002

4、9.70MHz）这是短波段的最高频段，也是短波段中频带最宽的频段，这个波段的传播特性介于HF和VHF之间，主要特点是受太阳活动的影响大，有突发E层传播现象，一旦开通传播电离层衰减小，频率杂音较小，天线增益容易做高。76m频段（50.0054.00MHz）这是著名的初学者入门频段，也被称为“魔术波段”。主要是这个波段的传播特性介于HF和VHF之间，在太阳活动的活跃期，会产生突发E电离层传播现象，电波通过突发E电离层的异常传播，可以用很小的功率进行全球的DX通讯。82m频段（144.00148.00MHz）这是典型的VHF频段，是一个非常活跃的本地移动通讯频段。对这个频段的信号电离层基本不产生反射

5、，电波以直射波视距传播为主，传输中遇到有大楼房或山体等，会产生反射波，因此，只能作为近距离的通讯。90.7m 频段（430.00440.00MHz）属于UHF频段，直射波传播比2m频段更甚，反射和折射现象比2m频段更明显，但同时空气的衰减比2m频段大，更不适合于作远距离通讯。在使用较长电缆时，开始要考虑电缆对信号产生的衰减。100.23m频段（1260.001300.00MHz）这个频段基本属于微波频段，主要是直射波传播的形式，但是业余无线电爱好者却是利用这个频段进行流星余迹反射和对流层散射等的超距离通讯实验，另外，也有通过业余通讯卫星进行卫星通讯实验的。2、阐述电波传播的研究方法及发展状况。

6、电波传播研究历来就是用理论和实验两种方法来进行的。随着计算机技术的发展，用计算机模拟已成为一种独立的研究方法。电波传播研究主要有理论研究、实验观测和计算机模拟三种研究方法。理论研究方法电波传播主要研究媒质与电波的相作用过程。有时候媒质特性可以用若干参数来表征，而且这些参数尽管可能有时空的规律变化和随机变化，但并不因电波的存在而发生变化。这时用理论方法研究电波传播问题时,可以根据媒质的物理模型,对媒质或者媒质分界面的时空变化采用一定的数学模型加以描述，研究传播特性就归结为求解电磁方程组的数学问题。媒质模型的选择首先取决于人们对媒质结构和媒质特性的认识；但在处理实际问题时，更为重要的是考虑模型的合

7、理性和求解方程式的实际可能性。针对一个合理的模型，如果可以得到解析解或数值解，则这种方法对于认识传播机制、概括地了解传播特性是有效的。由于实验工作的局限性，这种理论知识对于指导实验和测试资料的分析处理都是十分必要的。但是，在处理问题时模型都要经过不同程度的理想化,同实际的媒质有一定差别,而且只有很少量的问题能够得出解析解，因此理论研究结果的具体运用就有一定的局限性。在某些情况下，媒质的特性参数与电波的存在与否有关。例如，在电离层中的传播就是如此,理论问题变得更加复杂。另一方面,当介质特性与传播特征的主要关系弄清楚以后，人们有可能根据已知的传播特征来反推媒质或媒质介面的特性。这类反演问题也是理论

8、研究的一个重要方面。反演理论是遥感技术的重要理论基础。实验观测方法由于自然媒质的结构和特性非常复杂，并且随时间、空间而随机变化，要用理论方法得出可以用于工程应用的精确资料是困难的。因此，实验观测方法历来就是电波传播研究的最基本的方法。电波传播研究通过大量的实地观测，探测媒质的结构，监视媒质的变化,积累传播特性的数据资料,从中总结出电波传播的规律。电波传播观测一般在实际的环境、有代表性的不同地区进行。在同一地区的实验，又须积累较长时间的资料，才能反映出传播特性和媒质特性随时间、空间的变化规律。这是电波传播实验的一个重要特点。当然,由于电波传播实验只能在有限的时间和空间进行,同时也由于实验是在自然

9、条件下进行，影响传播的诸因素不受控制，在处理测试资料时会遇到困难。为了从有限的测试结果中总结出比较普遍适用的规律，理论指导和理论分析是十分必要的。计算机模拟方法随着计算机和计算技术的发展，可以用计算机模拟介质特性的变化和传播过程。它可以部分地克服理论方法中媒质模型理想化和方程式求解困难所带来的局限性。同时，也可部分地弥补观测实验方法需要耗费大量人力、物力和时间的不足，是一种很有发展前景的研究方法。随着科学技术的发展，电波传播正在进一步扩展研究和应用领域。例如，电磁波的生物效应、地震过程中的电磁现象的研究等，都有可能获取进展。建立更加完善和更加精确的电波监测系统，获取更加完整的媒质和传播特性数据

10、。总结出更加接近实际的数学模型，利用电子计算机，迅速提供环境数据和电波预测数据。更加密切地同地球物理、空间物理、天体物理、大气物理等的研究相结合，发挥电波传播在这些物理研究中的作用。3、阐述低空大气层对空间波的影响。无线电波在大气层中传播时，无折射时，对流层表现为均匀媒质的特性，电波射线将沿直线传播。但电波在大气层的各层中传播时由于传播速度不同将产生大气折射。而电波射线因传播路径上折射率随高度变化而产生弯曲，波束会向上或向下产生偏移。因地波传播途中大气折射率随时间变化，故波束上下偏移的角度也会随时间变化。由于大气折射指数分布不同，射线在空间弯曲的方向和程度也有所不同。按射线曲率半径（弯向地面为

11、正，背向地面为负）与地球半径之比的大小，折射可分为正折射、负折射、标准折射和超折射（如图）。其中无线电波在对流层和下电离层(其电子密度小于电离层电子密度最大值)中传播时通常产生正折射，此时电波轨迹向下弯曲，射线弯曲方向趋向地面；在上电离层中传播时产生负折射，此时电波射将向上弯曲；当折射指数梯度dn/dh-15710-6km-1、射线仰角为0时，产生超折射。4、超宽带通信天线技术介绍。超宽带天线是电子信息战中电子对抗设备的关键部件,又在冲激雷达等时域系统中获得了广泛应用。随着高速电子集成电路的快速发展,为适应小型集成化的需求,超宽带平面天线的研究与应用引人瞩目。2002 年2 月14 日美国联邦

12、通信委员会( FCC) 批准将3. 1 10. 6GHz 频段划作超宽带技术的商业应用,将广泛应用于新兴短程通信中,这更使超宽带平面天线成为一个新的研究热点。具有宽带特性的最早天线是双锥天线,首先由英国洛奇在1898 年制成。它可看成是激励TEM 模的均匀渐变线,因而其输入阻抗具有宽频带特性,其带宽主要受有限尺寸所导致的终端反射影响。随后的改进主要有:卡特的改进型双锥天线和单锥天线( 1939 ) , 谢昆诺夫的球形天线(1941) ,坎多伊恩研制的盘锥天线(1945) ,布里渊的全向和定向同轴喇叭天线(1948) 等。这些天线都是三维结构,因而体积比较庞大。5、相控阵天线的基本理论介绍相控阵

13、天线是目前卫星移动通信系统中最重要的一种天线形式，由三个部分组成：天线阵、馈电网络和波束控制器。微处理器接收到包含通信方向的控制信息后，根据控制软件提供的算法计算出各个移相器的相移量，然后通过天线控制器来控制馈电网络完成移相过程。由于移相能够补偿同一信号到达各个不同阵元而产生的时间差，所以此时天线阵的输出同相叠加达到最大。一旦信号方向发生变化，只要通过调整移相器的相移量就可使天线阵波束的最大指向做相应的变化，从而实现波束扫描和跟踪。相控阵天线最早用于雷达，由于具有跟踪速度快、电气性能好、可靠性高且便于和载体共形安装等许多独特的优势，使它同样成为卫星移动通信各类站型天线的首选方案，并且得到了高度的重视和广泛的应用。美国的TeLEDyne Ryan电子工程公司和Ball航空公司、日本的CRL和东京中心R&D实验室