第七章第7章电波传播7.3

天线与电波传播北京邮电大学1第7章电波传播的基础知识7.1自由空间电波传播7.2 媒质中的电波传播7.3 电波传播的菲涅尔区天线与电波传播北京邮电大学27.3电波传播的菲涅尔区理想的自由空间是无边无际的，实际中这样的空间是不存在的。对于某特定的电波传播而言，在收、发天线之间，存在着对传输能量起主要作用的空间区域，称为传播主区，也称为菲涅尔区。若在这一区域中符合自由空间传播的条件，则可认为电波是在自由空间中传播。天线与电波传播北京邮电大学37.3.1菲涅尔带惠更斯原理：波在传播过程中，波面上的每一点都是一个进行二次辐射球面波的波源，而下一个波面就是前一个波面所辐射的子波波面的包络面。菲涅尔发展该原理：波在传播过程中，空间任一点的辐射场是包围波源的任意封闭面上所有点的二次波源发出的子波在该点相互干涉的结果，因而空间任一点的场可由这个封闭面上的场求得。天线与电波传播北京邮电大学4图7.2菲涅尔波带示意图天线与电波传播北京邮电大学5以R为中心，依次用……

为半径作球面菲涅耳带:这些球面与S相交截出许多环带Z1、Z2……Zn，分别称第1、第2…第n菲涅耳带。R点的辐射场就是各菲涅耳带的辐射场的总和。天线与电波传播北京邮电大学6第一菲涅尔带是一个小凸圆面，从其中心与从其边缘到达R点的波程差为。由它辐射到R点的场强，可看成是由许多更小的同心环带辐射的幅度相同、相位由依次变化的诸矢量之和。若使小环带的面积无限地变小，则其相应辐射场的幅度也无限地变小，而相位连续变化。

天线与电波传播北京邮电大学7第一菲涅尔带辐射场的总矢量长度就等于一个半圆弧由起点至终点的长度为图7.3第一菲涅尔带的贡献天线与电波传播北京邮电大学8第二菲涅尔带辐射的矢量长度。两相邻菲涅尔带在R点产生的辐射场相位是相反的，因此在计及第二菲涅尔带的作用后，R点的场反而削弱了图7.4开头两三个菲涅尔带的贡献之和天线与电波传播北京邮电大学9图7.6所有菲涅尔带的总贡献天线与电波传播北京邮电大学10各环状带面积相等，故它们在接收点产生的场强幅度B1、B2、B3……Bn近似相等

B1>B2>B3……>Bn

天线与电波传播北京邮电大学11尽管相邻两环带在R点的场强有的相位差，且其振幅又相差很小，但二者场强却不能完全抵消，随着环带数目的增多，R点场强呈现波动变化，但波动的幅度却越来越小。

天线与电波传播北京邮电大学12图7.5菲涅尔带的个数与空间场强的关系天线与电波传播北京邮电大学13因为相邻环带的相位相反，因此，接收点R处的场强可表示为收敛的交错级数天线与电波传播北京邮电大学14图7.5菲涅尔带的个数与空间场强的关系天线与电波传播北京邮电大学15图7.6所有菲涅尔带的总贡献天线与电波传播北京邮电大学16结论(1)对场点接收场强起重要作用的只是n=1、2……有限坏带，对的那些环带的辐射场可忽略不计。(2)第一菲涅耳环带在场点产生的辐射场B1，为自由空间的两倍，即２B0。(3)要使R点的场强幅度为B0，只要有第一菲涅耳环带面积的三分之一即可。这三分之一中心带在场点产生的场，其大小等于B1／2，而相位则与B1相差。天线与电波传播北京邮电大学177.3.2菲涅耳区假想在T、R间插入一块无限大的平面，它垂直于TR图7.7面上的菲涅尔带天线与电波传播北京邮电大学18在S面上划分菲涅尔带，有如下关系天线与电波传播北京邮电大学19若S0面左右移动，而ρ＋r=常数，则S0面相应移动点的轨迹正是以T、R为焦点的旋转椭球面。这些椭球面所包含的空间区域即为菲涅耳区图7.8空间菲涅尔区天线与电波传播北京邮电大学20这一系列的椭球壳体与平面S0相截，在平面上出现一系列环带即为菲涅耳环带。天线与电波传播北京邮电大学21在自由空间中，从T辐射到接收点产生的能量，是通过以TR为焦点的一系列菲涅耳区来传播的。天线与电波传播北京邮电大学22菲涅耳区半径第一菲涅耳区半径为F1

由于又，则图7.7天线与电波传播北京邮电大学23若，此时第一菲涅尔区的半径最大，即：同理可求得第n个费涅耳区的半径为：

图7.7天线与电波传播北京邮电大学247.3.3传播主区在收发天线之间，存在着对传输能量起主要作用的空间区域，这个区域被称为电波的传播主区。若在这个区域中符合自由空间传播的条件，则可认为电波是在自由空间中传播。天线与电波传播北京邮电大学25为了获得自由空间传播条件，只要保证一定的菲涅尔区不受地形、地物的阻挡即可。S0面以上第一菲涅尔带产生的场强比自由空间场强大一倍，而个1/3第一菲涅尔带产生场强恰好等于自由空间场强振幅。在工程上后者常称为“最小菲涅尔区”，并且将该二区域当作对电波传播起主要作用的空间区域，称为传播主区。只要它们不被阻挡，就可获得近似自由空间传播的条件。天线与电波传播北京邮电大学26若令“最小菲涅尔区”半径为，据其定义则有：表示R点能得到