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什么是天线的*菲涅尔区

点击次数:1092 发布时间:2016-12-26

    微波传输中可以这么简单的理解: 从发射机到接收机传播路径上,有直射波和反射波,在直射波波下面的椭圆形区叫做菲涅尔区。奇数菲涅尔区依次和直射波相差半波长奇数倍,但是同相位到达,可以对直射波做有益的补充。偶数菲涅尔正好相反,可以削弱直射波的能量。一般设计的要求只需要*菲尼尔区。  

无线电波波束的菲涅耳区是一个直接环绕在可见视线通路周围的椭球区域。其厚度会因信号通路长度和信号频率的不同而有变化。  

 

菲涅尔区1.png

正如上图所示,当坚硬物体突入菲涅耳区内的信号通道时,锐边衍射就会使部分信号偏转,致使其到达接收天线的时间略微晚于直接信号。由于这些偏转的信号与直接信号有相位差,所以它们会降低其功率或者将其完全抵消。如果树木或其他“软”物体突入菲涅耳区,它们就会削弱通过的信号(降低其强度)。简而言之,尽管事实上你能够看到一个位置,但这并不意味着你就能够建立到该位置的无线微波电链路。

菲涅尔区2.png

在收发天线之间连一条线,以这条线为轴心,以R为半径的一个类似于管道的区域内,没有障碍物的阻挡。这个管道称为菲涅尔区(Fresnel Zone),菲涅尔区是一个椭球体,收发天线位于椭球的两个焦点上,图中R为*菲涅尔半径,计算公式如下:

R=0.5(λD)0.5(4) λ为波长,D为两天线的距离λ=3*108/f m

     以无线网桥为例,网桥一般工作在2.45.8GHz频段,电磁波具有类似光波的特性。近距离传输时,由于功率余量大,即使中间有阻挡也能通过反射波或天线旁瓣进行通信。但远距离时,一定要求收发天线之间实现视线无阻挡”(clear line of sight),其含义是,在收发天线之间连一条线,以这条线为轴心,以R为半径的一个类似于管道的区域内,没有障碍物的阻挡。如图所示,这个管道称为菲涅尔区(Fresnel Zone),菲涅尔区是一个椭球体,收发天线位于椭球的两个焦点上,图中R为*菲涅尔半径,计算公式如下:

R=0.5(λD)0.5次幂     λ为波长,D为两天线的距离

从公式可得当频率固定时,菲涅尔半径随着传输距离的增加而增大。

: D=10Kmf=2.4GHz时  λ=0.125m  R=17.678m
  f5GHz λ=0.06m R=12.247m
  从上式比较中可得当距离固定时,频率越高,其菲涅尔半径越小。这表明在低频段通信中影响通信的某些障碍物,在高频段可能不再影响通信。

为保证系统正常通信,收发天线架设的高度要满足使它们之间的障碍物尽可能不超过其菲涅尔区的20%,否则电磁波多径传播就会产生不良影响,导致通信质量下降,甚至中断通信。例如在海上通信,通信双方高度相同,频率为2.4GHz,通信距离7Km,海浪的高度为2米,那么天线架设的高度要大于L=2+14.790=16.790m

从发射机到接收机传播路径上,有直射波和反射波,反射波的电场方向正好与原来相反,相位相差180度。如果天线高度较低且距离较远时,直射波路径与反射波路径差较小,则反射波将会产生破坏作用。

实际传播环境中,*菲涅尔区定义为包含一些反射点的椭圆体,在这些反射点上反射波和直射波的路径差小于半个波长。  

: D=10Kmf=2.4GHz

λ=0.125m  R=17.678m

f5GHz λ=0.06m R=12.247m

从上式比较中可得当距离固定时,频率越高,其菲涅尔半径越小。这表明在低频段通信中影响通信的某些障碍物,在高频段可能不再影响通信。
  为保证系统正常通信,收发天线架设的高度要满足使它们之间的障碍物尽可能不超过其菲涅尔区的20%,否则电磁波多径传播就会产生不良影响,导致通信质量下降,甚至中断通信。例如在海上通信,通信双方高度相同,频率为2.4GHz,通信距离7Km,海浪的高度为2米,那么天线架设的高度要大于L=2+14.790=16.790m

从发射机到接收机传播路径上,有直射波和反射波,反射波的电场方向正好与原来相反,相位相差180度。如果天线高度较低且距离较远时,直射波路径与反射波路径差较小,则反射波将会产生破坏作用。

实际传播环境中,*菲涅尔区定义为包含一些反射点的椭圆体,在这些反射点上反射波和直射波的路径差小于半个波长。

 

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