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            什么是天線的第一菲涅爾區

            作者: admin 時間:2017-11-20 來源:未知
            摘要:微波傳輸中可以這么簡單的理解:從發射機到接收機傳播路徑上,有直射波和反射波,在直射波波下面的橢圓形區叫做菲涅爾區。奇數菲涅爾區依次和直射波相差半波長奇數倍,但是同...

                   微波傳輸中可以這么簡單的理解: 從發射機到接收機傳播路徑上,有直射波和反射波,在直射波波下面的橢圓形區叫做菲涅爾區。奇數菲涅爾區依次和直射波相差半波長奇數倍,但是同相位到達,可以對直射波做有益的補充。偶數菲涅爾正好相反,可以削弱直射波的能量。一般設計的要求只需要第一菲涅爾區。  

                  無線電波波束的菲涅耳區是一個直接環繞在可見視線通路周圍的橢球區域。其厚度會因信號通路長度和信號頻率的不同而有變化。  

             

             

            菲涅爾區1.png

             

                  正如上圖所示,當堅硬物體突入菲涅耳區內的信號通道時,銳邊衍射就會使部分信號偏轉,致使其到達接收天線的時間略微晚于直接信號。由于這些偏轉的信號與直接信號有相位差,所以它們會降低其功率或者將其完全抵消。如果樹木或其他“軟”物體突入菲涅耳區,它們就會削弱通過的信號(降低其強度)。簡而言之,盡管事實上你能夠看到一個位置,但這并不意味著你就能夠建立到該位置的優質無線微波電鏈路。

             

            菲涅爾區2.png

             

            在收發天線之間連一條線,以這條線為軸心,以R為半徑的一個類似于管道的區域內,沒有障礙物的阻擋。這個管道稱為菲涅爾區(Fresnel Zone),菲涅爾區是一個橢球體,收發天線位于橢球的兩個焦點上,圖中R為第一菲涅爾半徑,計算公式如下:

            R=0.5(λD)0.5(4) λ為波長,D為兩天線的距離λ=3*108/f m

                 以無線網橋為例,網橋一般工作在2.4~5.8GHz頻段,電磁波具有類似光波的特性。近距離傳輸時,由于功率余量大,即使中間有阻擋也能通過反射波或天線旁瓣進行通信。但遠距離時,一定要求收發天線之間實現“視線無阻擋”(clear line of sight),其含義是,在收發天線之間連一條線,以這條線為軸心,以R為半徑的一個類似于管道的區域內,沒有障礙物的阻擋。如圖所示,這個管道稱為菲涅爾區(Fresnel Zone),菲涅爾區是一個橢球體,收發天線位于橢球的兩個焦點上,圖中R為第一菲涅爾半徑,計算公式如下:

            R=0.5(λD)的0.5次冪     λ為波長,D為兩天線的距離

            從公式可得當頻率固定時,菲涅爾半徑隨著傳輸距離的增加而增大。

            例: 當D=10Km,f=2.4GHz時  λ=0.125m  R=17.678m
              f=5GHz時 λ=0.06m R=12.247m
              從上式比較中可得當距離固定時,頻率越高,其菲涅爾半徑越小。這表明在低頻段通信中影響通信的某些障礙物,在高頻段可能不再影響通信。

            為保證系統正常通信,收發天線架設的高度要滿足使它們之間的障礙物盡可能不超過其菲涅爾區的20%,否則電磁波多徑傳播就會產生不良影響,導致通信質量下降,甚至中斷通信。例如在海上通信,通信雙方高度相同,頻率為2.4GHz,通信距離7Km,海浪的高度為2米,那么天線架設的高度要大于L=2+14.790=16.790m。

            從發射機到接收機傳播路徑上,有直射波和反射波,反射波的電場方向正好與原來相反,相位相差180度。如果天線高度較低且距離較遠時,直射波路徑與反射波路徑差較小,則反射波將會產生破壞作用。

            實際傳播環境中,第一菲涅爾區定義為包含一些反射點的橢圓體,在這些反射點上反射波和直射波的路徑差小于半個波長?! ?/p>

            例: 當D=10Km,f=2.4GHz時

            λ=0.125m  R=17.678m

            f=5GHz時 λ=0.06m R=12.247m

            從上式比較中可得當距離固定時,頻率越高,其菲涅爾半徑越小。這表明在低頻段通信中影響通信的某些障礙物,在高頻段可能不再影響通信。
              為保證系統正常通信,收發天線架設的高度要滿足使它們之間的障礙物盡可能不超過其菲涅爾區的20%,否則電磁波多徑傳播就會產生不良影響,導致通信質量下降,甚至中斷通信。例如在海上通信,通信雙方高度相同,頻率為2.4GHz,通信距離7Km,海浪的高度為2米,那么天線架設的高度要大于L=2+14.790=16.790m。

            從發射機到接收機傳播路徑上,有直射波和反射波,反射波的電場方向正好與原來相反,相位相差180度。如果天線高度較低且距離較遠時,直射波路徑與反射波路徑差較小,則反射波將會產生破壞作用。

            實際傳播環境中,第一菲涅爾區定義為包含一些反射點的橢圓體,在這些反射點上反射波和直射波的路徑差小于半個波長。

             

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