信息科学与电子工程专业英语Lecture03-n课件.ppt(纯ppt,可能不含音视频素材文件)
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- 信息科学 电子 工程 专业 英语 Lecture03 课件
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1、EE141 电子信息科学概论MTI 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论11任爱锋任爱锋电子工程学院电子工程学院 E-mail: Office:新科技楼A901 Phone:88202830-607 Mobile:13384919599EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论2 电子信息科学概论MTI2 Unit 3-1 电磁场电磁场EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论3 电子信息科学概论MTI3EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论4 电子信息科学概论MTI4Unit 3-1 电磁场EE141 2011 Aifeng Re
2、n电子信息科学概论5 电子信息科学概论MTI5Unit 3-1 电磁场EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论6 电子信息科学概论MTI6Unit 3-1 电磁场EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论7 电子信息科学概论MTI7Unit 3-1 电磁场电磁场的结构电磁场的结构EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论8 电子信息科学概论MTI8Unit 3-1 电磁场电磁场的结构电磁场的结构The ultraviolet catastrophe,also called the Rayleigh-Jeans catastrophe,was a
3、 prediction of early 20th century classical physics that an ideal black body at thermal equilibrium will emit radiation with infinite power.EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论9 电子信息科学概论MTI9Unit 3-1 电磁场电磁场的结构电磁场的结构EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论10 电子信息科学概论MTI10Unit 3-1 电磁场电磁场的结构电磁场的结构EE141 2011 Aifeng Ren电子信
4、息科学概论11 电子信息科学概论MTI11Unit 3-1 电磁场电磁场的结构电磁场的结构EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论12 电子信息科学概论MTI12Unit 3-1 电磁场电磁场的动力学电磁场的动力学(Dynamics of the electromagnetic field)EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论13 电子信息科学概论MTI13Unit 3-1 电磁场电磁场的动力学电磁场的动力学(Dynamics of the electromagnetic field)EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论14 电子信
5、息科学概论MTI14Unit 3-1 电磁场电磁场的动力学电磁场的动力学(Dynamics of the electromagnetic field)EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论15 电子信息科学概论MTI15Unit 3-1 电磁场电磁场的动力学电磁场的动力学(Dynamics of the electromagnetic field)EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论16 电子信息科学概论MTI16 Unit 3-2 微带天线微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论17 电子信息科学概论MTI17EE141 2
6、011 Aifeng Ren电子信息科学概论18 电子信息科学概论MTI18EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论19 电子信息科学概论MTI19Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论20 电子信息科学概论MTI20Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论21 电子信息科学概论MTI21Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论22 电子信息科学概论MTI22Unit 3-2 微带天线dBi:decibel isotropic,the forw
7、ard gain of an antenna compared with the isotropic antenna,which uniformly distributes energy in all directions.EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论23 电子信息科学概论MTI23Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论24 电子信息科学概论MTI24Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论25 电子信息科学概论MTI25Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aif
8、eng Ren电子信息科学概论26 电子信息科学概论MTI26Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论27 电子信息科学概论MTI27Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论28 电子信息科学概论MTI28Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论29 电子信息科学概论MTI29Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论30 电子信息科学概论MTI30Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信
9、息科学概论31 电子信息科学概论MTI31Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论32 电子信息科学概论MTI32Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论33 电子信息科学概论MTI33Unit 3-2 微带天线EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论34 电子信息科学概论MTI天天 线线 与电与电 波波 传传 播播EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论35 电子信息科学概论MTI1天线天线1.1 天线的作用与地位天线的作用与地位 无线电发射机输出的射频信号功率,通过馈
10、线(电缆)输送无线电发射机输出的射频信号功率,通过馈线(电缆)输送到天线,由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后,到天线,由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后,由天线接下来(仅仅接收很小很小一部分功率),并通过馈线送到由天线接下来(仅仅接收很小很小一部分功率),并通过馈线送到无线电接收机。可见,天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线无线电接收机。可见,天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备,没有天线也就没有无线电通信。电设备,没有天线也就没有无线电通信。天线品种繁多,以供不同频率、不同用途、不同场合、不同天线品种繁多,以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同
11、情况下使用。要求等不同情况下使用。对于众多品种的天线,进行适当的分类是必要的:对于众多品种的天线,进行适当的分类是必要的:按用途分类按用途分类 可分为通信天线、电视天线、雷达天线等;可分为通信天线、电视天线、雷达天线等;按工作频段分类按工作频段分类 可分为短波天线、超短波天线、微波天线等;可分为短波天线、超短波天线、微波天线等;按方向性分类按方向性分类 可分为全向天线、定向天线等;可分为全向天线、定向天线等;按外形分类按外形分类 可分为线状天线、面状天线等可分为线状天线、面状天线等.天线的基本知识天线的基本知识EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论36 电子信息科学概论MT
12、I*电磁波的辐射电磁波的辐射 导线上有交变电流流动时,就可以发生电磁波的辐射,辐射的能力与导线的长导线上有交变电流流动时,就可以发生电磁波的辐射,辐射的能力与导线的长度和形状有关。如度和形状有关。如 图1.1 a 所示,若两导线的距离很近,电场被束缚在两导线之间,所示,若两导线的距离很近,电场被束缚在两导线之间,因而辐射很微弱;将两导线张开,如因而辐射很微弱;将两导线张开,如 图1.1 b 所示,电场就散播在周围空间,因而辐所示,电场就散播在周围空间,因而辐射增强。射增强。必须指出,当导线的长度必须指出,当导线的长度 L 远小于波长远小于波长 时,辐射很微弱;导线的长度时,辐射很微弱;导线的长
13、度 L 增增大到可与波长相比拟时,导线上的电流将大大增加,因而就能形成较强的辐射。大到可与波长相比拟时,导线上的电流将大大增加,因而就能形成较强的辐射。天线的基本知识天线的基本知识图1.1 a图1.1 bEE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论37 电子信息科学概论MTI1.2 对称振子对称振子 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线,单个半波对称振子可简单对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线,单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源,也可采用多个半波对称振子组成天线阵地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源,也可采用多个半波对称振子组成天
14、线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子,称半波对称振子波长的振子,称半波对称振子,见见 图1.2 a 。另外,还有一种异型半波对称振子,可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的另外,还有一种异型半波对称振子,可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框,并把全波对称振子的两个端点相叠,这个窄长的矩形框称为折合振子,注意矩形框,并把全波对称振子的两个端点相叠,这个窄长的矩形框称为折合振子,注意,折合振子的长度也是为二分之一波长,故称为半波折合振子,折合振子的长度也是为二分之一波长,
15、故称为半波折合振子,见见 图1.2 b 。天线的基本知识天线的基本知识1/4波长波长对称振子对称振子1/4波长波长1/2波长波长图1.2 a图1.2 bEE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论38 电子信息科学概论MTI1.3 天线方向性的讨论天线方向性的讨论1.3.1 天线方向性天线方向性 发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去,基本功发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去,基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈面
16、包圈”形的形的立体方向图立体方向图(图(图1.3.1 a)。)。立体方向图虽然立体感强,但绘制困立体方向图虽然立体感强,但绘制困难,难,图图1.3.1 b 与图与图1.3.1 c 给出了它的两个给出了它的两个主平面方向图主平面方向图,平面方向图描述天线,平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图在某指定平面上的方向性。从图1.3.1 b 可以看出,在振子的轴线方向上辐射为零,可以看出,在振子的轴线方向上辐射为零,最大辐射方向在水平面上;而从图最大辐射方向在水平面上;而从图1.3.1 c 可以看出,在水平面上各个方向上的辐射可以看出,在水平面上各个方向上的辐射一样大。一样大。天线的基本知识天
17、线的基本知识图图1.3.1 c 水平面方向图水平面方向图图图1.3.1 b 垂直面方向图垂直面方向图图图1.3.1 a 立体方向立体方向图图EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论39 电子信息科学概论MTI天线的基本知识天线的基本知识1.3.2 天线方向性增强天线方向性增强 若干个对称振子组阵,能够控制辐射,产生若干个对称振子组阵,能够控制辐射,产生“扁平的面包圈扁平的面包圈”,把信号,把信号进一步集中到在水平面方向上。进一步集中到在水平面方向上。下图是下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图
18、和垂直面方向图。图和垂直面方向图。垂直面方向图垂直面方向图立体方向图立体方向图EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论40 电子信息科学概论MTI也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向利用反射板可把辐射能控制到单侧方向 平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的水平面方向图说明了反射反射面面的作用的作用-反射面把功率反射到反射面把功率反射到单侧方向,单侧方向,提高了增益。提高了增益。天线的基本知识天线的基本知识全向阵全向阵(垂直阵列(垂直阵列 不带平面反射板)不带平面反射板)抛物反射面的使用,更能使天线的辐射,像光学
19、中的探照灯那样,把能量集抛物反射面的使用,更能使天线的辐射,像光学中的探照灯那样,把能量集中到一个小立体角内,从而获得很高的增益。不言而喻,抛物面天线的构成包括中到一个小立体角内,从而获得很高的增益。不言而喻,抛物面天线的构成包括两个基本要素:两个基本要素:抛物反射面抛物反射面 和和 放置在抛物面焦点上的辐射源。放置在抛物面焦点上的辐射源。扇形区覆盖扇形区覆盖(垂直阵列(垂直阵列 带平面反射板)带平面反射板)平面反射板平面反射板EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论41 电子信息科学概论MTI天线的基本知识天线的基本知识1.3.3 增益增益 增益增益是指:在输入功率相等的条
20、件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同是指:在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。增益越高。可以这样来理解可以这样来理解增益增益的物理含义的物理含义-为在一定的距离上的某点处产为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号,如果用理想的无方向性点源作为发射天线,需要生一定大小的信号,如果用理想的
21、无方向性点源作为发射天线,需要100W的输的输入功率,而用增益为入功率,而用增益为 G=13 dB=20 的某定向天线作为发射天线时,输入功率的某定向天线作为发射天线时,输入功率只需只需 100/20=5W.换言之,某天线的换言之,某天线的增益,增益,就其最大辐射方向上的辐射效果就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。半波对称振子的增益为半波对称振子的增益为G=2.15 dBi;4个半波对称振子个半波对称振子 沿垂线上下排列,构成一个垂直四元阵,其增益约为沿垂线上下排列,构成一个垂直四元阵,其增益约
22、为G=8.15 dBi (dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。如果以半波对称振子作比较对象,则增益的单位是如果以半波对称振子作比较对象,则增益的单位是dBd.半波对称振子的增益为半波对称振子的增益为G=0 dBd(因为是自己跟自己比,比值为(因为是自己跟自己比,比值为1,取对,取对数得零值。)数得零值。);垂直四元阵,其增益约为垂直四元阵,其增益约为G=8.15 2.15=6 dBd.EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论42 电子信息科学概论MTI 1.3.4 波瓣宽度波瓣宽度 方向图通常都有两个或多个瓣,其中
23、辐射强度最大的瓣称为主瓣,其余的瓣称方向图通常都有两个或多个瓣,其中辐射强度最大的瓣称为主瓣,其余的瓣称为副瓣或旁瓣。参见图为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4 a,在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低 3 dB(功(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(波瓣宽度(又称又称 波束宽度波束宽度 或或 主瓣宽度主瓣宽度 或或 半功率角半功率角)。波瓣宽度)。波瓣宽度越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强。越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强。还有一种还有一种波瓣宽度波瓣宽度,即,即 10dB波瓣宽度波瓣宽
24、度,顾名思义它是方向图中辐射强度降,顾名思义它是方向图中辐射强度降低低 10dB(功率密度降至十分之一)(功率密度降至十分之一)的两个点间的夹角,见图的两个点间的夹角,见图1.3.4 b.天线的基本知识天线的基本知识3dB 波瓣宽度波瓣宽度-3dB点点-3dB点点10dB 波瓣宽度波瓣宽度-10dB点点-10dB点点峰值方向峰值方向(最大辐射方向)(最大辐射方向)图图1.3.4 a图图1.3.4 b峰值方向峰值方向(最大辐射方向)(最大辐射方向)EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论43 电子信息科学概论MTI 天线的基本知识天线的基本知识1.3.5 前后比前后比 方向图中
25、,前后瓣最大值之比称为前后比,记为方向图中,前后瓣最大值之比称为前后比,记为 F/B。前后比越大,天线。前后比越大,天线的后向辐射(或接收)越小。前后比的后向辐射(或接收)越小。前后比F/B 的计算十分简单的计算十分简单-F/B=10 Lg(前向功率密度)前向功率密度)/(后向功率密度后向功率密度)对天线的前后比对天线的前后比F/B 有要求时,其典型值为有要求时,其典型值为(18 30)dB,特殊情况下则特殊情况下则要求达(要求达(35 40)dB.EE141 2011 Aifeng Ren电子信息科学概论44 电子信息科学概论MTI 1.3.6 天线增益的若干近似计算式天线增益的若干近似计算
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