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菲涅尔区及其意义

  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, 半波长奇数倍, 半波长奇数倍 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第一菲涅尔区。 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。 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优质 无线微波电链路。 电波传播的菲涅尔区 根据惠更斯一菲涅尔原理,在电波的传输过程中,波阵面上的每一点都是一个进行二次辐射的球面波 的波源,这种波源称为二次波源。而空间任一点的辐射场都是由包围波面的任意封闭曲面上各点的二次波 源发出的波在该点相互干涉、叠加的结果。显然,封闭曲面上各点的二次波源到达接收点的远近不同,这 就使得接收点的信号场强的大小发生变化,如图 1 所示。为了分析这种变化我们引入菲涅尔区的概念。 图 1 二次波源 1.空间菲涅尔区 如图 2 所示,自由空间 Q 点是波源,P 点是接收点,以 Q、P 为焦点的旋转椭球面所包含的空间区域, 称为菲涅尔区。图 2 中 S1 是空间的一点,其所在与直线 QP 垂直的平面截菲涅尔区域得到一个圆 C1,该 圆半径为: 图 2 第一菲涅尔区 其中 d 为 Q、P 点间的距离,d1、d2 分别是 Q 点和 P 点到圆 C1 圆心的距离,这个圆所在的菲涅尔 区域称为第一菲涅尔区。 在自由空间, 从波源 Q 点辐射到 P 点的电磁能量主要是通过第一菲涅尔区传播的, 只要第一菲涅尔区不被阻挡,就可以获得近似自由空间的传播条件。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。 2.“最小”菲涅尔区半径(Fo) 该半径 (Fo) 就是接收点能得到与自由空间传播相同的信号强度时所需要的最小菲涅尔椭球区的半径。 由公式推导可得: 只要“最小”菲涅尔区不受阻挡,则可以认为是在自由空间传播。但是,如果收发两天线的连线与障碍 物最高点之间的垂直距离(称为传播余隙 HC)小于 Fo,则需要考虑障碍物绕射场的影响。

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