微波傳播特性實驗設計

黃彩霞

(中山大學 理工學院， 廣東 廣州 510275)

微波傳播特性實驗設計

黃彩霞

(中山大學 理工學院， 廣東 廣州 510275)

摘要：利用微波天線特性實驗儀，設計了微波傳播特性實驗. 所設計的實驗項目內(nèi)容具有綜合性和開放性，可直觀化、形象化和多方位地幫助學生深入認識電磁波在實際傳播中的客觀規(guī)律，培養(yǎng)學生分析問題和應用知識的能力.

關鍵詞：微波；傳播特性;多徑傳播

1引言

近些年來移動通信產(chǎn)品已經(jīng)得到廣泛應用，為了拓寬專業(yè)口徑， 增強畢業(yè)生的就業(yè)適應性，從主動適應社會、經(jīng)濟發(fā)展需求， 以就業(yè)為導向， 提高就業(yè)率，為解決微波天線理論知識教學中的困難，并便于培養(yǎng)學生探究式學習的自主性和積極性，開設了“微波傳輸特性實驗”.

2微波傳輸特性的實驗設計

在一般條件下，由于微波依據(jù)周圍環(huán)境的不同有很強的波動，所以測量和分析微波的本質(zhì)特性是比較困難的. 筆者利用微波天線特性實驗儀建立一個實用的微波環(huán)境. 通過模擬真實的微波環(huán)境，從而使學生正確地了解和分析微波環(huán)境. 學生可以通過屏幕選擇不同應用條件和傳播環(huán)境，通過仿真接受波功率，識別、測試和分析移動通信中的電磁波特性，從而設計基站，選擇中繼站位置以及通過預測實際環(huán)境中的信號變化來分析通信系統(tǒng).

3微波特性實驗原理

3.1　微波特性

微波是沿直線方向傳播的波，頻率很高，波長很短，主要是由空間波來傳播的，它的地表面波衰減很快.

3.2　電磁波的輻射

在微波傳輸特性課程的教學中，普遍存在概念抽象、理論推導多、電磁規(guī)律理解掌握不易等教學困難. 為了使學生更好地理解實驗原理，通過圖1~2所示的方法來講解電磁波的輻射原理.

圖1　兩導線很近

(a)

(b)

導線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長度和形狀有關. 圖1中若兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很微弱；圖2中兩導線張開，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強.

3.3　電磁波的多徑傳播

在移動通信環(huán)境下，因為接收到信號是由很多不同路徑上的信號合成而得到的所以收到的電磁波的電平不斷波動. 圖3說明了在一輛小汽車上接收到的從基站發(fā)出而通過多徑傳播的情況. 小汽車接收到的功率由4條不同路徑上的電磁波合成產(chǎn)生，并且依小汽車的位置的不同而波動.

圖3　移動通信中的多徑傳播

由于多徑傳輸，使得信號場強的空間分布變得相當復雜，波動很大，有的地方信號場強增強，有的地方信號場強減弱；也由于多徑傳輸?shù)挠绊?，還會使電波的極化方向發(fā)生變化. 另外，不同的障礙物對電磁波的反射能力也不同. 例如：鋼筋水泥建筑物對超短波、微波的反射能力比磚墻強. 通過這種形象的方法使學生理解應盡量克服多徑傳輸效應的負面影響，在通信質(zhì)量要求較高的通信網(wǎng)中，常常采用空間分集技術或極化分集技術的緣由.

4微波傳輸特性實驗內(nèi)容

我們給學生開設出移動通信中的微波特性實驗，它包括相位延遲實驗、衰減特性實驗、多徑衰落實驗、時延和多普勒頻移、駐波實驗、電波模型與電波損耗實驗，學生通過屏幕選擇不同應用條件和傳播環(huán)境，了解衰落、時延特性、電壓駐波、多普勒頻移等的定義，測試移動通信中的電磁波和天線特性，學習移動通信的電磁波特性.

5結束語

所有的實驗項目全部采用由教師指導，學生自主完成，學生撰寫實驗報告和創(chuàng)新性實驗的科研小論文等，教師進行驗收檢查等方式作為考核方式. 通過這一系列的實驗，學生可直觀感知移動通信中的微波特性和規(guī)律，從而在實驗教學中激發(fā)起學生學習興趣，引導學生從觀測的現(xiàn)象中思考和發(fā)現(xiàn)問題，對調(diào)動學生主動開展研究性學習的積極性，培養(yǎng)和提升學生通過形象思維來理解掌握微波特性和規(guī)律的能力都起到了積極作用.

參考文獻：

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[3]房少軍，李洪彬，段曉燕，等. 天線實驗教學仿真系統(tǒng)的研究[J]. 實驗室研究與探索，2010，29(1)：50-52.

[4]Jung Kwang-Wook, Kim Che-Young. Wave propagation and antenna experiments [M]. Man. & Tel. Co. Ltd.， 2003.

[責任編輯：郭偉]

Design for experiment of microwave propagation characteristics

HUANG Cai-xia

(School of Physics and Engineering， Sun Yat-sen University， Guangzhou 510275， China)

Abstract:The experiment of microwave propagation characteristics was designed by using the antenna training system. The design scheme was of comprehension and openness. It could help the undergraduates in the intuitive, visual and all-around manner to thoroughly study the objective law of the microwave propagation in practice. Therefore the students’ abilities of problem analysis and knowledge applying would be fostered effectively.

Key words:microwave; propagation characteristics; multi-path propagation

中圖分類號：O441.4

文獻標識碼：A

文章編號：1005-4642(2015)04-0032-02

作者簡介：黃彩霞(1964-)，女，浙江紹興人，中山大學理工學院工程師，學士，主要研究方向為無線通信.

收稿日期：2014-06-20

“第8屆全國高等學校物理實驗教學研討會”論文