黃彩霞

(中山大學(xué) 理工學(xué)院， 廣東 廣州 510275)

微波傳播特性實驗設(shè)計

黃彩霞

(中山大學(xué) 理工學(xué)院， 廣東 廣州 510275)

摘要：利用微波天線特性實驗儀，設(shè)計了微波傳播特性實驗. 所設(shè)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(xué)生深入認(rèn)識電磁波在實際傳播中的客觀規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和應(yīng)用知識的能力.

關(guān)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(yīng)用，為了拓寬專業(yè)口徑， 增強畢業(yè)生的就業(yè)適應(yīng)性，從主動適應(yīng)社會、經(jīng)濟發(fā)展需求， 以就業(yè)為導(dǎo)向， 提高就業(yè)率，為解決微波天線理論知識教學(xué)中的困難，并便于培養(yǎng)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的自主性和積極性，開設(shè)了“微波傳輸特性實驗”.

2微波傳輸特性的實驗設(shè)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(xué)生正確地了解和分析微波環(huán)境. 學(xué)生可以通過屏幕選擇不同應(yīng)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(shè)計基站，選擇中繼站位置以及通過預(yù)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(xué)中，普遍存在概念抽象、理論推導(dǎo)多、電磁規(guī)律理解掌握不易等教學(xué)困難. 為了使學(xué)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(dǎo)線很近

(a)

(b)

導(dǎo)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(dǎo)線的長度和形狀有關(guān). 圖1中若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；圖2中兩導(dǎo)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(dāng)復(fù)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)挠绊懀€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(xué)生理解應(yīng)盡量克服多徑傳輸效應(yīng)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(shù)或極化分集技術(shù)的緣由.

4微波傳輸特性實驗內(nèi)容

我們給學(xué)生開設(shè)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(xué)生通過屏幕選擇不同應(yīng)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(xué)習(xí)移動通信的電磁波特性.

5結(jié)束語

所有的實驗項目全部采用由教師指導(dǎo)，學(xué)生自主完成，學(xué)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(xué)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(xué)中激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生從觀測的現(xiàn)象中思考和發(fā)現(xiàn)問題，對調(diào)動學(xué)生主動開展研究性學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)和提升學(xué)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：

[1]魏崇毓. 無線通信基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[2]楊德強，潘錦，陳波. 電磁波教學(xué)創(chuàng)新實驗[J]. 實驗室研究與探索，2009，28(4)：253-255.

[3]房少軍，李洪彬，段曉燕，等. 天線實驗教學(xué)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(zé)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(biāo)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(xué)理工學(xué)院工程師，學(xué)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(xué)校物理實驗教學(xué)研討會”論文