微波传播特性实验设计

黄彩霞

(中山大学 理工学院， 广东 广州 510275)

微波传播特性实验设计

黄彩霞

(中山大学 理工学院， 广东 广州 510275)

摘要：利用微波天线特性实验仪，设计了微波传播特性实验. 所设计的实验项目内容具有综合性和开放性，可直观化、形象化和多方位地帮助学生深入认识电磁波在实际传播中的客观规律，培养学生分析问题和应用知识的能力.

关键词：微波；传播特性;多径传播

1引言

近些年来移动通信产品已经得到广泛应用，为了拓宽专业口径， 增强毕业生的就业适应性，从主动适应社会、经济发展需求， 以就业为导向， 提高就业率，为解决微波天线理论知识教学中的困难，并便于培养学生探究式学习的自主性和积极性，开设了“微波传输特性实验”.

2微波传输特性的实验设计

在一般条件下，由于微波依据周围环境的不同有很强的波动，所以测量和分析微波的本质特性是比较困难的. 笔者利用微波天线特性实验仪建立一个实用的微波环境. 通过模拟真实的微波环境，从而使学生正确地了解和分析微波环境. 学生可以通过屏幕选择不同应用条件和传播环境，通过仿真接受波功率，识别、测试和分析移动通信中的电磁波特性，从而设计基站，选择中继站位置以及通过预测实际环境中的信号变化来分析通信系统.

3微波特性实验原理

3.1　微波特性

微波是沿直线方向传播的波，频率很高，波长很短，主要是由空间波来传播的，它的地表面波衰减很快.

3.2　电磁波的辐射

在微波传输特性课程的教学中，普遍存在概念抽象、理论推导多、电磁规律理解掌握不易等教学困难. 为了使学生更好地理解实验原理，通过图1~2所示的方法来讲解电磁波的辐射原理.

图1　两导线很近

(a)

(b)

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. 图1中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；图2中两导线张开，电场就散播在周围空间，因而辐射增强.

3.3　电磁波的多径传播

在移动通信环境下，因为接收到信号是由很多不同路径上的信号合成而得到的所以收到的电磁波的电平不断波动. 图3说明了在一辆小汽车上接收到的从基站发出而通过多径传播的情况. 小汽车接收到的功率由4条不同路径上的电磁波合成产生，并且依小汽车的位置的不同而波动.

图3　移动通信中的多径传播

由于多径传输，使得信号场强的空间分布变得相当复杂，波动很大，有的地方信号场强增强，有的地方信号场强减弱；也由于多径传输的影响，还会使电波的极化方向发生变化. 另外，不同的障碍物对电磁波的反射能力也不同. 例如：钢筋水泥建筑物对超短波、微波的反射能力比砖墙强. 通过这种形象的方法使学生理解应尽量克服多径传输效应的负面影响，在通信质量要求较高的通信网中，常常采用空间分集技术或极化分集技术的缘由.

4微波传输特性实验内容

我们给学生开设出移动通信中的微波特性实验，它包括相位延迟实验、衰减特性实验、多径衰落实验、时延和多普勒频移、驻波实验、电波模型与电波损耗实验，学生通过屏幕选择不同应用条件和传播环境，了解衰落、时延特性、电压驻波、多普勒频移等的定义，测试移动通信中的电磁波和天线特性，学习移动通信的电磁波特性.

5结束语

所有的实验项目全部采用由教师指导，学生自主完成，学生撰写实验报告和创新性实验的科研小论文等，教师进行验收检查等方式作为考核方式. 通过这一系列的实验，学生可直观感知移动通信中的微波特性和规律，从而在实验教学中激发起学生学习兴趣，引导学生从观测的现象中思考和发现问题，对调动学生主动开展研究性学习的积极性，培养和提升学生通过形象思维来理解掌握微波特性和规律的能力都起到了积极作用.

参考文献：

[1]魏崇毓. 无线通信基础及应用[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2009.

[2]杨德强，潘锦，陈波. 电磁波教学创新实验[J]. 实验室研究与探索，2009，28(4)：253-255.

[3]房少军，李洪彬，段晓燕，等. 天线实验教学仿真系统的研究[J]. 实验室研究与探索，2010，29(1)：50-52.

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

[责任编辑：郭伟]

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

中图分类号：O441.4

文献标识码：A

文章编号：1005-4642(2015)04-0032-02

作者简介：黄彩霞(1964-)，女，浙江绍兴人，中山大学理工学院工程师，学士，主要研究方向为无线通信.

收稿日期：2014-06-20

“第8届全国高等学校物理实验教学研讨会”论文