《微波傳播》PPT課件
單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,第3章,189,微波通信,鄭玉峰,第三章 微波傳播,,,,微波在自由空間的傳播,,微波傳播的描述方法,,地形對電波傳輸?shù)挠绊?,大氣對微波傳播的影響,,大氣與地面效應造成的衰落特性,,抗衰落技術,3.1 電波在自由空間的傳播,,無線電波的傳播途徑：,,（1）地波傳播,,（2）電離層傳播,,（3）地面、低空視距傳播,,（4）對流層的傳播,,（5）外球層傳播,無線電頻譜表,,（1）,地波傳播,：地波傳播是指電磁波沿地球表面繞射傳播當天線很低時，電磁波距地面很近，又加之天線很長，很容易被地面吸收導致迅速衰減這種衰減與地面的性質（導電系數(shù)的大?。?、電磁波的極化方式和頻率有關因此長波一般用于地波傳播這個波段，我國一般用于電力線載波它的頻率一般規(guī)定為30KHz--300KHz,這個頻率稱為長波中波的頻率是500--1600KHz，也是地波傳播，我國用于調幅廣播2）,空間傳播（地面、低空視距傳播）,：也就是直發(fā)射天線和接收天線必須在視距范圍內，這時電波為直射波，或由直射波和地面反射波組成的相干傳播（因此接收點的場強為二者之和）。
這種傳播方式用于超短波和微波通信頻率在30MHz以上的調頻廣播和電視信號發(fā)射都是空間波傳播超短波通信從理論上講，只能在視距范圍內進行3）,電離層傳播（天波傳播）,：由于太陽和各種宇宙射線的輻射，引起空氣分子的電離，而形成了電離層電離層分三層D層（距地面高度70--90Km）、E層（100--120Km）、F1層（160--180Km）、F2層（200-900Km），中波和短波都能借助電離層的反射傳播到較遠的距離，最常用于短波通信短波頻率為（ 3MHz--30MHz,有些地方定義為1.5MHz--30MHz）有靜音區(qū)4）,散射傳播：,,由于大氣溫度、壓力、濕度和電子密度等的不均勻性，使大氣介電系數(shù)隨高度而改變散射波可在對流層或電離層發(fā)生，也可在流星的余跡上發(fā)生5）,外球層傳播（外空間傳播）,：離開地面900--1200Km的高度稱為外球層， 1200Km 以上就進入星際空間星際空間的通信可視為自由空間通信在地面上，在某一個截止頻率以上的頻率（一般為10MHz，太陽活動劇烈時可至100MHz,極地夜間頻率可降至2MHz）可以利用外球層進行宇宙通信衛(wèi)星通信就是這種傳播方式微波是一種電磁波,微波是一種電磁波,由隨時間變化的電場和磁場組成，這兩者相互依存、相互轉化。
電磁波的電場、磁場和電磁能流之間有如下的基本關系：,,電場、磁場、能量流方向相互垂直，符合右手螺旋準則，,S,=,E,×,H,（坡印亭矢量）,,,,電場強度和磁場強度的大小的比值是一個固定值，該值稱為媒質的特性阻抗或波阻抗，記為,,,,對真空媒質，為,377,歐姆為媒體的導磁率， 為媒質的介電常數(shù)電磁能流密度的大小為,,,電磁波具有一定的極化形式，指的是電磁波的電場矢量在空間的取向電磁波的極化分為三種形式：水平極化、圓極化、橢圓極化水平極化和圓極化可以看作橢圓極化的特殊形式電磁波是天線向空間輻射所產生的，輻射后形成輻射場，輻射場的電場強度和磁場強度的振幅隨離開天線的距離,r,的增加而按,1/r,的因子減小，輻射場的等相位面是以距離,r,為半徑的球面3.1.3 自由空間的,傳播損耗,自由空間傳播,系指天線周圍為無限大真空時的電波傳播，它是理想傳播條件電波在自由空間傳播時，其,能量既不會被障礙物所吸收,，也,不會,產生,反射,或,散射,自由空間,是滿足下述條件的,一種理想空間,： 1. 均勻無損耗的無限大空間；2. 各項同性；3. 電導率為零電波經(jīng)天線輻射后，其能量向周圍空間擴散，到達接收天線的僅是發(fā)射功率的一小部分。
d為收發(fā)天線間的距離距離越遠，接收天線收到的能量越小，這就是電波在自由空間傳播過程的衰減，即,自由空間的傳播損耗L,s,自由空間傳播損耗L,s,是傳播損耗中最基本的損耗，接收天線接收的信號功率僅僅是發(fā)射天線輻射功率的一小部分，大部分能量都向其它方向擴散了工作距離越遠，球面積越大，接收點截獲的功率越小，即傳播損耗加大電波在大氣層以外的空間傳播時，可以近似看成在自由空間傳播關于天線的幾個概念,,天線的口徑面積A,p,：天線物理口徑的面積；,,天線的有效面積A,e,：表征接收天線接收空間電磁波能力的基本參數(shù)；天線的負載檢測到的功率與入射到天線的功率密度之比,,天線的口徑效率,：為天線的負載檢測到的功率與入射到天線的功率密度之比； A,e,/ A,p,,天線的增益G,：天線增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元（一般為點源，有時指偶極子）在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度對無方向性的全向天線，其有效面積,,,，,λ,為所傳電波的波長,,B,點的無方向性天線收到的,,功率為,,,自由空間的衰減系數(shù),,,取對數(shù)為,,,當d的單位為km，f的單位為GHz，c為自由空間的速度即3,╳10,5,km/s時，,,例3-1 設某兩個微波站的距離為60km，頻率為4GHz，計算自由空間的傳播衰減。
解：代入上式，可得,解：代入上式，可得,自由空間傳播條件下收信電平的計算,某天線的三維波瓣圖,用于微波通信的天線，一般都不是向周圍空間均勻輻射的全向天線，而是有很強的方向性發(fā)射天線的增益G,t,，通過主射束方向的單位面積功率為,,接收天線的增益G,r,，接受天線的有效面積,,,接收天線的輸出功率為,,,,分貝表示為,,實際通信系統(tǒng)中，除傳播損耗與天線的增益外，饋線、收發(fā)分路器均有損耗收發(fā)兩端的饋線系統(tǒng)損耗分別表示為L,fr,、L,ft,，收發(fā)兩端的分路系統(tǒng)損耗分別為L,br,、L,bt,則在自由空間條件下最后接收機的收信功率電平為,,例3-2 有一微波收通信機，發(fā)射機的功率為P,t,=1W，工作頻率f=3.8GHz，兩站相距45km，收發(fā)天線的增益G,r,=G,t,=39dB，收發(fā)饋線系統(tǒng)的損耗為L,fr,=L,ft,=2dB，收發(fā)兩端分路器損耗為1dB求在自由空間條件下，接收機的輸入電平和輸入功率是多少？,,解：由已知條件，在自由空間的傳播損耗為,,L,s,=92.4+20lgd+20lgf,,=92.4+20lg45+20lg3.8,,=92.4+33.06+11.6,≈137 dB,,發(fā)送信號的電平P,t,=10lg1000=30 dBm,,接收機的輸入電平,,,,接收機的輸入功率為,3.2 微波傳播的描述方法,惠更斯-菲涅耳原理（Huggens-Fresnel）,,微波是一種電磁波，它是以波動的形式傳播的。
既然是波動傳播，當其在傳播路徑上移動時，必然需要一定的空間波動是物質運動的一種形式它可看成空間各點直接或間接受波源影響的強迫振動的集體表現(xiàn)，是相互干涉的結果電波的干涉,惠更斯——,菲,涅耳原理,光和電磁波都是一種振動，一個點源的振動傳遞給鄰近的質點后，就形成了二次波源、三次波源等等如果點源發(fā)出的波是球面波，那么由點源形成的二次波前面也是球面波、三次、四次,...,波前面也是球面波在微波通信中，當發(fā)信天線的尺寸遠小于微波中繼距離時，可將發(fā)射天線看成是一個點源惠更斯—菲涅耳原理,惠更斯-菲涅耳原理認為：在波的傳播過程中，波面上的每一個點都可以看成是一個能進行二次輻射的球面波波源，而下一個波面就是前一個波面上無數(shù)個二次輻射波面的包絡面菲涅耳對這個原理進行了擴展他認為,在波的傳動過程中，空間上任一點的輻射場，是包圍波源的任意封閉曲面上各點的二次波源發(fā)出的波在該點相互干涉的結果,也就是說，在空間某點的振動，是由某個包圍波源的封閉曲面上的二次波源在該點的振動的相互疊加這樣，如果我們求波源Q產生的場在P點的場強，可用Q產生的在封閉曲面上的二次波源，通過面積分疊加，來求得P點場強但這樣的計算很復雜但有一個近似算法，可使問題簡化。
菲,涅耳橢球面,假定有一個微波中繼段發(fā)信點為,T,，收信點為,R,，站間距為,d,，平面上一個動點,P,到兩個定點（,T,、,R,）的距離若為一個常數(shù)，則此點的軌跡為一個橢圓在空間此動點的軌跡是一個旋轉橢球面對于電波傳播，這個常數(shù)當為,d+λ/2,時，得到的橢球面稱為第一,菲,涅耳橢球面；常數(shù)為,d+2λ/2,時，得到的橢球面稱為第二,菲,涅耳橢球面,......,常數(shù)為,d+Nλ/2,時，得到的橢球面稱為第,N,菲,涅耳橢球面,.,,d,1,d,2,d,d,1,+,d,2,- d =,l,/2,第一,菲涅耳橢球面:,菲涅耳橢球面,菲涅耳區(qū)定義,如果前述定義的一系列菲涅耳橢球面，與我們從,T,或,R,點出發(fā)認定的某一波前面相交割，在交割的界面上我們就可以得到一系列的圓和環(huán)，中心是一個圓，稱為第一菲涅耳區(qū)其外的圓環(huán)（外圓減內圓得到的圓環(huán)）稱為第二個菲涅耳區(qū)，再往外的圓環(huán)稱為第三菲涅耳區(qū)、第四菲涅耳區(qū),......,第,N,菲涅耳區(qū)這些圓和環(huán)我們可以把它們近似地看成，都為在垂直于地面且垂直與,T,與,R,間射線的平面區(qū)域圖形菲涅耳區(qū)定義,,直射線,第一,菲涅耳區(qū),,+,第二菲涅耳區(qū),,-,第三,菲涅耳區(qū),,+,菲涅耳區(qū)定義,微波能量在直射線周圍的空間中分布傳播,,不同菲涅爾區(qū)的場強對總場強的貢獻不同,,,經(jīng)有關研究知道：在電波的傳播空間中，由第一非涅耳區(qū)在接收點的場強,接近于全部有貢獻的非涅區(qū)在接收點的自由空間場強的2倍;,,相鄰菲涅耳區(qū)在收信點處產生的場強的相位相反；,,若以第一菲涅耳區(qū)為參考,則奇數(shù)區(qū)產生的場強是使接收點的場強增強,偶數(shù)區(qū)產生的場強是使接收點的場強減弱。
在接收點接收到的是各個菲涅耳區(qū)的合成場強，當菲涅耳區(qū)號趨近于無限多時，就接近于自由空間場強；,非涅耳區(qū)的能量分布:,菲涅耳半徑,The Fresnel Radius:,,我們把菲涅區(qū)邊界上的任意一點到R-T連線的距離稱為菲涅耳區(qū)半徑，用F 表示當這一點為第一菲涅耳區(qū),邊界,上的點時，此半徑稱為第一菲涅耳區(qū)半徑,F,1,,當這一點為第二菲涅耳區(qū)邊界上的點時，此半徑稱為第二菲涅耳區(qū)半徑,F,2,第N 個菲涅耳區(qū)半徑表達式：,F,n,= (n),1/2,F,1,,,上式中：F,1,為第一菲涅耳半徑第一菲涅耳半徑的計算,,,d,1,d,2,d,,300 d,1,,x,,d,2,f,x,d,F,1,= = =,F,1,：米,d, d,1,, d,2,：,千米,f ： GHz,r,F,C,,x,d,1,,x,,d,2,f,x,d,菲涅耳半徑,,,x,λx,,d,1,,x,,d,2,d,,從Q點到P點的電磁能量基本上是通過以Q和P為焦點的一些,菲涅爾區(qū)來傳播的所以，為了獲得自由空間傳播，只要保證一定的菲涅爾區(qū),,不受障礙就可以了。
這個區(qū)域是電波在,,自由空間傳播時起主要,,作用的空間區(qū)域，它被,S,0,,平面所截的面積是對接收場強起主要作用的二次源分布面積得到推論：,波長愈短，距離,d,愈短，,菲涅爾區(qū)半徑越小；,,波長和距離一定時，,F,n,與,S,0,的位置有關，如在中點，則菲涅爾區(qū)半徑最大，此時,d,1,=d,2,=d/2,，,,例3-3 設f=6GHz，d=50km，若天線的半功率波束寬度為1.5,° ，,求第一菲涅爾半徑和中點處包含多少菲涅爾區(qū)？,,解：,,,中點處這個波束寬度的尺寸為,,這個里面包含很多,菲涅爾區(qū)根據(jù),,,,,可以計算，里面包含近170個菲涅爾區(qū)最小,菲涅爾區(qū),假設,S,0,是一個電磁波不能穿透平面，圍繞著直射線開圓孔，先開一個孔與第一,菲涅爾區(qū)半徑一樣大，則接收點的場強是自由空間值的兩倍也就是說要得到自由空間場強，我們需要的傳播空間比,第一,菲涅爾區(qū)還要小，我們把這個半徑稱為最小菲涅爾區(qū)半徑F,0,最小菲涅爾區(qū)半徑F,0,的大小為,,,最小菲涅爾區(qū)半徑和第一菲涅爾區(qū)半徑是微波電路勘探設計中重要的兩個物理量3.3 地形對電波傳播的影響,地形對大氣中電波傳播的影響表現(xiàn)在三個方面：,反射,、,繞射,和,散射,。
這三種情況在一般條件下都存在，只不過在不同條件下有主次之分：,,天線高架，地面平滑，反射為主；,,地面粗糙起伏較大，散射為主；,,天線低架，或障礙物尺寸較小，繞射為主3.3.1 在平滑地面上的傳播,這里所述的平坦地形是指不考慮地球曲率的影響下面所研究的環(huán)境己不再是自由空間，而是在真實大氣中地面對電波的反射為了討論問題的方便，對問題簡化：不考慮地面媒質對電波的吸收，即地面對電波為全反射從A點發(fā)出到達B點的波有兩條途徑，其間有行程差和相位移行程差：,,,在三角形 和 中，,,,故,,一般情況下， ，所以,,,因此，,,,,故行程差為,,行程差引起相位差，經(jīng)過途徑ABC的反射引起相位滯后,,,設直射波的場強為,,設反射系數(shù)為R，反射時還會引起,π,的相移，故反射場強為,,合成場強為,,,,,可得到衰減因子,,,可以看到，,衰減因子,與直射波和反射波的,行程差,和,地面反射系數(shù),有密切的關系當?shù)孛鏌o吸收，即出現(xiàn)最大反射，R=1時,,,衰減因子與行程差的關系表明：,,接收點接收的場強隨行程差的變化而呈周期性的變化，變化周期為一個波長周期；,,衰減因子的變化范圍為,0~2,。
考慮地面反射后，接收機的實際接收電平可由下式求出：,,,式中， 為自由空間的收信電平，,,3.3.2 電波在球形地面的傳播,地球是圓形的當通信距離遠時，必須考慮地面的弧度，對前面的結果進行修正先來看看,直視距離,a代,表地球的半徑，則,,,,,因為,α,很小， ，且a+h,1,≈a,,故,,,故,直視距離,為,,,將地球半徑a=6370km代入，則,,,式中，d,0,的單位是km，h,1,和h,2,的單位是米當h,1,和h,2,一定的條件下，實際的通信距離最大不能超過d,0,比較實際距離d和直視距離d,0,的關系，可得：,,如果d
與前面的計算相同，可以得到：,,,,,,故天線的等效高度為:,修正地面的反射系數(shù),球形地面對電波的擴散作用，類似于凸面鏡對光線的發(fā)散，故對以相同角度、相同距離的入射波束，其反射波的接收強度要弱一些S,平面,S,球面,,球面反射的反射系數(shù)要在平面反射的基礎上乘以一個,擴散因子,,,,D,f,的計算公式為,,,,,r,1,r,2,波束的邊緣到球面，a是地球的直徑，,θ,波束的中間到球面的距離與傳輸距離d相比，天線的高度一般很小，這時,,,遠距離傳輸時，,,這樣，代入D,f,的表達式,,,從上面的公式，可以得到：,,對光滑的地面，,D,f,接近于,1,（約等于,1,）；,,對起伏不平的復雜地面，反射點的曲率半徑不為,a,，而是小于地球半徑曲率半徑越小，,D,f,就越小所以在選擇地形時，希望選擇起伏不平的山區(qū)而盡可能避免大的開闊地帶和湖泊下表是不同地面實測的反射系數(shù),R,的范圍地面實測的反射系數(shù)1,,頻率,水 面,,稻 面,,田 野,,城市、森林、山地,,,反射系數(shù),損耗dB,反射系數(shù),損耗dB,反射系數(shù),損耗dB,反射系數(shù),損耗dB,2 GHz,1.0,0,0.8,2,0.6,4,0.3,10,4 GHz,1.0,0,0.8,2,0.5,6,0.2,14,8 GHz,1.0,0,0.8,2,0.5,6,0.2,14,11 GHz,1.0,0,0.8,2,0.4,8,0.16,16,,地面實測的反射系數(shù)2,,地面類型,反射系數(shù),頻率 GHz,樹林（1-3米高）,,菜地、雜草,,草地,0.05-0.2,,0.05-0.2,,0.05-0.6,3,草地（10mm高）,,中等粗糙地面,,非常粗糙地面,0.3-0.8,,0.1-0.5,,0.2-0.4,5,濃密森林,,再生林,,長草,,棉花地、不平海面、淺草,,平滑海面、鹽灘,0-0.1,,0.1-0.4,,0.5-0.7,,0.7-0.8,,〉0.9,未注明頻率,3.3.3 電波在復雜地面的傳播,電波傳播要在一定的空間內進行，要求在傳播路徑中要有一相當尺寸的截面，否則就有可能使接收的場強大大下降。
如果在傳播的路徑中有障礙物的存在，就會擋著直射波傳播而影響接收點的場強所以在設計時應抬高接受點R和發(fā)送點T連線的位置1. 地球的凸起高度,將地球看作規(guī)則的球形在地面上兩點TR之間的某一點C處的地球凸起高度為H,b,，它為C點至弦TR的垂直距離CO，O點與T點的距離為d,1,，與,R點的距離為d,2,由相交弦定理，有,,,整理后得到,,實際上,TR之間的距離對地球的周長來說很小, 也就是地面上的距離，而DO與地球的直徑相等,即2a這樣，,,,例如，如果d=50km，求中點處地球的凸起高度，將 代入，可得,,,在此情況下，如果收、發(fā)天線的高度也是50m，是不行的，因為此時視線剛好擦過地球表面，最小菲涅爾區(qū)都是受阻的這時，又產生了,傳播余隙,的概念2. 傳播余隙,傳播余隙H,c,指的是在微波傳輸路徑中，,地形起伏最高點與收發(fā)二點連線的距離,H,c,：傳播余隙,,H,s,：障礙物海拔高度,,H,b,：地球凸起高度,,由上圖的關系，不難得到,,,應用菲涅爾區(qū)的概念，可把傳播電路分為三種類型：,,H,c,≥F,0,時，稱為,開電路,；,,0<,H,c, 相對,余隙：,,,,,在相對余隙不同的情況下，衰減因子的計算是不一樣的3.4 大氣對微波傳播的影響,從地面算起，垂直向上，可把大氣分為6層，依次稱作對流層、同溫層、中間層、電離層、超離導以及逸散層對流層是指自地面向上大約10km范圍的低空大氣層，集中了整個大氣質量的四分之三對流層對微波傳播的影響，主要表現(xiàn)在以下幾點1）由于氣體分子諧振引起對電磁波能量的,吸收,2）由雨、霧、雪引起對電磁波能量的,吸收,3）由于氣象因素等影響，使對流層也會形成云、霧之類的“水氣囊”，形成了大氣中的不均勻結構，對微波的,散射和折射,3.4.1 大氣對微波的吸收,微波通過晴朗的大氣時的衰減主要是由水蒸氣(包括云、霧、雨、雪)和氧氣的吸收引起的任何物質都是由帶電的粒子構成的，這些粒子有固定的諧振頻率，如果通過這些物質的電磁波頻率接近其固有的諧振頻率，這些物質就會對電磁波產生強烈的共振吸收作用大氣中的氧分子具有固定的磁偶極矩，水分子具有固定的電偶極矩，都能從電磁波中吸收能量，導致吸收衰減微波頻段，大氣存在三個明顯的吸收峰（,22.5GH,z,（,H,2,O,）,,、（,O,2,）,60GH,z,（,O,2,） 、,118.8GH,z,（,H,2,O,）,,）。 這些吸收與,大氣壓力,、,溫度,和,濕度,密切相關總的趨勢：頻率越高，衰減越嚴重大氣吸收衰減,,頻率,GHz,10,50,100,1000,500,1000,100,10,1,0.1,0.01,H,2,O,O,2,O,2,H,2,O,H,2,O,15,°,C,,H,2,O 7,5 g/m,3,,1013 hPa,25 g/m,3,3.4.2 雨霧引起的衰減,水凝物是大氣中水蒸氣凝聚物的統(tǒng)稱，可以引起顯著的衰減，這是由水凝物對微波的,吸收,和,散射,造成的吸收,：水凝物內部分子之間或離子之間的相互作用而產生阻尼效應，使一部分電波功率轉化成熱能而消耗掉散射,：電波遇到水凝物粒子時，粒子內部的自由電子和束縛電荷將受到外界電場力的作用而做受迫運動這些粒子可看成等效的電偶極子，將隨外場頻率震蕩產生二次輻射，從而將一部分功率散射出去對于水凝物引起的衰減來說，與水凝物的形狀、復折射指數(shù)、尺寸、溫度、下落速度等是有關系的其中降雨引起的衰減最為嚴重各地的,氣候條件不同，水凝物導致的衰減差別很大,了解每個地區(qū)的氣候特性，對微波通信系統(tǒng)的設計是至關重要的雨霧衰減,微波頻率,(GHz),暴雨,大雨,中雨,小雨,毛毛雨,0.4,1,2,4,10,20,30,50,100,150,雨霧瞬時強度( (mm/h),0.01,0.1,1,10,50,雨霧吸收系數(shù) (dB/km),5,10,20,50,100,?,2.4,dB/km,7,GHz,38,GHz,?,5.9,dB/km,?,37,dB/km,38,GHz,各種衰落及抗衰落技術,一般對6GHZ以上的微波作用明顯，低于此頻率的可不考慮。 在10GHZ頻段以下，雨霧損耗并不顯得特別嚴重，對一個中繼段可能會引入幾個分貝在10GHZ以上頻段，中繼間隔主要受降雨損耗的限制，如對13GHZ以上頻段，100mm/小時的降雨會引起5dB/km的損耗，所以在13GHZ，15GHZ頻段，一般最大中繼距離在10km左右,,在20GHZ以上頻段，由于降雨損耗影響，中繼間距只能有幾公里,越高頻段雨衰越厲害！！,,高頻段可以做用戶級傳輸,雨霧雪的衰減與微波的頻率關系密切,3.4.3 大氣對微波的折射,1. 大氣的折射率與折射指數(shù),,地球周圍的大氣并不是一種均勻介質，其密度、溫度和濕度都隨高度而變化這樣，它的,折射率n（ ）也隨高度的變化,而變化，由低空的大于1而逐漸趨近于1這個值與1相差很小，一般為10,-4,~10,-6,，為了方便，我們定義,折射指數(shù),,N=(n -1),╳,10,6,,折射指數(shù)隨高度的增加而下降，寒帶地區(qū)比熱帶地區(qū)的下降速率要大一些；,,溫帶地區(qū)緊貼地面的大氣折射指數(shù)一般為,310-320 N,單位，平均為,315 N,單位標準大氣的折射指數(shù)梯度為,,,電波在標準大氣中或在混合的比較均勻的大氣中傳播，稱為,正常傳播,。 2. 大氣對電波的折射,大氣的折射率隨高度變化，電波在其中傳輸時，就會穿過不同的高度，相當于經(jīng)過了一個折射率漸變的透鏡，就會發(fā)生折射，從而使傳播線路呈現(xiàn)一條弧線哇！微波是彎著走的,,大氣折射對傳播軌跡的影響,n,n,n,n,n,n,n大,n大,n小,n小,,根據(jù)折射定律，可以求出傳播弧線的曲率半徑為,,,這說明：,,在低空傳播的電波，其傳播路線的曲率不是由折射率的大小，而是折射梯度所確定的當大氣折射率隨高度線性變化時，即,dn,/dh,為常數(shù)，,ρ,也是常數(shù)當大氣折射率隨高度減小時，,ρ,是正數(shù)，使傳播軌跡向下彎曲在標準大氣情況下，折射率梯度,,,因此,,標準大氣的曲率半徑近似為地球半徑的4倍注意：考慮實際情況，大氣的折射率和折射梯度不是恒定的，隨氣候變化而變化，因此實際的傳播軌跡即使在同一線路下不同時間也會有所差異3. 地球的等效半徑,在大氣中電波是沿著曲線傳播的這樣在考慮折射的情況下，會對微波系統(tǒng)的設計帶來不便為此引入,等效地球半徑,a,e,的概念為了保證等效后的情況和實際是等效的，必須使等效地面上的直線軌跡上任一點到等效地面上與實際傳播路線到實際地面的距離相等事實上，如果兩組曲線的曲率差相等，則它們的距離相等，即,,,故,,,稱為,等效地球半徑因子,，表示的是等效地球半徑與實際地球半徑之比。 當 ，K>1;,,當 ，K<1;,,一般來說，溫帶地區(qū)K的平均值在4/3左右，并把K=4/3的大氣折射稱為,標準折射k =,￥,,4/3,1,2/3,地球半徑,(a),地平面,2/3,4/3,1,k =,￥,等效地球半徑,(,k,a),等效地球,在溫帶地區(qū)，一般,K=4/3,，這時的折射稱為標準折射，此時的大氣稱為標準大氣,,a,e,=4a/3,稱為標準等效地球半徑,,在考慮大氣折射的情況下，只要把電波在均勻大氣中傳播時所得到的一系列計算公式中，所有的地球半徑用等效地球半徑Ka來代替，則電波就好象在無折射的大氣中一樣，沿直線傳播例如，在均勻大氣中，視距傳播的距離為,,,考慮大氣的折射，地球半徑用等效地球半徑代替,,,結果表明：,,在K>1時，傳播軌跡向下彎曲，視線距離增長，原來處于陰影區(qū)的接收天線，可能處于照明區(qū)而延長了傳播距離；,,K<1時，傳播軌跡向上彎曲，視線距離縮短，原來處于照明區(qū)的接收天線，可能處于陰影區(qū)而接受不到信號；,4. 大氣折射對電波傳播的影響,對折射的實際情況，根據(jù)等效地球半徑因子，可分為三類：,,正折射；,,無折射；,,負折射,正折射,電波射線向下彎曲，射線彎曲方向與地球表面相同，可使傳播距離變遠。 又有三種特殊情況：,,dN,/dh=-39N/km,時，,K=4/3,，稱為標準大氣折射；,,dN,/dh=-157N/km,時，,,K=,無窮，,a,e,=a,，稱為臨界折射,,,微波傳播路線與地面平行,,,能傳輸無限遠；,,dN,/dh<-157N/km,時，,,K<0,，,a,e, 為保證余隙的變化量不太大，通常在平原地段的微波線路站距為30~40km，山區(qū)為50~ 60km3. 反射點位置的變化,在反射存在的地表傳輸中，接收點的場強是由直射波和反射波迭加的結果直射波和反射波的行程差嚴重影響到接收效果K的值隨著氣候條件的變化而變化，其變化影響到收發(fā)兩點間的傳播途徑從而影響到行程差這樣，在具體的兩站之間，必須考慮隨K的變化影響到 的接收效果4. 傳播余隙的選擇,大氣折射的主要影響是通過等效地球半徑因子的改變而引起地球凸起高度當K減小，地球凸起高度增大，余隙減小在微波線路設計時，要注意工作區(qū)域K的變化，尤其是最小值和出現(xiàn)的時間余隙的大小決定了允許通過的菲涅爾區(qū)的數(shù)目在一般情況下，我們決定到達與自由空間傳播場強相等的最小余隙也即最小菲涅爾區(qū)半徑,,確定傳播余隙的一條原則,：,,在一個傳播段上，相應于最小K值的傳播余隙應在0.6F,1,左右第三章 微波傳播,,,,微波在自由空間的傳播,,微波傳播的描述方法,,地形對電波傳輸?shù)挠绊?,大氣對微波傳播的影響,,大氣與地面效應造成的衰落特性,,抗衰落技術,3.5 大氣與地面效應造成的衰落特性,微波,在空間傳輸中將,受到大氣效應和地面效應的影響,，,導致接收機接收的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化,，我們把這種現(xiàn)象稱為,衰落,。 衰落影響信號傳播的穩(wěn)定性和系統(tǒng)可靠性3.5.1 衰落特性,快衰落和慢衰落,,(,按持續(xù)時間劃分,):,,慢衰落,：持續(xù)時間長的叫慢衰落，其持續(xù)時間一般長達數(shù)分種到幾小時快衰落,：持續(xù)時間短的叫快衰落，一般發(fā)生在幾秒到幾分鐘之間上衰落和下衰落,,(,按接收點場強的高低劃分,):,,上衰落,：高于自由空間電平值的叫上衰落,,下衰落,：低于自由空間的電平值的叫下衰落,,慢衰落和下衰落對微波通信有很大的影響衰落的發(fā)生是隨機的,無法預知某一時間信號的具體規(guī)律,只能掌握統(tǒng)計規(guī)律波長短，距離長，衰落嚴重,,跨水面，平原，衰落嚴重,,夏秋季衰落頻繁,,晝夜交替時，午夜容易出現(xiàn)深衰落,,雨過天晴及霧散容易出現(xiàn)快衰落,衰落的分類,從衰落的物理因素來看，可以分成以下幾種類型：,,閃爍衰落,,K,型衰落,,波導型衰落,,閃爍衰落,對流層中的大氣常發(fā)生的體積大小不等，無規(guī)則的漩渦運動，這些稱為大氣湍流大氣湍流形成的不均勻的塊式層狀物使介電系數(shù),ε,與周圍的不同當微波射線射到不均勻的塊式層狀物上來時，將使電波向周圍輻射，形成對流層散射此時接收點也可以接收到多徑傳來的這種散射波，它們的振幅和相位是隨機的，這就使接收點的場強的振幅發(fā)生變化，形成快衰落。 由于這種衰落是由于多徑產生的，且衰落持續(xù)時間短，電平變化小，因此稱之為閃爍衰落一般不會造成通信的中斷K,型衰落（多徑衰落）,這是由于,多徑傳輸,產生的干涉型衰落，它是由直射波和反射波在到達接收端時，由于行程差，使它們的相位不一樣，在疊加時產生的電波衰落由于這種衰落與行程差,Δr,有關，而,Δr,是隨大氣的折射參數(shù),K,值的變化而變化的，故稱為,K,型衰落這種衰落在水面，湖泊，平滑的地面時顯得特別嚴重除了地面的反射以外，大氣中有時出現(xiàn)的突變層也能對電磁波產生反射和散射，也可以造成電波的多徑傳輸，在接收點產生干涉型衰落一般是慢衰落,),,波導型衰落,由于氣象的影響，大氣層中會形成不均勻的結構，當電磁波通過這些不均勻層時將產生超折射現(xiàn)象，稱為大氣波導傳播若微波射線通過大氣波導，而收、發(fā)兩點在波導層外，如下圖所示，則接收點的電場強度除了有直線波和地面反射波以外，還有“波導層”以外的反射波，形成嚴重的干擾型衰落，造成通信的中斷大氣波導傳播,3.5.2 平衰落及其瑞利分布特性,衰落對視距傳播的影響表現(xiàn)在兩個方面：一是信號的,接收電平下降,，二是由于衰落的頻率選擇性作用而引起,傳輸波形的失真,在多徑傳播的條件下，這兩種情況同時存在。 一定條件下，可以忽略頻率選擇性影響，而認為信號傳輸帶寬內具有相同的衰落電平，這種衰落稱為,平衰落,衰落特性的表示方法,,從微波的傳輸可靠性考慮，我們要研究,衰落深度與衰落持續(xù)時間的概率分布,情況衰落深度給出了電波傳輸?shù)?中斷電平,，衰落持續(xù)時間決定了,中斷時間,多徑傳播的相位干涉是引起傳播深衰落的主要原因,由于信號進行多徑傳播達到接收點處的場強來自不同傳播的路徑，各條路徑延時時間是不同的，而各個方向分量波的疊加，產生了接收點的場強，從而形成信號衰落快而且深，我們把這種衰落稱為,瑞利衰落,在微波通信條件下，并考慮電波傳播的具體條件，瑞利衰落的概率的經(jīng)驗表達式,,,,K：環(huán)境條件因子；Q：地形條件因子,,d：站距；f：頻率,,W:實際的接收功率,,W,0,:自由空間傳播時的接收功率,,P,r,是接收功率小于或等于W時的概率衰落不僅與接收功率有關，還與當?shù)氐臍庀蟆⒓竟?jié)、地理環(huán)境等因素有關，表現(xiàn)在公式里的常數(shù)因子不同故不同國家和地區(qū)的計算公式也不一樣在收信電平等于自由空間條件下的收信電平時，我國的計算公式：,,衰落深度的計算,衰落深度,又稱為,衰落儲備,、,衰落容限,，是指為了保證某個限定的誤碼率指標，一個中繼段（或設備）具有的抗衰落的,儲備量,，或者說能夠忍受的衰落深度。 這個值與 有關衰落深度的計算,衰落深度,又稱為,衰落儲備,、,衰落容限,，是指為了保證某個限定的誤碼率指標，一個中繼段（或設備）具有的抗衰落的,儲備量,，或者說能夠忍受的衰落深度這個值與 有關數(shù)字微波的衰落深度是從衰落概率的角度進行計算的，定義式為：,,,,已知衰落深度為F,d,時，深衰落發(fā)生的概率為,,例3-4 某平原地區(qū)的數(shù)字微波通信線路，用于數(shù)據(jù)傳輸，線路長度為1000km，通信頻率為7GHz，全線路誤碼率為10,-6,時的中斷概率為0.01%，該中繼段站距為40km，求衰落深度解：該中繼段衰落的瑞利分布概率為：,,,平原地段，KQ=10,-9,，f=7GHz，d=40km，代入上式,,,40km的中繼段分到的允許中斷概率為,,,故衰落深度為,,例3-5 某數(shù)字微波電路跨越湖面，工作頻率為8GHz，站距為38km，發(fā)射天線高度為90m，接收天線高度為60m，地勢海拔為0，假定衰落深度為32dB，求衰落概率解：水面的KQ值為,,,中斷概率為,,3.5.3 頻率選擇性衰落,,當發(fā)送的信號是具有一定頻帶寬度的信號時，多徑傳播會產生頻率選擇性衰落Frequency (MHz),接收功率電平,(dBm),平衰落,頻率選擇性衰落,,下面假定多徑傳播的路徑只有兩條的情況進行分析。 令發(fā)送信號為,f,(,t,)，其頻譜函數(shù)為,F,(,w,)則到達接收點的兩路信號，具有相同的衰減，這樣它們可分別表示為：,,時延與路徑差有線性關系當這兩條傳輸路徑的信號合成后得,：,,,相應于它的傅氏變換對為,,,,因此，信道的傳遞函數(shù)為,,,,其幅頻特性為,,兩條路徑傳播時選擇性衰落特性,,,當一個傳輸信號的頻譜寬于,1/,時，將致使某些頻率分量被衰落，這種現(xiàn)象稱為頻率選擇性衰落，簡稱選擇性衰落注意： 是隨時間變化的，在不同的時間，頻率選擇性衰落發(fā)生的情況不同，即微波信號的衰落深度隨頻率而變化上述概念可推廣到一般的,多徑傳播中去多徑傳播時的相對時延差通常用最大多徑時延差 來表征，并用它來估算傳輸零極點在頻率軸上的位置設信道的最大時延差為 ，則相鄰兩個零點之間的頻率間隔為：,,,這個頻率間隔通常稱為多徑傳播信道的相關帶寬多徑效應最嚴重的后果之一是在信道傳遞函數(shù)中引入一個非理想的,H,c,(f)，,破壞奈奎斯特準則和匹配濾波準則，從而產生碼間串擾頻率選擇性衰落對微波通信的影響,引起帶內失真,,使交叉極化鑒別率下降,,使系統(tǒng)原有的衰落儲備值下降,引起帶內失真,,,帶內失真會導致解調后數(shù)字信號的波形失真，波形失真又會造成碼間干擾。 有關資料表明，在信號的通頻帶內，5～6dB的振幅起伏就會使數(shù)字微波通信系統(tǒng)產生不能允許的高誤碼率，使系統(tǒng)性能變壞決定頻率選擇性衰落程度的基本參數(shù)是兩條射線的振幅比r和路徑時延差τ,0,當τ,0,一定時，r越接近1，衰落越嚴重；當r一定時，τ,0,越大，信號的色散越嚴重使交叉極化鑒別率下降,,一種極化狀態(tài)的微波信號，經(jīng)過信號傳輸后，其極化面可能會受到影響，并使一部分能量成為與之正交的極化狀態(tài)，這對頻率相同的正交極化波道造成干擾，稱為交叉極化干擾交叉極化鑒別率（XPD）表征為接收端收到的與發(fā)送端相同極化的信號功率電平和收到的交叉極化電平的差值接收端某波道接收的與發(fā)送端相同極化的信號功率；,,：接收端某波道接收的交叉極化干擾信號功率,,XPD越大，表示一種極化經(jīng)過傳輸轉化成正交極化狀態(tài)的能量越小使系統(tǒng)原有的衰落儲備值下降,這里所指的衰落儲備值下降，往往指數(shù)字微波的有效衰落儲備數(shù)字微波通信系統(tǒng)經(jīng)常用到有效衰落儲備的概念：它表示與自由空間傳播條件相比，當考慮頻率選擇性衰落時，為了在不超過門限誤碼率時系統(tǒng)仍能工作，所必須留有的電平余量因為在頻率選擇性衰落條件下，有時候衰落并不深，但誤碼率卻可能上升很快，甚至超過門限誤碼率導致通信中斷。 對抗頻率選擇性衰落，僅靠增加平坦衰落儲備，系統(tǒng)性能的改善及其有限，解決的辦法是采用分集技術、自適應均衡等技術，以改善系統(tǒng)的抗頻率選擇性衰落能力第三章 微波傳播,,,,微波在自由空間的傳播,,微波傳播的描述方法,,地形對電波傳輸?shù)挠绊?,大氣對微波傳播的影響,,大氣與地面效應造成的衰落特性,,抗衰落技術,3.6 抗衰落技術,對抗衰落的技術措施可以從兩個方面去考慮：一個方面是對正在準備建設的微波電路的考慮，另一個方面是對已建成微波電路的衰落嚴重接力段的考慮常用方式,減少通信距離；增加發(fā)送功率；調整天線高度；選擇合適路由；波道變換,,在移動通信中采用微蜂窩、直放站；,,采用分集技術、均衡技術、瑞克技術、糾錯技術等1.,分集技術,分集就是指,通過兩條或兩條以上途徑（例如空間途徑）傳輸同一信息，以減輕衰落影響的一種技術措施,基本思想,：分散得到幾個,統(tǒng)計獨立,的信號并集中這些信號，多路信號同時發(fā)生深衰落的可能性非常小，那么經(jīng)適當?shù)暮喜⒑髽嫵煽偟慕邮招盘枺湍苁瓜到y(tǒng)的性能大為改善原理,：利用無線傳播環(huán)境中來自不同途徑的多徑信號的統(tǒng)計獨立性進行合并，從而實現(xiàn)分集首先要找出來自不同途徑的多徑信號，這些途徑可以是不同的空間、不同的極化、不同的頻率、不同的時間。 其次要以某種方法進行合成分集技術包括分集發(fā)送和分集接收技術分集接收技術的效果，取決于接收信號的衰落相關程度接收信號的衰落相關系數(shù)越小，則分集接收的效果越好分集改善效果指采用分集技術與不采用分集技術兩者相比，對減輕深衰落影響所得到的效果（好處），常用的標稱改善效果，有分集增益和分集改善度分集增益是指同一個時間累積時間百分比內（較長時間內），分集接收與單一接收時的平均收信電平差分集改善度是指在某一相對的收信電平時，單一接收與分集接收的衰落累積時間百分比之比例如當收信電平低于自由空間傳播電平20dB時，單一接收和分集接收這同一收信電平，其衰落的累積時間百分比分別為1%和0.01%，兩者的比值為100，即分集改善度為100分集方式,空間分集,：不同天線的接收信號相互獨立,,極化分集,：,水平極化和垂直極化,的信號相互,獨立；,,頻率分集,：不同頻率,的,接收信號相互獨立；,,時間分集,：,不同時間的接收信號相互獨立站址分集：在不同的站址接收相同的信息角度分集：在不同的角度接收相同的信息空間分集,：,空間分集分為空間分集發(fā)送和空間分集接收兩個系統(tǒng),,垂直空間分集（最常用）；,,水平空間分集；,,分集天線距離有一定要求。 距離太小，兩信號間相關性過大，達不到較好的接收效果；距離太大，增加成本太多頻率分集,： 頻率分集是采用兩個或兩個以上具有一定頻率間隔的微波頻率同時發(fā)送和接收同一信息，然后進行合成或選擇，以減輕衰落影響，這種工作方式叫做頻率分集 ，利用電磁波在不同頻率下的不同行程來減少或消除影響這種方法效率較好，且只需一副天線，但在頻率十分緊張的無線頻段，頻率的使用效率就顯得不太高了分為同頻段分集和跨頻段分集一般來說頻差越大，效果越好極化分集,：具體來講, 在發(fā)射端的同一地點分別裝上垂直極化天線和水平極化天線, 在接收端的同一位置也分別裝上垂直極化天線和水平極化天線, 就可得到兩路衰落特性不相關的信號 極化分集實際上是空間分集的特殊情況——分集支路只有兩路且相互正交時間分集,：使同一信號在不同的時間區(qū)間多次重發(fā)只要各次發(fā)送的時間間隔足夠大，接收機將重復收到的同一信號進行合并，就能減小衰落的影響瑞克接收：,對時間上擴散的信號進行分集，盡可能多的獲取信號能量；對多徑信號進行分離，根據(jù)信道估計的結果來進行多徑信號合并交織技術：,在無線通信中由于發(fā)生深衰落或遇到突發(fā)干擾，誤碼的分布就不是平穩(wěn)、純隨機的，而是存在隨機誤碼和突發(fā)誤碼。 采用交織可以減少突發(fā)誤碼的影響分集接收信號的處理方式,選擇,式合成：選擇最好的支路作為輸出，其它支路丟棄同相合成：（最大功率合成）調整各個支路接收信號的相位，使之同相，然后進行等增益相加最小振幅偏差合成：調整各個支路次徑（干涉波）的相位及幅度，使之反相抵銷最大比合成：,調整各個支路的相位，使之同相，然后按照各個支路的信噪比數(shù)值進行加權相加最小振幅偏差合成分集接收,,,如圖3-30所示為最小振幅偏差合成分集接收的原理方框圖,,如圖3-31所示的為最小振幅偏差合成與同相合成在改善帶內失真方面的性能比較，合成過程中的直射波、干涉波和合成波均用矢量表示圖3-30 最小振幅偏差合成分集接收的原理方框圖,圖3-31 同相與最小振幅偏差合成性能比較,3.基帶開關分集接收,,這種分集接收方式是把上、下兩天線接收的信號分別經(jīng)過各自的接收機，變成中頻信號并解調成基帶信號后，由分集開關盤進行選擇倒換，選擇誤碼率較低的一路作為基帶信號輸出,,4.分集改善效果,,在數(shù)字微波通信系統(tǒng)中，不管采用哪一種空間分集接收方式，都會使系統(tǒng)的有效衰落儲備增加，即抗頻率選擇性衰落的能力增強，還能不同程度地改善帶內失真，改善交叉極化鑒別度。 ,自適應均衡技術,高性能的數(shù)字微波信道把空間分集和自適應均衡配合使用所謂,均衡就是接收端的均衡器產生與信道特性相反的特性，用來抵消信道的時變多徑傳播特性引起的干擾,即通過均衡器消除時間和信道的選擇性它用于解決符號間干擾的問題，適用于信號不可分離多徑的條件下，且時延擴展遠大于符號的寬度可分為時域均衡和頻域均衡兩種頻域均衡,指的是總的傳輸函數(shù)滿足無失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件，即校正幅度特性和群時延特性,時域均衡,是使總沖擊響應滿足無碼間干擾的條件,，數(shù)字通信多采用時域均衡，而模擬通信則多采用頻域均衡頻域均衡器,在模擬微波通信系統(tǒng)中，為了改善信道的群時延和微分增益特性，也使用了均衡器，但是該均衡器僅作靜態(tài)特性的補償均衡器頻域表達：,,信道,時域響應f(t)，均衡器時域響應h,eq,(t)，,希望均衡后的信道響應為：,,g(t)=f*(t),?,heq(t)=,?,(t),,就有： Heq(f)F*(-f)=1,,Heq(f)為均衡器頻域響應，F(xiàn)(f)為信道頻域響應均衡器是傳輸信道的逆濾波器；,,由于傳輸信道的時變性，均衡器必需是參數(shù)可變的自適應均衡器；,,均衡器的效果是補償信道的頻率選擇性，使衰落趨于平坦、相位趨于線性。 均衡器不能抵銷平衰落圖3-35 中頻可變調諧的自適應均衡器,頻域均衡特點,,信號頻譜,多徑衰落,斜率均衡,均衡后頻譜,頻域均衡只能均衡信號的幅頻特性，,,不能均衡相位頻譜特性，但是電路簡單,,,,…..,…..,均衡前,均衡后,時域均衡直接抵消碼間干擾,方案很多,T,T,T,2. 時域均衡,時域均衡器：,線性均衡器,橫向濾波器,；,適用于衰落深度不是很大的情況均衡器對深衰落的頻譜及鄰近頻譜產生很大增益，從而增加噪聲結構簡單格型均衡器,；數(shù)值穩(wěn)定性好；收斂速度快時域均衡器：,非線性均衡器,適用于深度衰落很大的情況但算法相對復雜，且穩(wěn)定性差和收斂時間長判決反饋均衡器（DFE）；,,最大似然符號檢測（ML）；,,最大似然序列檢測（MLSE）均衡器算法,性能,算法性能參數(shù)：,,收斂速度：算法進入穩(wěn)定的迭代次數(shù)，即收斂時間；,,失調：濾波器均方差與最優(yōu)的最小均方差的差距；,,計算復雜度：完成迭代的運算次數(shù)；,,數(shù)值特性：算法用數(shù)字邏輯實現(xiàn)時，由于計算引起的誤差，影響算法穩(wěn)定性均衡器算法,分類,迫零算法；,,最小均方算法；,,遞歸最小二乘算法；,,其它算法智能天線,智能天線是具有測向和波束成形能力的天線陣列，通過一組帶有可編程電子相位關系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取發(fā)送和接收站之間各個鏈路的方向特性。 智能天線的原理是將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向DOA(Direction of Arrinal)，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的同時，智能天線技術利用各個用戶間信號空間特征的差異，通過陣列天線技術在同一信道上接收和發(fā)射多個用戶信號而不發(fā)生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效智能天線是一個天線陣列，如圖3-39所示它由N個天線單元組成每個天線單元有M套加權器，可以形成M個不同方向的波束，用戶數(shù)M可以大于天線單元數(shù)N根據(jù)采用的天線方向圖形狀，可以分為兩類：,,1.自適應方向圖智能天線,,2.固定形狀方向圖智能天線,自適應方向圖智能天線,它采用自適應算法，其方向圖與變形蟲相似，沒有固定的形狀，隨著信號及干擾而變化它的優(yōu)點是算法較為簡單，可以得到最大的信號干擾比但是它的動態(tài)響應速度相對較慢另外，由于波束的零點對頻率和空間位置的變化較為敏感，在頻分雙工系統(tǒng)中上下行的響應不同，因此它不適應于頻分雙工而比較適應時分雙工系統(tǒng)自適應天線陣著眼于信號環(huán)境的分析與權集實時優(yōu)化上智能天線在空間選擇有用信號，抑制干擾信號，有時我們稱為空間濾波器。 雖然這主要是靠天線的方向特性，但它是從信號干擾比的處理增益來分析的，它帶來的好處是避開了天線方向圖分析與綜合的數(shù)學困難，同時建立了信號環(huán)境與處理結果的直接聯(lián)系自適應天線陣的重要特征是應用信號處理的理論和方法、自動控制的技術，解決天線權集優(yōu)化問題自適應天線自出現(xiàn)以來，已有30多年大體上可以分成三個發(fā)展階段：第一個10年主要集中在自適應波束控制上，第二個10年主要集中在自適應零點控制上；第三個10年主要集中在空間譜估計上，諸如最大似然譜估計、最大熵譜估計、特征空間正交譜估計等等在大規(guī)模集成電路技術發(fā)展的促進下，八十年代以后自適應天線逐步進入應用階段，尤其用在通信對抗與此同時，自適應信號處理理論與技術也得到了大力發(fā)展與廣泛的應用2. 固定形狀方向圖智能天線,,固定形狀方向圖智能天線在工作時，天線方向圖形狀基本不變它通過測向確定用戶信號的到達方向(DOA)，然后根據(jù)信號的DOA選取合適的陣元加權，將方向圖的主瓣指向用戶方向，從而提高用戶的信噪比固定形狀波束智能天線對于處于非主瓣區(qū)域的干擾，是通過控制低的旁瓣電平來確保抑制的與自適應智能天線相比，固定形狀波束智能天線無需迭代、響應速度快，而且魯棒性好，但它對天線單元與信道的要求較高。 在多徑環(huán)境下，空間信道的分析和測量是目前理論和實驗研究的熱點已有多種傳播模型和分析方法，并用它對各種不同通信體制、不同信號帶寬、不同環(huán)境（城巿、農村、商業(yè)區(qū)、樓內）進行了分析，給出了對應的模型并進行了大量的測試結果表明，在農村、城郊以及許多城區(qū)，對于窄波束，其時間色散可以減少采用通信信號中的訓練序列進行信道估計，可以給出空間信道的響應，這也是研究的熱點之一時空信號聯(lián)合處理技術,智能天線實際上是一種空間信號處理技術如果它和時間信號處理技術相結合，就會獲得更大的好處在時間信號處理方面，如均衡技術，時、頻域分集接收，RAKE接收，最大似然接收等已在通信中得到廣泛應用 它們本身也常用于克服多徑衰落，提高通信質量.,,把兩種信號處理技術結合起來，產生一種新的統(tǒng)一的算法，可以更有效地提高通信性能和處理效率有的文獻稱之為兩維或三維RAKE接收下圖給出一種空間濾波RAKE接收機的框圖, 它包括N個天線單元、三套形成空間波束的加權器和一個三指RAKE接收機。
