菲涅尔区及其意义
3第二章 衍射理论(4)菲涅耳和夫琅和费衍射
结论：可以把光波在衍射孔径后的传播现象 看作是线性不变系统。
2.衍射的角谱理论
A
cos
,
cos
A0
cos
,
cos
exp(
jkz
1 cos 2 cos 2 )
衍射公式的频谱表示： A( f x , f y ) A0( f x , f y )H ( f x , f y )
H( fx ,
复习： 1.近轴条件下的基尔霍夫衍射公式
U(P)
1
j
U(P0 )cos(n, r)
cos(n, r0 )
2
e jkr r
ds
1
e jkr cos 1
U(P) j U0(P0 ) r
dS 2
1 e jkr
h(P, P0 ) j z
U( x, y) U( x0 , y0 )h( x x0 , y y0 )dx0dy0
m [ (
4
fx
f0 ,) (
fx
f0 ,)]
F[t( x0 ,
y0 )]
F
1 2
m 2
cos(2f0 x0 )
Frect
x0 l
rect
y0 l
l2 2
s
in
c(lf
y
)s
in
c(lf
x
)
m 2
sinc[l(
fx
f0
)]
m 2
sinc[l(
fx
f
0
)]
将
fx
x
z
,
fy
y
z
代入上式, 并将上式代入U(x,y), 得
U(x, y)
第一菲涅耳区
L
Pin PL
4R2 l
1 A2GrGL
;
L10lg Pin PL
Pin
PL
10lg
4R2 l
1 A2GrGL
20lg 4lR20lg A10lgGr
10lgGL
LL0 LF Lb GT GL(dB)
在路径传输损耗Lb为客观存在的前提下，降低传输损耗L的重要措施就是提高收、 发天线的增益系数。
内经过连续折射而返回地面到达接收点的传播方式称为天波传播。 尽管中波、短波都可以采用这种传播方式，但是仍然以短波为主。 它的优点是能以较小的功率进行可达数千千米的远距离传播。天 波传播的规律与电离层密切相关，由于电离层具有随机变化的特 点，因此天波信号的衰落现象也比较严重。
图8―1―2 天波传播
3.视距传播
收点的场强为E，而自由空间传播的场强为E0，定义比值|E/E0|为衰减因子 （Attenuation Factor），记为A， A与工作频率、传播距离、媒质电参数、地貌 地物、传播方式等因素有关。即：
衰减因子A: A E S
E0
S0
E=AE0；Sav =A2Sav0；
相应的衰减损耗：LF
20lg
D SSm0ax|E|Em0a|2x|2 (Pr=Pr0时)
SR ˆ4PrR2DR ˆ4PiR n2G
SR ˆ4PrR2DR ˆ4PiR n2G
设A、B地天线极化相同且各自以最大辐射（接收）方向对准对
方，B处天线的吸收面积为
Ae=l2GT/4
因此，B地天线的最佳接收功率为
l l l P L S n ˆA e 4 P in G R r 24 2 G L 4R 2 P in G r G L 4R 2 P rD r G L
3.6 菲涅尔区
3.6 菲涅尔区从发射机到接收机传播路径上，有直射波和反射波，反射波的电场方向正好与原来相反，相位相差180度；如果天线高度较低且距离较远时，直射波路径与反射波路径差较小，则反射波将会产生破坏作用。
另外，直射波与反射波路径差为带来的相位差为，ht 、hr分别表示发射机和接收机离地面的高度，d为发射机到接收机间的水平距离，如图3-11。
图3-11 直射与反射示意图忽略从发射点通过地波传播到达接收机的一部分信号（该信号在超高频和甚高频段可以忽略不计），则总的接收场强和自由空间场强（单位为V/m）的比值的平方为：这个式子表明，设n为自然数，可产生6dB的的信号功率增益；两路信号相互抵消。
这个角度的变化可能是由于天线高度、传播距离的变化或者两者共同作用所引起的。
仿真结果还表明，此时所得增益的大小随移动台向基站靠拢而摆动；当移动台远离基站移动时增益无摆动。
实际传播环境中，第一菲涅尔区定义为包含一些反射点的椭圆体，在这些反射点上反射波和直射波的路径差小于半个波长，如图3-12。
在长为d路径上某一点（到发射机距离为dt ，到接收机距离为dr）的第一菲涅尔区的半径为：图3-12 第一菲涅尔区半径举例说明：在典型的城市基站覆盖距离为2km的路径上某点，假设该点距离发射天线100m，对于900MHz频率而言该点第一菲涅尔区半径h0 l5m。
如果直达路径跳过起伏不平的地形及地表的建筑物，则反射波会对直射波产生积极作用；否则就有可能成为具有破坏性的多径干扰，且破坏作用随频率增高而变大。
因此应该将基站的天线建得尽可能离地面高。
在后面的天线工程设计中会运用到这个结论。
用菲涅尔区模型探究WiFi感知系统的稳定性
用菲涅尔区模型探究WiFi 感知系统的稳定性牛凯1,2，张扶桑3，吴丹1,2，张大庆1,2+1.北京大学信息科学技术学院高可信软件技术教育部重点实验室，北京1008712.北京大学（天津滨海）新一代信息技术研究院，天津3004503.中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室，北京100190+通信作者E-mail:*************** 摘要：基于WiFi 的非接触感知系统利用环境中广泛存在的WiFi 信号在自然情况下对用户活动进行感知，具有十分广阔的应用前景。
从细粒度活动到粗粒度活动，现有工作进行了大量的探索，但尚未理解和解决感知系统稳定性不足的问题。
当感知对象、收发设备位置、测试环境等发生变化时，系统性能会受到严重影响。
实际上，人体活动对应的接收信号模式因位置和朝向的变化而带来的不一致性导致了系统不能稳定工作。
为了理解这种现象的本质，利用团队提出的基于无线感知的菲涅尔区衍射和反射模型，精确定量刻画了目标物体相对于收发设备的位置、运动轨迹和无线信号波形模式之间的关系。
通过两个应用实例，即细粒度的手指动作识别和粗粒度的健身活动识别，在模型的指导下，分别解释了系统不能稳定工作的原因，说明了如何得到一致的感知波形，以及如何构造可区分的感知波形，并给出了提升感知系统性能的方法。
关键词：菲涅尔区模型；系统稳定性；WiFi ；无接触感知文献标志码：A中图分类号：TP399Exploring Stability in WiFi Sensing System Based on Fresnel Zone ModelNIU Kai 1,2,ZHANG Fusang 3,WU Dan 1,2,ZHANG Daqing 1,2+1.Key Laboratory of High Confidence Software Technologies,Ministry of Education,School of Electronics Engineering and Computer Science,Peking University,Beijing 100871,China2.Peking University Information Technology Institute (Tianjin Binhai),Tianjin 300450,China3.State Key Laboratory of Computer Sciences,Institute of Software,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China Abstract:WiFi based contactless sensing systems use pervasive wireless communication signals in the environment to sense human activities in a natural way,enabling many promising applications.From fine-grained activity sensing to coarse-grained activity recognition,existing work have done a great deal of exploration.However,there is lack of understanding and tackling the serious unstable sensing performance problem.While changing the human target,the position of transceivers,and test environment,the system performance is severely degraded.The reason behind the instability of WiFi-based sensing system is that human activities induce the inconsistent signal patterns inherently at different positions.This paper proposes the Fresnel zone-based diffraction and reflection sensing model,which can计算机科学与探索1673-9418/2021/15(01)-0060-13doi:10.3778/j.issn.1673-9418.1912017基金项目：国家自然科学基金（61572048，61802373）；北大百度基金资助项目（2019BD005）；中国科学院青年创新促进会项目（2020109）。
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，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。
菲涅尔透镜的原理及应用
菲涅尔透镜的原理及应用〔国防科大理学院光学小组第六组〕[摘要] 菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片外表一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但本钱比普通的凸透镜低很多。
菲涅尔透镜可按照光学设计或构造进展分类。
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为假设干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
[关键词] 菲涅尔透镜；原理；分类；应用；研究与开展状况本文主要从菲涅尔透镜的历史，根本原理，分类，作用，应用以及国内外的研究与开展状况等方面完整介绍了菲涅尔透镜的相关知识。
1.简介菲涅尔透镜 (Fresnel lens)，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀·菲涅尔〔Augustin·Fresnel)创造的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统——灯塔透镜。
菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片外表一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干预及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是外表光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。
菲涅尔透镜菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为假设干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR 上产生变化热释红外信号。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但本钱比普通的凸透镜低很多。
多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。
2.菲涅尔透镜的历史通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。
孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。
菲涅尔透镜又称阶梯镜
菲涅尔透镜又称阶梯镜，即有"阶梯"形不连续表面组成的透镜。
"阶梯"由一系列同心圆环状带区构成，又称环带透镜。
通过菲涅尔透镜观察远处的物体，则物体的像是倒立的，而观察近处的物体时会产生放大效果。
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
菲涅尔透镜,简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹.通过这些齿纹,可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用.传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵。
菲涅尔透镜可以极大的降低成本。
典型的例子就是PIR （被动红外线探测器）。
PIR广泛的用在警报器上。
如果你拿一个看看，你会发现在每个PIR上都有个塑料的小帽子。
这就是菲涅尔透镜。
小帽子的内部都刻上了齿纹。
这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到10微米左右（人体红外线辐射的峰值）。
成本相当的低。
菲涅尔透镜的种类很多，其几何形状、探测角、焦距及用途也不尽相同。
常用的菲涅尔透镜可大致归纳为以下几类。
1．长方形透镜。
是常用普通型透镜。
如0—6型尺寸为68X 38mm，焦距为29mm，水平角12Oo，垂直角8O。
，探测距离大于1Om；0—1A型尺寸为58．8X 45mm，水平角85。
，垂直角450。
探测距离大于1Om。
2．半球状透镜。
适合吊顶安装，若设计成小型探测器，4—56可作吊顶武自动灯、自动门等。
如：Q-8型半球形透镜，直径为24mm，水平探测角1 00。
，垂直探测角60。
，探测距离3— 5m；另外，还有RS-8型半球状透镜等。
3．水平薄片形。
这类透镜设计独特，如：SC一62型透镜，探测区域是两个水平1o0o、垂直1．91。
的窄平面，对应两个高精度传感器，特别适合对某一水平高度进行监测；SC一82型透镜，水平角140o，垂直角12。
菲涅尔透镜
4．光束式透镜。如：BS-05型透镜的水平角仅5。，可形
成一束细长的探测区．其探测距离远，有效距离可达30m以
上，适用于走廊、长通道等长距离、小角度的应用场合。
5．抗灯光干扰型。通用型透镜普遍采用聚乙烯材料制
作，由于其透明度较高，易受强光源干扰产生误动作。为了提高透镜的抗干扰能力，在制作材料中加入某些添加剂，制成乳白色或黑色透镜，其中以黑色最为理想。经实际测试，如果配以双脉冲标准线路，其抗灯光干扰指标可达到10000Lx(勒克斯)，远远超过国家标准。黑色透镜如8S一94V3，乳白色透镜有0X一1、QX-1A等。
菲涅尔透镜,简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹.通过这些齿纹,可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用.传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵。菲涅尔透镜可以极大的降低成本。典型的例子就是PIR（被动红外线探测器）。PIR广泛的用在警报器上。如果你拿一个看看，你会发现在每个PIR上都有个塑料的小帽子。这就是菲涅尔透镜。小帽子的内部都刻上了齿纹。这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到10微米左右（人体红外线辐射的峰值）。成本相当的低。
菲涅尔透镜又称阶梯镜，即有"阶梯"形不连续表面组成的透镜。"阶梯"由一系列同心圆环状带区构成，又称环带透镜。通过菲涅尔透镜观察远处的物体，则物体的像是倒立的，而观察近处的物体时会产生放大效果。
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
微波暗室吸波材料菲涅尔区计算
微波暗室吸波材料菲涅尔区计算
菲涅尔区是指位于电磁波传播的路径上，离辐射源很远的区域，此处的散射和衍射效应可以忽略不计。
微波暗室是一种用于测量微波器件性能的实验室装置，在其中使用吸波材料来吸收大部分微波能量，减少反射和漏射。
要计算微波暗室的菲涅尔区，需要以下信息：
1. 辐射源的频率：微波暗室需要对特定频率的微波辐射进行测试。
不同的频率会导致不同的波长，从而影响菲涅尔区的大小。
2. 辐射源距离菲涅尔区的距离：菲涅尔区的大小与辐射源的距离有关。
一般来说，辐射源距离越远，菲涅尔区的大小越大。
根据辐射源的频率和距离，可以使用以下公式计算菲涅尔区的半径：
R = sqrt((2 * λ * D)/π)
其中，R是菲涅尔区的半径，λ是波长，D是辐射源距离菲涅
尔区的距离。
菲涅尔区的面积可以计算为：
A = π * R^2
通过计算菲涅尔区的半径和面积，可以确定吸波材料的尺寸和位置，以确保大部分微波能量被吸收，减少反射和漏射。
菲涅尔
由于我们使用的无线网桥一般工作在2.4～5.8GHz频段，电磁波具有类似光波的特性。
近距离传输时，由于功率余量大，即使中间有阻挡也能通过反射波或天线旁瓣进行通信。
但远距离时，一定要求收发天线之间实现“视线无阻挡”(clear line of sight)，其含义是，在收发天线之间连一条线，以这条线为轴心，以R为半径的一个类似于管道的区域内，没有障碍物的阻挡。
如图所示，这个管道称为菲涅尔区(Fresnel Zone)，菲涅尔区是一个椭球体，收发天线位于椭球的两个焦点上，图5中R为第一菲涅尔半径，计算公式如下: R=0.5(λD)0.5(4) λ为波长，D为两天线的距离λ=3*108/f m 从(4)式可得当频率固定时，菲涅尔半径随着传输距离的增加而增大。
例: 当D=10Km，f=2.4GHz时λ=0.125m R=17.678m f＝5GHz时λ=0.06m R=12.247m 从上式比较中可得当距离固定时，频率越高，其菲涅尔半径越小。
这表明在低频段通信中影响通信的某些障碍物，在高频段可能不再影响通信。
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。
例如在海上通信，通信双方高度相同，频率为2.4GHz，通信距离7Km，海浪的高度为2米，那么天线架设的高度要大于L=2+14.790=16.790m。
类比：有时候，我感觉人的眼睛的最有效的视力范围也是一个椭球体。
椭球体之外的东西虽然也能看到，但是已经不是特别的清晰。
一个训练有素的射击运动员，他的有效视力范围一定集中在他和目标的半径非常小的椭球体内。
应用：在无线站址勘测的时候，一定要注意覆盖范围是否有大于菲涅尔半径的阻挡物。
尤其是大的广告牌，高楼等障碍物。
菲涅尔区是一个椭球体，收发天线位于椭球的两个焦点上。
这个椭球体的半径就是第一菲涅尔半径。
应用菲涅尔原理分析航向信标保护区范围
应用菲涅尔原理分析航向信标保护区范围作者：刘亮来源：《无线互联科技》2019年第02期摘要：仪表着陆系统航向信标是通过空间调制产生引导飞机着陆的信号，航道宽度区域里的障碍物直接决定了信号的质量，文章通过菲涅尔区计算，对航向保护区进行了分析，以期为电磁环境保护提供参考。
关键词：菲涅尔；仪表着陆系统；航向保护区1 ILS系统原理及航向信标保护区要求1.1 仪表着陆系统原理在飞机降落过程中，通过无线电波，为飞机提供一条固定角度的航道，引导飞机安全平稳落地。
在榆林机场的导航设备中，盲降（Instrument Landing System，ILS）由航向信标和下滑信标和测距仪组成。
其中，航向信标通过测量比较90 Hz和150 Hz调制信号调制度差（Difference in Depth Modulation，DDM），为飞机提供水平引导信号，下滑信标同样通过比较90 Hz和150 Hz调制音频DDM，为飞机提供垂直引导信号。
两个信号结合起来形成了飞机下滑道，如图1所示。
航向信号包括航道SBO边带信号、航道CSB信号和余隙信号。
1.2 航向信标的场地保护区及要求航向信标台的场地保护区是由圆和长方形构成的区域，圆的中心是航向天线阵的天线中心，半径为75 m，长方形的长度是从航向天线阵沿跑道中心线到跑道末端或300 m的距离（以大者为准），宽度为120 m。
在航向天线阵场地临界区域内，不应有障碍物的存在，进入台站的电力缆和通信缆应从临界区外埋入地下。
临界区内不应停放车辆和航空器，不应有任何的地面交通活动。
临界区内地表应平坦，杂草高度不应超过0.5 m，临界区边界应采用木质或轻质非金属轻质材料进行隔离，并做醒目标识。
敏感区的范围与航向信标天线孔径、天线类型、余隙形式、工作类别、跑道长度、飞机类型和地面固定弯曲有关[1]。
典型的航向信标场地保护区如图2所示。
图2中：（1）A区和B区应清除掉所有的干扰源（树木、建筑物、道路、金属栅栏等）。
惠更斯——菲涅耳原理(一)
惠更斯——菲涅耳原理(一)惠更斯——菲涅耳什么是惠更斯——菲涅耳原理？•惠更斯——菲涅耳原理是光学中一个重要的基本原理，它描述了光的传播和干涉现象。
•该原理由法国物理学家菲涅耳在19世纪初提出，并以德国物理学家惠更斯的名字命名。
惠更斯原理•惠更斯原理指出，光通过一个开口或者经过一个屏障时，每个点上都可以看作是一个新的波源。
•这些波源发出的球面波会互相干涉并叠加，形成一个新的波前，沿着波前面的法线方向传播。
菲涅耳补偿原理•菲涅耳补偿原理是惠更斯原理的重要补充。
•当光通过物体的边缘或孔洞时，会发生补偿现象，即观察者在远处看到的光源位置与实际位置不同。
•这是因为通过边缘或孔洞的光线受到了衍射的影响，衍射使得光线传播方向发生改变，从而引起光源位置的偏离。
衍射和干涉•衍射是指当光线通过一个孔洞或者遇到物体边缘时，由于波的传播特性而发生弯曲和扩散的现象。
•干涉是指两个或多个相干波叠加形成新的波纹，使得波的振幅增大或减小的现象。
光的波粒二象性•惠更斯——菲涅耳原理既可以用波动理论解释光的传播和干涉现象，也可以用光的粒子性解释。
•光既可视为一种传播的电磁波，也可视为由光子组成的粒子流。
应用•惠更斯——菲涅耳原理在光学仪器的设计中起着重要作用，例如在望远镜、显微镜等光学系统中的应用。
•利用菲涅耳衍射原理，还可以进行物体形状的测量和图像处理。
总结惠更斯——菲涅耳原理是光学中的重要基本原理，描述了光的传播和干涉现象。
惠更斯原理指出，光通过开口或屏障时，每个点上都可以看作是一个新的波源。
菲涅耳补偿原理则解释了光通过边缘或孔洞时的衍射现象。
光的波粒二象性使得原理既可以用波动理论解释，也可以用光的粒子性解释。
惠更斯——菲涅耳原理在光学仪器的设计和物体测量中有着广泛的应用。
菲涅尔区的概念(一)
菲涅尔区的概念(一)
菲涅尔区的概念
什么是菲涅尔区？
•菲涅尔区（Fresnel Zone）是电磁波在传播过程中的一个重要概念。
•菲涅尔区是指电磁波在传播路径上，与两个相邻的障碍物之间的相干增强和相干干涉区域。
菲涅尔区的特点
1.形状：菲涅尔区呈椭圆形，随距离的增加逐渐扁平化。
2.面积：在传播路径上，菲涅尔区的面积随距离的增加而增大。
3.影响：菲涅尔区的存在会对电磁波的传播产生衍射和干涉效应。
菲涅尔区的应用
•无线通信领域，特别是在微波通信中，菲涅尔区概念常常用于信号传播和接收质量的评估。
•在天线安装中，了解菲涅尔区的存在和形态，可以帮助正确选择天线的安装位置和高度。
•通过优化菲涅尔区的利用，可以提高通信系统的可靠性和性能。
菲涅尔区的计算和优化
1.路径清晰度：为了确保良好的通信质量，菲涅尔区中不应该有任
何障碍物。
2.菲涅尔区半径计算：菲涅尔区的半径可以通过计算公式来确定，
一般与传播路径长度、频率和障碍物之间的距离有关。
3.优化菲涅尔区：根据计算得到的菲涅尔区半径，可以调整天线的
安装高度和位置，从而最大限度地减小信号衰减和干涉效应。
总结
•菲涅尔区是电磁波在传播路径上的相干增强和干涉区域。
•菲涅尔区的存在会对电磁波的传播产生衍射和干涉效应。
•菲涅尔区的应用广泛，尤其在无线通信领域。
•了解菲涅尔区的概念并进行计算和优化，可以提高通信系统的可靠性和性能。
天线场区的划分
天线场区的划分
天线场区的划分主要依据是距离天线的距离和角度，以及电磁波的辐射特性。
根据天线场区的划分，可以将天线周围场强分布划分为感应近场区、辐射近场区和辐射远场区。
1. 感应近场区：也称为无功近场区，是天线辐射场中紧邻天线口径的一个近场区域。
在该区域中，电抗性储能场占支配地位，该区域的界限通常取为距天线口径表面λ/2π处。
2. 辐射近场区：也称为菲涅尔区，是距离天线口径λ/2π至λ的距离范围内的区域。
在这个区域内，电磁场的分布与距离天线的距离有关，并且辐射场占优势。
3. 辐射远场区：也称为夫朗荷费区，是距离天线口径λ以上的区域。
在这个区域内，场的大小与离开天线的距离成反比，方向图主瓣、副瓣和零值点已全部形成。
此外，在天线辐射场中，除了以上三个区域外，还存在一个非辐射场区域。
该区域与距离高次幂成反比，随着离开天线的距离增大迅速减小。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询相关专家或查阅有关专业书籍。
菲涅尔透镜的原理及应用
菲涅尔透镜的原理及应用(国防科大理学院光学小组第六组)［摘要］菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。
菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
［关键词］菲涅尔透镜；原理；分类；应用；研究与发展状况本文主要从菲涅尔透镜的历史，基本原理，分类，作用，应用以及国内外的研究与发展状况等方面完整介绍了菲涅尔透镜的相关知识。
1.简介菲涅尔透镜(Fresnel lens)，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀•菲涅尔(Augustin • Fresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统一一灯塔透镜。
菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。
菲涅尔透镜菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。
多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。
2. 菲涅尔透镜的历史通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。
孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。
菲涅尔透镜区域矢高
菲涅尔透镜区域矢高全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：菲涅尔透镜是一种特殊类型的透镜，由法国物理学家奥古斯丁·菲涅尔在19世纪初发明。
菲涅尔透镜不同于普通的透镜，它的设计是为了减小透镜的厚度和重量，同时仍能实现有效的光学聚焦。
菲涅尔透镜被广泛应用于太阳能热发电、汽车灯和灯塔等领域。
菲涅尔透镜区域矢高是指在菲涅尔透镜的平面表面上的某一点到透镜焦点的距离。
在这个区域内，透镜能够将光线进行有效的聚焦，从而实现光学放大或聚光的功能。
区域矢高是评价透镜光学性能的重要参数之一，在设计和制造菲涅尔透镜时需要考虑到这一指标。
菲涅尔透镜的设计原理是基于透镜的曲率和折射定律。
透镜的曲率决定了光线经过透镜后的折射角度，而折射定律则规定了入射角和折射角之间的关系。
通过合理设计透镜的曲率和厚度分布，可以实现对光线的有效聚焦和放大，从而实现各种光学应用。
菲涅尔透镜区域矢高的大小取决于透镜的曲率半径、材料折射率以及透镜表面的形状。
通常情况下，透镜的曲率半径越小，区域矢高也就越小，聚焦能力也就越强。
而透镜的材料折射率越大，透镜的焦距也就越小，区域矢高也会减小。
菲涅尔透镜区域矢高的大小对透镜的光学性能和应用具有重要的影响。
在太阳能热发电系统中，菲涅尔透镜可以将太阳光线聚焦到集热管或反射器上，从而提高能量转换效率。
在汽车灯和灯塔中，菲涅尔透镜可以实现对光线的聚光和发散，提高灯光的亮度和照明范围。
菲涅尔透镜区域矢高是影响透镜光学性能的重要参数之一。
通过合理设计透镜的曲率和厚度分布，可以实现对光线的有效聚焦和放大，从而实现各种光学应用。
在今后的研究和应用中，我们应该进一步探索菲涅尔透镜的优化设计和制造工艺，推动其在各种领域的应用和发展。
【本段文字共344字】菲涅尔透镜的优点之一是其结构简单、重量轻、体积小，具有良好的抗辐射和耐腐蚀性能。
这使得菲涅尔透镜在太阳能热发电、汽车灯和灯塔等领域有着广泛的应用前景。
在太阳能热发电系统中，菲涅尔透镜可以将太阳光线聚焦到集热管上，使其升温并转换为热能，从而产生电力。
热释电传感器菲涅尔棱镜作用
1.菲涅尔透镜菲涅尔透镜 (Fresnel lens) ，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀•菲涅尔（Augustin•Fresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统--灯塔透镜。
菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。
多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。
2.菲涅尔透镜的历史通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。
孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。
而法国物理学家兼工程师菲涅尔亦对这种透镜在灯塔上的应用寄予厚望。
根据史密森学会的描述，1823年，第一枚菲涅尔透镜被用在了吉伦特河口的哥杜昂灯塔（Phare de Cordouan）上；透过它发射的光线可以在20英里（32千米）以外看到。
苏格兰物理学家大卫·布儒斯特爵士被看作是促使英国在灯塔中使用这种透镜的推动者。
3.菲涅尔透镜的基本原理菲涅尔透镜的工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。
从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。
每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。
菲涅尔半径
F1 2
d
2 1
F1 2
d
2 2
d
2
( 2 0 )
由 于 ： F1 d 1 , F2 d 2
上式左端可以近似为：
F1 2
d
2 1
d1
F12 , 2d1
F1 2
d
2 2
d2
F12 2d2
而 : d d 1 d 2 , 所 以 有 ： F1
d 1d 2 ( 2 1) d
第3章 电波传播的基础知识
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图 第1菲涅尔区半径计算
第3章 电波传播的基础知识
由 F1
d1d 2 可 d
求
得
：
当
d1
d2
d时 2
，
第一菲涅尔区的半径达到最大：
F1m ax
1 2
d ( 2 2 )
同 理 ， 可 求 得 第 n个 菲 涅 尔 区 的 半 径 为 ：
而当凸出物未进入第一菲涅尔椭球，即电波传播的主要通道，此时才可以认为该收、 发两点之间被视为自由空间传播，
说得更通俗一点，才可以用式：
计算接收点的场强振幅。
第3章 电波传播的基础知识
第三，电波的绕射现象： 如下图所示，即使在地面上的障碍物遮住收、
发两点间的几何射线的情况下，由于电波传播的主 要通道未被全部遮挡住，因此接收点仍然可以收到 信号，此种现象被称为电波绕射。
R
r0
n( 2
)
而
d和
都
是
固
定
值
，
所
以
R
rn
d
n
2
为
常
数
。
那 么 ， 当 菲 涅 尔 半 球 面 S左 右 移 动 时 ， 上 式 保 持 常 数 不 变 ,
菲涅尔透镜地原理及应用
菲涅尔透镜的原理与应用〔国防科某某学院光学小组第六组〕［摘要］菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片外表一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线与可见光的凸透镜，效果较好，但本钱比普通的凸透镜低很多。
菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进展分类。
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚某某用；二是将探测区域内分为假如干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
［关键词］菲涅尔透镜；原理；分类；应用；研究与开展状况本文主要从菲涅尔透镜的历史，根本原理，分类，作用，应用以与国内外的研究与开展状况等方面完整介绍了菲涅尔透镜的相关知识。
1.简介菲涅尔透镜(Fresnel lens) ，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀•菲涅尔〔August in • Fres nel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统一一灯塔透镜。
菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片外表一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干预与扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是外表光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄与侦测距离远。
菲涅尔透镜菲涅尔透镜作用有两个：一是聚某某用；二是将探测区域内分为假如干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线与可见光的凸透镜，效果较好，但本钱比普通的凸透镜低很多。
多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。
2. 菲涅尔透镜的历史通过将数个独立的截面安装在一个框架上从而制作出更轻更薄的透镜，这一想法常被认为是由布封伯爵提出的。
孔多塞(1743-1794)提议用单片薄玻璃来研磨出这样的透镜。
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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，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。