基于单元位置误差的有源相控阵天线辐射和散射性能综合分析_王从思

阵天线完美版

目录 目录 (1) 一、课程设计题目 (2) 二、设计的目的与要求 (2) 三、阵天线原理 (2) 1、二元阵 (3) 2、Chebyshev多项式 (5) 四、实验结果 (8) 五、（Matlab）源程序 (11) 六、心得体会及建议 (22) 七、参考文献 (22)

一、课程设计题目 阵天线的研究与设计 二、设计的目的与要求 熟悉掌握软件使用方法，查阅资料，研究阵列天线的特点，通过软件从不同的天线阵对其进行仿真分析，并进行阵设计。 目的： （1）巩固加深对天线阵的认识，提高综合运用天线电波等知识的能力； （2）培养学生查阅参考文献，独立思考、设计、钻研电子技术相关问题的能力； （3）通过实际制作安装电子线路，学会单元电路以及整机电路的调试与分析方法；（4）掌握相关电子线路工程技术规范以及常规电子元器件的性能技术指标； （5）了解电气图国家标准以及电气制图国家标准，并利用电子CAD/PROTEL正确绘制电路图； （6）培养严肃认真的工作作风与科学态度，建立严谨的工程技术观念； （7）培养工程实践能力、创新能力和综合设计能力。 基本要求： （1）整体设计：应完成整体构图的思想、设计； （2）根据选用的软件编好用于系统仿真的测试文件。 （3）给出仿真结果及进行分析。 （4）独立完成课程设计报告，严禁报告内容雷同； （5）图中的图形符号必须符合国家或国际标准； （6）所有电路图的制作应采用电子CAD/PROTEL正确绘制 三、阵天线原理 单个天线的方向性是有限的，为了加强天线的定向辐射能力，可以采用天线阵。天线阵就是将若干个单元天线按一定方式排列而成的天线系统。排列的方式可以是直线阵、平面阵和立体阵

天线辐射的方向特性

实验题目：天线辐射的方向特性 实验目的：理解天线辐射的相关原理知识，对天线的方向图及其相关参数有一定的认识，测定右手螺旋天 线的方向特性。 实验原理：任何实用天线的辐射都具有方向性。通常将天线远区辐射场的振幅与方向间的关系用曲线表示 出来，称为天线的辐射方向图；而将离开天线一定距离R 处的天线远区的辐射场量与角度坐标间的关系式称为天线的方向图函数，记为|F （θ，φ）|。天线的立体方向图一般难以画出，通常只画出E 面和H 面的方向图。 天线的方向图及其相关参数： 将方向图函数F （θ，φ）进行归一化后所绘制的方向图称为归一化方向图。 1）主瓣宽度 当天线E 面和H 面具有多瓣形状时，通常将天线最 大辐射方向所在的波瓣称为主瓣。如图中2θ0.5称为主瓣宽度。 2）副瓣电平 估计天线副瓣的强弱，一般用副瓣电平表示 3）前后比 天线最大辐射方向电平与其反方向电平之比。 4）方向性系数 天线在远场区最大辐射方向上某点的平均辐射功率密度与平均辐射功率相同的无方向性天 线在同一点的平均辐射功率密度之比： ?? = ππ ? θθ?θπ 20 2 sin ),(4d d F D 如果方向图与θ无关，那么有 ? = π θ θθπ 2 sin )(4d F D 效率： 天线的辐射功率P r 与输入功率P in 之比。 增益系数： 天线在远场最大辐射方向上某点的平均功率密度与平均功率相同的无方向性天线在同一点的 平均功率密度之比，记为G 。 等效高度： 在保持实际天线最大辐射方向上场强值不变条件下，假设天线上电流为均匀分布时无线的等效 高度。 实验内容：1、检查仪器，确保程序和机器的正常工作，调整接收天线和被测天线，使两者在初始状态时 在同一直线上； 2、启动程序和工作仪器，计算机将自动绘制方向图（平面）； 3、进行归一化处理； 4、根据作出的图象读出相关读数，并计算天线的相关参数。

天线辐射的方向特性

天线辐射的方向特性 一实验目的 1、理解天线辐射的相关原理知识，对天线的方向图及其相关参数有 一定的认识。 2、测定右手螺旋天线的方向特性。 二实验仪器 ①旋转天线盘；②喇叭形天线；③微波吸收器；④右手螺旋天线；⑤波导式天线；⑥计算机及测试软件。 三实验原理 辐射方向图： 任何实用天线的辐射都具有方向性，通常将天线远区辐射场的振幅与方向间的关系用曲线表示出来，这种曲线图被称之为天线的辐射方向图； 方向图函数： 将离开天线一定距离R 处的天线远区的辐射场量与角度坐标间的关系式称为天线的方向图函数，记为|F(θ,φ)|。电流元的远区辐射场量在相同距离R的球面上不同方向的各点，场强是不同的，它与|sinθ|成正比，因此，电流元的方向图函数，记为|F(θ, φ)| =| F(θ)| = |sinθ|。 为了画出电流元的辐射方向图，将电流元中心置于坐标原点，向各个方向作射线，并取其长度与场强的大小成正比，即得到一个立体图形，也就是得到电流元的立体方向图，它的形状像

汽车轮胎。如图1（a）所示。天线的立体方向图一般较难画出，通常只画出相互垂直的两个平面内的方向图，即E面和H面方向图。电流元E面的方向图处于子午面，即电场分量Eθ所处的平面内的方向图，故称为E面方向图，H面方向图处于赤道面内，即与磁场分量Hφ平行的平面内的方向图，故称为H面方向图。 (a) 立体方向图；(b) E面方向图；(c) H 面方向图 图1 电流元的方向图 二维平面方向图可以在极坐标系中绘制，也可以在直角坐标系中绘制，但在极坐标系中绘制的方向图较为直观，因此较为常用。在极坐标系中绘制的电流元的E面和H面方向图如图1(b)T和（c）所示。显然，E面方向图关于电流元的轴线呈轴对称分布，在θ=90?方向出现最大值“1”，其他方向上按矢径作出，而在轴线（θ=0?和θ=90?）上其值为零。在H面（θ=90?）上，各方向场强均相同，故其方向图是一个单位圆，这样，将E面方向图绕电流元的轴线旋转一周，即可得到电流元的立体方向图。 而天线设计是用来有效辐射电磁能的一种装置，实际中没

11天线辐射的方向特性

实验报告：天线辐射的方向特性 一、实验题目： 天线辐射的方向特性 二、实验目的： 1 理解天线辐射的相关原理知识，对天线的方向图及其相关参数有一定的认识。 2 测定右手螺旋天线的方向特性。 三、实验仪器: 旋转天线盘、喇叭形天线、微波吸收器、右手螺旋天线、波导式天线、计算机及测试软件。 四、实验原理： 任何实用天线的辐射都具有方向性，通常将天线远区辐射场的振幅和方向间的关系用曲线表示出来，这种曲线图被称之为天线的辐射方向图；而将离开天线一定距离R 处的天线远区的辐射场量和角度坐标间的关系式称为天线的方向图函数，记为|F(θ,φ)|。电流元的远区辐射场量在相同距离R的球面上不同方向的各点，场强是不同的，它和|sinθ|成正比，因此，电流元的方向图函数，记为|F(θ, φ)| =| F(θ)| = |sinθ|。为了画出电流元的辐射方向图，将电流元中心置于坐标原点，向各个方向作射线，并取其长度和场强的大小成正比，即得到一个立体图形，也就是得到电流元的立体方向图，它的形状像汽车轮胎。如图1（a）所示。天线的立体方向图一般较难画出，通常只画出相互垂直的两个平面内的方向图，即E面和H 面方向图。电流元E面的方向图处于子午面，即电场分量Eθ所处的平面内的方向图，故称为E面方向图，H面方向图处于赤道面内，即和磁场分量Hφ平行的平面内的方向图，故称为H面方向图。

(a) 立体方向图； (b) E面方向图； (c) H面方向图 图1 电流元的方向图 二维平面方向图可以在极坐标系中绘制，也可以在直角坐标系中绘制，但在极坐标系中绘制的方向图较为直观，因此较为常用。在极坐标系中绘制的电流元的E 面和H面方向图如图1(b)T和（c）所示。显然，E面方向图关于电流元的轴线呈轴对称分布，在θ=90?方向出现最大值“1”，其他方向上按矢径作出，而在轴线（θ=0?和θ=90?）上其值为零。在H面（θ=90?）上，各方向场强均相同，故其方向图是一个单位圆，这样，将E面方向图绕电流元的轴线旋转一周，即可得到电流元的立体方向图。而天线设计是用来有效辐射电磁能的一种装置，实际中没有一种天线能在空间中任何方向辐射，故研究其辐射的方向性可以更好的了解天线特性。 天线的方向图及其有关参数 任何实用天线的远区辐射场都是随空间的位置而变化的，因此在球坐标系中（见图2所示）天线至场点距离r处的远区辐射场量只是角度θ，φ的函数，这个函数就是方向图函数F (θ, φ ) ，通常将方向图函数关于最大值Fmax(θ,φ)进行归一化的函数称为归一化方向图函数，记为F(θ, φ) /Fmax(θ, φ)。按归一化方向图函数绘制的方向图称为天线的归一化方向图。显然，图3中示出的电流元E面和H面方向图也是归一化的方向图（因为其最大辐射方向上的最大值为1）。

天线辐射

天线特性测量实验 一、偶极子天线特性实验 【实验目的】 1、理解半波偶极子天线的基本功能 2、测量半波偶极子天线E面的辐射模式 3、测量半波偶极子天线H面的辐射模式 【实验原理】 图1所示的是半波偶极子天线的结构模型和电流分布图。在图a中，总长度是半个波长，b中，电流的分布为在馈点值为最大，在两端点值为0。半波偶极子天线是一种谐振天线，它的输入阻抗为70+j0Ω。半波偶极子天线的辐射电阻为70Ω与输入阻抗中的电抗大小一样。通过调整天线的长度可以使输入阻抗变成纯电阻。下面的公式将解释长度为λ/2的一个半波偶极子天线的电流。电流流过Z轴，电流的分布由下面的公式（1）进行计算。在方程（1）中，馈点的电流大小为10，端点的大小为0。 电流引起的辐射电场由以下公式进行计算

波函数从公式2到下面的公式3中 功率的计算公式如下 根据公式4可绘出下面的2辐射图。电流从南边流向北，沿着着Z轴的正方向。在这个图中，最大辐射发生在θ=±90°的方向上，而在θ=0°,180°的方向上没有辐射。 在试验中使用的半波偶极子天线为914.5125MHz和2.45GHz，其波长大小如下 频率：914.5125GHz 波长:λ=c/f=3×108/9.15×109=328.04mm 半波长:λ/2=164.02mm 频率：2.45GHz

波长:λ=c/f=3×108/2.45×109=122.45mm 半波长:λ/2=61.22mm 为了将天线的输入阻抗中电抗部分去掉，根据公式，我们只需使天线的长度稍短于半个波长即可。这个比率称为天线的缩短比例，根据相对绝缘比例，波长的缩减比例大小如下所示： 在这个公式中，λ0代表在开阔场地的波长大小，λeff 代表有效波长。这个实验中使用的半波偶极子天线就是印刷在一个绝缘板上的。 图3所示的是对测量的辐射面的定义。这里方便地命名为E面和H面是为了更好的理解，实际的辐射面则在笛卡尔坐标系中定义。 图a在笛卡尔坐标系中的定义，粗的黑线画出的偶极子天线。图b所示的是当φ=00、θ从00到1800旋转时，在xz面测得的正面辐射图。测量结果显示在θ=900时辐射最大，在θ=00或θ=1800时辐射最小。图C显示在xz面上当角固定在θ=900、φ角从00旋转到3600时辐射模式的测量结果。测量结果显示当φ角为任意角时的全方向性特性。 【实验仪器】 微波天线实验系统：主机分别连接发射天线、接收天线和电脑。主机采用微控制器通过电脑采用步进电机控制接收天线的转动，同时采集接收天线的数据，从而绘制和分析天线辐射图、测量各种天线的特性、研究和设计天线、研究移动通信传输特性、移动通信传输环境影响研究等内容。 【实验步骤】 一、E面辐射的测量 1、分别在发射天线支架的一边和接收天线支架的顶端放置天线，保持发射天线和接收天线

天线基础知识介绍

天线基础知识介绍 2014-12-28DSRC专用短程通信技术 1.1 什么是天线？ 空间的无线电波信号通过天线传送到电路；电路里的交流电流信号最终通过天线传送到空间中去。因此，天线是空间无线电波信号和电路里的交流电流信号的一种转换装置，如图1所示。 图1 空间电波与电路电流通过天线转换的示意图 1.2 天线有哪些基本参数？ 天线既然是空间无线电波信号和电路中的交流电流信号的转换装置，必然一端和电路中的交流电流信号接触，一端和自由空间中的无线电波信号接触。因此，天线的基本参数可分两部分，一部分描述天线在电路中的特性（即阻抗特性）；一部分描述天线与自由空间中电波的关系（即辐射特性）；另外从实际应用方面出发引入了带宽这一参数。 描述天线阻抗特性的主要参数：输入阻抗。 描述天线辐射特性的主要参数：方向图、增益、极化、效率。 除了带宽之外，后文将对每个参数进行介绍。 图2 天线的一些基本参数

1.3 输入阻抗 天线输入阻抗的意义在于天线和电路的匹配方面。 当天线和电路完全匹配时，电路里的电流全部送到天线部分，没有电流在连接处被反射回去。完全匹配状态是一种理想状态，现实中，不太可能做到理想的完全匹配，只有使反射回电路的电流尽可能小，当反射电流小到我们要求的程度的时候，就认为天线和电路匹配了。 通常，电路的输出阻抗都设计成50Ω或者75Ω，要使天线和电路连接时匹配，那么天线的输入阻抗应设计成和电路的输出阻抗相等。但通常天线的输入阻抗很难准确设计成等于电路的输出阻抗，因此在实际的天线和电路的连接处始终存在或多或少的反射电流，即一部分功率被反射回去，不能向前传输，如图3所示。 描述匹配的参数如表1所示。电压驻波比和回波损耗都是描述匹配的参数，只是表达的形式不同而已。 图3 电流在传输线不连续处产生反射的示意图 表1 描述匹配的一些参数 参数 对参数的一些描述 电压驻波比（VS WR ） 设输入电流大小为1，被反射回去的电流为Γ，那么电压驻 波比为： （1＋Γ）／（1－Γ） 电压驻波比只是个数值，没有单位。 Γ＝1/3，电压驻波比则为2；当电流被全部反射时，Γ＝1，电压驻波比为＋∞；当没有反射电流时，Γ＝0，电压驻波 比为1。 反射功率按Γ2计算，如反射电流是Γ＝1/3，那么反射功率 是Γ2＝1／9。

(两个辐射单元)偶极子天线阵辐射场图matlab仿真--工程电磁场小论文

偶极子天线辐射场图 ——MATLAB动态仿真 【摘要】天线遍布于生活中的每一个角落，为了更好地学习天线，本文对直线 天线的简单模型——半波偶极子进行分析。应用MATLAB这个学习软件，对偶极子天线进行了动态仿真，通过结果分析，很好地符合书本中的实验结论，对抽象的天线理论很好地结合到了实际理解当中。 【关键字】偶极子天线元辐射场MATLAB动态仿真 偶极子（dipole）定义：指相距很近的符号相反的一对电荷或“磁荷”。 在电磁学的概念里，有两种偶极子：电偶极子和磁偶极子。电偶极子是两个分隔一段距离，电量相等，正负相反的电荷。应用有偶极子天线。磁偶极子是一圈封闭循环的电流，例如一个有常定电流运行的线圈，称为载流回路。偶极子的性质可以用它的偶极矩描述。电偶极矩由负电荷指向正电荷，大小等于正电荷量乘以正负电荷之间的距离。磁偶极矩的方向，根据右手法则，是大拇指从载流回路的平面指出的方向，而其它拇指则指向电流运行方向，磁偶极矩的大小等于电流乘以线圈面积。 而将两个辐射单元（天线元或者阵元），也就是偶极子，按照一定方式排列的列阵天线，如果排列在直线上，称线阵天线（图一），如果排列在一个平面上，则称为面阵天线。而这里媒质是线性的，根据线性系统的叠加定理，列阵天线的辐射场就是这两个天线元辐射场的矢量和。并且适当地各天线元激励电流的大小和相位，就可以得到所需的辐射特性。从而也很好地讨论由相似天线元组成的线阵天线的方向性。 偶极子天线用来发射和接收固定频率的信号。虽然在平时的测量中都使用宽带天线，但在场地衰减和天线系数的测量中都需要使用偶极子天线。SCHWARZBECK 偶极子天线的频率范围由30MHz~4GHz。其中的VHAP和UHAP是一套精确偶极子天线，特别适用于场地衰减和天线系数的测量。同时该天线为日本VCCI等标准机构指定的电波暗室和开阔场场地衰减测量等的唯一专用天线。该天线为众多实验室所采用，作为实验室的天线标准。 垂直天线实际上是一种偶极子天线。偶极天线由两根导体组成，每根为1/4波长，即天线总长度为半波长。所以偶极子天线叫半波振子。偶极天线的振子可以水平位置，也可垂直位置。它的方向图以馈电点为对称。馈电点在半波振子的中心。馈电点的阻抗为纯电阻，近似75Ω(约73Ω)。如果把两个1/4波长的振子延长再折回到中心，并连接在一起，则成了一个折叠偶极子天线，简称折叠振子。折叠偶极子天线的阻抗也是纯电阻近似300Ω(约290Ω)，显示出较高的输入阻抗，与平行馈线构成的高阻传输天线在很多场合得到运用。把偶极子天线直起来，垂直于地面，则成垂直天线。如果“去掉”下部的1/4λ振子，则成不对称垂直天线。这种情况是基于两个假设： ①地面为“镜面”，地底下有1/4λ振子的“镜像”； ②振子离开地面有足够的高度h。常用的垂直天线都是不对称天线，在水平

第3章 天线阵

第三章天线阵 单个天线的方向图较宽，增益和方向性也有限，为了增强天线的方向性，提高天线的增益或方向性系数，常将多个单元天线组合在一起。这种由若干个单元天线按一定的方式排列起来的辐射系统称为阵列天线（Antenna Array），构成天线阵的单元称为天线单元或阵元。 阵元可以是半波振子、喇叭天线、微带天线、缝隙天线或者其它形式的天线。按照阵元中心连线轨迹，天线阵可以分成直线阵、平面阵、圆环阵、共形阵和立体阵。实际的天线阵多由相似元组成。所谓相似元，是指各阵元的类型、尺寸、架设方位等均相同。天线阵的辐射场是各单元天线辐射场的矢量和。只要调整好各单元天线辐射场之间的相位差，就可以得到所需要的、更强的方向性。 对于相似元组成的天线阵，影响方向图的因素有以下五点： （1）阵的几何排列结构； （2）阵元间的相对位置； （3）阵元的激励幅度； （4）阵元的激励相位； （5）阵元的方向图。 1、方向图乘积定理 天线阵是由许多辐射单元组成的，天线阵在空间产生的场是各个辐射单元产生的场的叠加。 P rθ? (,,) O 图3-1 任意阵元的方向图

假设有个相似元（各单元不仅形式相同，而且在空间的放置姿态或取向也相同），如图3-1所示。坐标原点选在第个单元的相位中心，第个单元位于 ，电流幅度相位为N 0n (,,n n n n r x y z ′′′=)′n I 。第个单元在观察点n (,,)P r θ?处的辐 射场模值为: (,)4n j R n n n n e E CI F R βθ?π?= （3.1） 其中为与单元形式有关的比例系数，C (,)n F θ?为单元的归一化场强方向函数，由于各阵列单元为相似元，则各阵列单元的C 、(,)n F θ?也相同。应用远场近似后， ?n n n R r r r r r ′′=?≈? i 又 ???????sin cos sin sin cos n n n n r x x y y z z r x y z θ?θ??′′′′?=++? =++?? θ 则 ?sin cos sin sin cos n n n n r r x y z θ?θ?′′′′=++ i θ 代入（3.1）式，得 ?((,)4n j r )j r r n n n e E C F I e r ββθ?π?′= i （3.2） 整个阵列的场为个单元的叠加： n 1 1?(00 (,)4n j r N N )j r r n n n n n e E E C F I e r ββθ?π???′====∑∑ i （3.3） 用(,)f θ?表示天线阵的场强幅度方向函数，得 1(,)(,)(,)a f f f θ?θ?θ=i ? （3.4） 式中1(,)f θ?为阵元的方向函数，仅与阵元的形式和尺寸有关，称为单元因子； (,)a f θ?与阵元的个数、空间位置、电流幅度与相位分布相关，称为阵因子，表 示为：

一些天线基本知识

一些天线基本知识 一、电磁波产生的基本原理? 按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在其周围空间要产生变化的磁场，而变化的磁场又要产生变化的电场。这样，变化的电场和变化的磁场之间相互依赖，相互激发，交替产生，并以一定速度由近及远地在空间传播出去。? 周期性变化的磁场激发周期性变化的电场，周期性变化的电场激发周期性变化的磁场。? 电磁波不同于机械波，它的传播不需要依赖任何弹性介质，它只靠“变化电场产生变化磁场，变化磁场产生变化电场”的机理来传播。? 当电磁波频率较低时，主要籍由有形的导电体才能传递；当频率逐渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能反回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。? 根据以上的理论，每一段流过高频电流的导线都会有电磁辐射。有的导线用作传输，就不希望有太多的电磁辐射损耗能量；有的导线用作天线，就希望能尽可能地将能量转化为电磁波发射出去。于是就有了传输线和天线。无论是天线还是传输线，都是电磁波理论或麦克斯韦方程在不同情况下的应用。? 对于传输线，这种导线的结构应该能传递电磁能量，而不会向外辐射；对于天线，这种导线的结构应该能尽可能将电磁能量传递出去。不同形状、尺寸的导线在发射和接收某一频率的无线电信号时，效率相差很多，因此要取得理想的通信效果，必须采用适当的天线才行！研究什么样结构的导线能够实现高效的发射和接收，也就形成了天线这门学问。? 高频电磁波在空中传播，如遇着导体，就会发生感应作用，在导体内产生高频电流，使我们可以用导线接收来自远处的无线电信号。? 二、天线? 在无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波，或者将无线电波转换为导波能量，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。发射机所产生的已调制的高频电流能量（或导波能量）经馈线传输到发射天线，通过天线将转换为某种极化的电磁波能量，并向所需方向出去。到达接收点后，接收天线将来自空间特定方向的某种极化的电磁波能量又转换为已调制的高频电流能量，经馈线输送到接收机输入端。? 综上所述，天线应有以下功能：? １．天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统，其次要求天线与发射机或接收机匹配。? ２．天线应使电磁波尽可能集

天线阵列辐射方向图的研究

微波技术课程考核题目天线阵列辐射方向图的研究 系别物理与电子工程学院专业电子科学与技术班级07(4) 学号050207404 学生姓名牛涛 指导教师范瑜 日期2010-01-05

目录 一、基本概念 (2) 1.1方向图基本概念 (2) 1.2主瓣宽度 (3) 1.2.1主瓣宽度基本概念及特性 (5) 1.3旁瓣抑制 (5)

一、基本概念 1.1方向图基本概念 天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。天线方向图是空间立体图形，但是通常应用的是两个互相垂直的主平面內的方向图，称为平面方向图。在线性天线中，由于地面影响较大，都采用垂直面和水平面作为主平面。在面型天线中，则采用E平面和H平面作为两个主平面。归一化方向图取最大值为一。在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或边瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣，见图1：全向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为圆柱型；图2：定向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为板状。 图1 全向天线波瓣示意图

图2 定向天线波瓣示意图 1.2主瓣宽度 为了方便对各种天线的方向图特性进行比较，就需要规定一些特性参数。主要包括：零功率波瓣宽度、半功率点波瓣宽度、旁瓣电平、前后比、方向系数等。 1.零功率波瓣宽度，指主瓣两侧场强值为0的两个方向之间的夹角，用2表示。许多天线方向图的主瓣是关于最大辐射方向对称的，因此，只要确定零功率主瓣宽度的一半，再取其2倍即可求得零功率主瓣宽度,即2=2。 2. 半功率点波瓣宽度，指方向图主瓣两侧两个半功率点（即场强下降到最大值下降到0.707（或分贝值从最大值下降3dB处对应的两点）之间的夹角，又称为3dB波束宽度或主瓣宽度，记为。对方向

天线的主要特性

天线的主要特性（一） 天线是微波收发信设备的“出入口”，它既要将发信机的微波沿着指定的方向放射出去，同时还要接受对方传来的电磁波并送到微波收信机。因此，天线性能的好坏将直接影响到整个微波通信系统的正常运行。这里我们将对天线的性能指标及要求作一介绍。 天线的方向性 通常一副天线向各个方向辐射电磁波的能力是不同的，它沿各个方向辐射电磁能量的强弱可用天线的方向系数来表示。所谓天线的方向系数是指在某点产生相等电场强度的条件下，无方向性天线总辐射功率PF0与定向天线总辐射功率PF的比值，常用“D”来表示，即 天线方向性图 （3-4） 不难想象，定向天线沿各个方向辐射的电场强度是不相同的，因而定向天线的方向系数也将随着观测点的位置不同而有所不同。其中方向系数最大的地方，即辐射增强的方向，称主射方向。通常人们用天线的方向图来表示天线对各个方向的方向系数大小，如图所示。由图可以看出，天线的方向性图像象花朵的叶瓣，各叶瓣称为方向叶。处于主射方向的方向叶称为主叶，处于主叶反方向位置的方向叶称为后叶，其他方向的方向叶统称为副叶。显然主叶的宽度越窄，说明天线的方向性也好。天线方向性的好坏，工程上常采用半功率角和零功率角两个参量来表示。所谓半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/√2= 0.707时（即功率下降1/2时），两个方向间的夹角，即为“2θ0.5”；所谓零功率角是指偏离主射方向最近的两个零射方向（辐射场强为零的方向）之间的夹角，记为“2θ0”。半功率角和零功率角越小，表示主叶瓣的宽度越窄，说明天线的方向性越好。 一副方向性良好的天线，除了必须具备上述具有较小的半功率角和零功率角外，还应该包括后叶瓣和副叶瓣尽可能小，以减小可能出现的窜扰。

天线的主要性能指标

天线的主要性能指标 表征天线性能的主要参数有方向图，增益,输入阻抗，驻波比,极化，双极化天线的隔离度，及三阶交调等。 1、方向图 天线方向图是表征天线辐射特性空间角度关系的图形。以发射天线为例，从不同角度方向辐射出去的功率或场强形成的图形。一般地，用包括最大辐射方向的两个相互垂直的平面方向图来表示天线的立体方向图，分为水平面方向图和垂直面方向图。平行于地面在波束最大场强最大位置剖开的图形叫水平面方向图；垂直于地面在波束场强最大位置剖开的图形叫垂直面方向图。 描述天线辐射特性的另一重要参数半功率宽度，在天线辐射功率分布在主瓣最大值的两侧,功率强度下降到最大值的一半(场强下降到最大值的0.707倍,3dＢ衰耗)的两个方向的夹角，表征了天线在指定方向上辐射功率的集中程度。一般地,GSM定向基站水平面半功率波瓣宽度为65o，在１20o 的小区边沿，天线辐射功率要比最大辐射方向上低9-1０ｄB。２、方向性参数 不同的天线有不同的方向图，为表示它们集中辐射的程度,方向图的尖锐程度,我们引入方向性参数。理想的点源天线辐射没有方向性,在各方向上辐射强度相等，方向是个球体。我们以理想的点源天线作为标准与实际天线进行比较，在相

同的辐射功率某天线产生于某点的电场强度平方E2与理想的点源天线在同一点产生的电场强度的平方E０2的比值称为该点的方向性参数Ｄ=E2/E02 3、天线增益 增益和方向性系数同是表征辐射功率集中程度的参数,但两者又不尽相同。增益是在同一输出功率条件下加以讨论的,方向性系数是在同一辐射功率条件下加以讨论的。由于天线各方向的辐射强度并不相等,天线的方向性系数和增益随着观察点的不同而变化，但其变化趋势是一致的。一般地，在实际应用中，取最大辐射方向的方向性系数和增益作为天线的方向性系数和增益。 另外，表征天线增益的参数有dBd和dＢi。DBi是相对于点源天线的增益，在各方向的辐射是均匀的;dＢd相对于对称阵子天线的增益dBｉ=dBd+2．1５。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。 4、入阻输入阻抗 输抗是指天线在工作频段的高频阻抗,即馈电点的高频电压与高频电流的比值,可用矢量网络测试分析仪测量,其直流阻抗为0Ω。一般移动通信天线的输入阻抗为５0Ω。 ５、驻波比 由于天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不可能完全一致,会产生部分的信号反射，反射波和入射波在馈线上叠加形

天线辐射的方向特性图.

1- 基准图 1.2 0 1.0000）0.8327.0.9724）0.4 （176.5.0.1965） 0.0 -20020 406080100120140160180200220240260280300320340360 2-手机干扰 1.2 0.1.0000） 0.8325.5.0.9531） absorb 0.4 （176.5.0.1730） 0.0 -20020406080100120140160180200220240260280300320340360 angle

3-穿过圆孔 1.2 （0.1.0000）（326.0.9410）0.8 absorb 0.4 （185.5.0.11580.0 -20020406080100120140160180200 220240260280300320340360 angle

4-穿过纸缝 1.00.1.0000）（326.5.0.9906）absorb0.5 （175.0.2030） 0.0 -20020406080100120140160180200 220240260280300320340360 angle 5-距离拉近一半 1.0（0.1.0000）（327.5.0.9612）absorb0.5 （153.5.0.09825） 0.0 -20020406080100120140160180200 220240260280300320340360 angle

6-无吸收设施（原距离） 1.2 （-327.5.0.9816）（0.1.0000）0.8 absorb 0.4 （-179.5.0.2176） 0.0 -360-340-320-300-280-260-240-220-200-180 -160-140-120-100-80-60-40-20020 angle

半波对称阵子天线辐射特性

半波对称振子天线辐射特性 对称振子是中间馈电，其两臂由两段等长导线构成的振子天线。一臂的导线半径为a，长度为l。两臂之间的间隙很小，理论上可以忽略不计，所以振子的总长度L=2l。对称振子的长度与波长相比拟，本身已可以构成实用天线。 图1 对称振子对称结构及坐标 在计算天线的辐射场时，经过实践证实天线上的电流可以近似认为是按正弦律分布。取图1的坐标，并忽略振子损耗，则其电流分布可以表示为： 式中，Im为天线上波腹点的电流；k=w/c为相移常数、根据正弦分布的特点，对称振子的末端为电流的波节点；电流分布关于振子的中心店对称；超过半波长就会出现反相电流。 在分析计算对称振子的辐射场时，可以把对称振子看成是由无数个电流I(z)、长度为dz的电流元件串联而成。利用线性媒介中电磁场的叠加原理，对称振子的辐射场是这些电流元辐射场之矢量和。 电流元I(z)dz所产生的辐射场为 图2 对称振子辐射场的计算 如图2 所示，电流元I(z)所产生的辐射场为 其中 将上式沿振子全长作积分

此式说明，对称振子的辐射场仍为球面波；其极化方式仍为线极化；辐射场 的方向性不仅与有关，也和振子的电长度有关。 根据方向函数的定义，对称振子亿波腹电流归算的方向函数为 上式实际上也就是对称振子E面的方向函数；在对称振子的H面上，方向函数与无关，其方向图为圆。 图3 对称振子E面方向图 图4 对称振子的方向系数与辐射电阻随一臂电长度变化的图形 1.2 对称振子的输入阻抗 由于对称振子的实用性，因此必须知道它的输入阻抗，以便与传输线相连。

对称振子可看作是由长度为l的开路平行双导线构成的，它与传输线的区别及修正主要有以下两点： 1.平行双导线的对应线元间距离不变，结构沿线均匀，因此特性阻抗沿线不变；二对称振子对应线元间的距离沿振子臂的中心到末端从小到大变化，故其特性阻抗沿臂长相应地不断变大。对此的修正为用一平均特性阻抗来代替沿振子全长不断变化的特性阻抗。 2.传输线为非辐射结构，能量沿线传输，主要的损耗为导线的欧姆损耗；而对称振子为辐射电磁波的天线，恰好可忽略欧姆损耗。对此的修正为对称振子的辐射功率看作是一种电阻损耗，均匀分布在等效传输线上，并由此计算其衰减常数。经过这两点修正以后，对称振子最终可以等效成具有一平均特性阻抗的又耗传输线。 对称振子平均阻抗的求法，设均匀双线的导线半径为a，双线轴线间的距离为D，则均匀双线的特性阻抗为 由此，对称振子对应线元dz所对应的特性阻抗为120/n(dz/a)，它随z而变，对称振子的平均特性阻抗为 由上式可知，振子越粗，Zoa就越小。 若设单位长度损耗电阻为R1，则振子上的损耗功率为 ，因等于这个天线的辐射功率，故 输出阻抗为：

实验八、天线辐射的方向特性概要

26系 06级姓名：王海亮 NO：PB06013232 得分： 实验题目：天线辐射的方向特性 实验目的： 1、理解天线辐射的相关原理知识，对天线的方向图及其相关参数有一定的认识。 2、测定右手螺旋天线的方向特性。 实验仪器： ①旋转天线盘；②喇叭形天线；③微波吸收器；④右手螺旋天线；⑤计算机及测试软件。 实验原理: 天线辐射的方向性可由电磁波的接收敏感度来验证。实验中接受天线的基座由电机驱动，在绕轴线转动的同时接受由喇叭形天线发射的电磁波，计算机可以记录下在不同转角时测定的信号，并在极坐标中绘出相应图形。任何实用天线的辐射都具有方向性，通常将天线远区辐射场的振幅与方向间的关系用曲线表示出来，这种曲线图被称之为天线的辐射方向图；而将离开天线一定距离R 处的天线远区的辐射场量与角度坐标间的关系式称为天线的方向图函数，记为|F(θ,φ)|。电流元的远区辐射场量在相同距离R的球面上不同方向的各点，场强是不同的，它与|sinθ|成正比，因此，电流元的方向图函数，记为|F(θ, φ)| =| F(θ)| = |sinθ|。为了画出电流元的辐射方向图，将电流元中心置于坐标原点，向各个方向作射线，并取其长度与场强的大小成正比，即得到一个立体图形，也就是得到电流元的立体方向图，它的形状像汽车轮胎。如图1（a）所示。天线的 1 立体方向图一般较难画出，通常只画出相互垂直的两个平面内的方向图，即E面和H面方向图。电流元E面的方向图处于子午面，即电场分量Eθ所处的平面内的方向图，故称为E面方向图，H面方向图处于赤道面内，即与磁场分量Hφ平行的平面内的方向图，故称为H面方向图。

(a) 立体方向图； (b) E面方向图； (c) H面方向图 图1 电流元的方向图 二维平面方向图可以在极坐标系中绘制，也可以在直角坐标系中绘制，但在极坐标系中绘制的方向图较为直观，因此较为常用。在极坐标系中绘制的电流元的E 面和H面方向图如图1(b)T和（c）所示。显然，E面方向图关于电流元的轴线呈轴对称分布，在θ=90?方向出现最大值“1”，其他方向上按矢径作出，而在轴线（θ=0?和θ=90?）上其值为零。在H面（θ=90?）上，各方向场强均相同，故其方向图是一个单位圆，这样，将E面方向图绕电流元的轴线旋转一周，即可得到电流元的立体方向图。而天线设计是用来有效辐射电磁能的一种装置，实际中没有一种天线能在空间中任何方向辐射，故研究其辐射的方向性可以更好的了解天线特性。天线的方向图及其有关参数 任何实用天线的远区辐射场都是随空间的位置而变化的，因此在球坐 2 标系中（见图2所示）天线至场点距离r处的远区辐射场量只是角度θ，φ的函数，这个函数就是方向图函数F (θ, φ ) ，通常将方向图函数关于最大值Fmax(θ,φ)进行归一化的函数称为归一化方向图函数，记为F(θ, φ) /Fmax(θ, φ)。按归一化方向图函数绘制的方向图称为天线的归一化方向图。显然，图3中示出的电流元E 面和H面方向图也是归一化的方向图（因为其最大辐射方向上的最大值为1）。

周围环境物对天线辐射方向图的影响(戚少凌罗兵)

周围环境物对天线辐射方向图的影响 罗兵戚少凌 天线方向性图在实际应用中会受到安装环境和安装工艺的影响，其水平和垂直场形因此发生变化，从而改变了原设计场形要求，形成了定向或严重的凹陷，或者垂直波束上下倾斜，造成部分服务区域场强偏弱甚至引起盲区，严重影响节目的收听收视效果。因此，我们在广播电视覆盖规划设计过程中，研究环境周围对天线辐射方向图的影响显得重要起来。一般情况下，由于我们使用的天线都是在简单的理想条件下计算得到的近似值，所以在实际复杂环境运用中不可能达到理论计算中的要求，实际的场形和理论场形就有很大的区别，有的甚至完全不一样。超乎了人的想象也就不足为怪。 成都凌风天线设备有限公司通过在天线领域场形仿真的长期研究，取得了一些重要成果。认为对天线场形影响的主要因素有以下几个方面： 1、铁塔的边宽大小影响天线场形 2、天线层间距的大小直接影响天线垂直方向场形图。 3、相邻天线的相互影响。 4、铁塔平台影响天线场形。 5、附近铁塔及建筑物影响天线场形。 6、周围环境、建筑物等对天线的影响 7、地形因素对天线的影响 由于以上因素实际情况比较复杂，天线场形差异很大，有些是以前传统方法无法计算和预测的。但通过计算机辅助，对其结果进行精确仿 真，可得到天线3D方向图和S参数等重要数据，可把问题得到彻底解决。这在我们多次的实践运用过程中得到很好验证。 计算机仿真的结果和实际测试的结果非常接近。举例如下：例题一：桅杆对半波单偶垂直极化天线的影响 该天线形式目前在调频段和数字电视分米波段运用非常广泛。该天线单元方向图为弱定向，如图一。天线辐射最大方向比最小方向小5－7dB。但是该天线安装在直径为159mm的铁塔桅杆上后，其方向图发生了改变，天线辐射最大方向比最小方向小到19dB。如图二。

几类天线阵及其辐射

《电动力学》小论文 【摘要】 要使天线具有很好的辐射方向性，可以通过把一系列天线排成阵列，利用电磁波的干涉效应来获得很好的方向性，从而达到信号传输和接收的目的。 【关键字】 天线、二元阵、线性列阵、相控阵雷达 【正文】 从《电动力学》中所学的知识可知，线型天线在垂直自身轴线的平面那各个方向的辐射功率均相等，原因是它的辐射功率与θ的变化无关。也就是说，线型天线不能相特定的方向辐射电磁波。在实际应用中，为了能够获得很好的辐射方向性，人们常把一系列天线排成阵列，利用电磁波的干涉效应来获得很好的方向性。下面将对几种天线

阵进行分析和讨论。 二元阵 首先，讨论有两根天线组成的阵列，即二元阵，在此以电偶极子辐射为例，如图所示， 两天线相距为d ，且相位差为α，振幅比为m ，则每个天线在远处的电场强度为 1sin jkr m E E e e r θθ-= （1） 其中，04m lI E μωπ=。 由于两天线相似且指向同一方向，所以，在远处的P(r,θ,φ)处

的电场强度为 ''1sin ()jkr jkr m m E E e e r r θ--=+ （2） 由于观察点远离阵列，则可以近似的认为 '11r r = 'sin cos r r d θφ=- 从而（2）式可写为 1sin (1)jkr j m E E e me r ψθ--=+ （3） 式中，sin cos kd ψθφα=+，所以总电场强度可表示为 12221sin [(1cos )(sin )]m E E r θψψ=++ （4） 令1 222 ()[(1cos )(sin )]F ψψψ=++ 则1sin ()m E E F r θψ=。 以上只是针对电偶极子辐射，在一般情况下，电场强度 1(,)()m E E F F r θφψ= 线性阵列 由上面的讨论可以看出二元阵还是在一定对电磁辐射的方向型进行控制，但是这种控制毕竟是有限的，为了获得更好的方向性，需

天线综述

引言： 在之前的学习过程中，我们学习了电磁波在无界空间的传播以及电磁波在不同媒质分界面上的折射与反射问题，本次的综述就是针对电磁波的产生与辐射做一些基本的说明。而恰恰天线是电子系统中辐射或接收的基本装置，它是无线电通信、导航、雷达、测控、遥感、电子对抗及信息战等各种军用或民用系统必不可少的组成部分之一，地位十分重要。 空间电磁波场源是天线上的时变电流和电荷。严格的说天线上的电流和由此电流激发的电磁场是相互作用的。天线上的电流激发电磁场，电磁场反过来作用于天线，影响天线上电流的分布，所以求解天线辐射问题本质上就是求解一个边值问题，但根据麦克斯韦方程组求解比较困难，所以在实际问题处理中都是采用近似解法：把她处理成一个分布型问题，即先近似得出天线上的场源分布，在根据场源分布球外场。 天线的形式可大致分成线天线与面天线两大类。本次只针对天线的参数与对称阵子天线作简要介绍。 一、天线的参数 1.1辐射方向图 1.1.1方向性函数与方向图 天线的方向性函数，是指以天线为中心，在远区相同距离r的条件下，天线辐射场与空间方向的关系，是天线辐射场的相对值，用f(θ，φ)表示。根据方向性函数绘制的图形，称为方向图。 为了便于比较不同天线的方向特性，常采用归一化方向性函数，归一化方向性函数定义为： 上式中，∣E(θ,φ)∣和∣E ∣分别为与天线为同一距离的、指定方向为(θ,φ) 的、 max 为方向性函数的最大值。 电场强度值和电场强度最大值，f(θ,φ)∣ max 例如，电基本振子的电场为，方向性函数为f(θ,φ)=sinθ，

f(θ,φ)∣max =1 ，归一化方向性函数为：F(θ,φ)=sin θ。 由此方向性函数绘制的E 面方向图、H 面方向图和立体方向图如下图： 天线的方向图由一个或多个波瓣构成。天线辐射最强方向所在的波瓣称为主瓣，主瓣宽度是衡量主瓣尖锐程度的物理量。 主瓣宽度分半功率波瓣宽度和零功率波瓣宽度。在主瓣最大值两侧，主瓣上场强下降为最大值 的两点矢径之间夹角，称为半功率波瓣宽度，记为 ，半功率波瓣宽度 是主瓣半功率点间的夹角。场强下降为零的两点矢径之间夹角，称为零功率波瓣宽度，记为 。主瓣宽度如图1.5所示： 半功率波瓣宽度越窄，说明天线辐射的能量越集中，定向性越好。电基本振子E 面方向图的半功率波瓣宽度为90°。有些面天线的半功率波瓣宽度小于1°。 旁瓣电平： 主瓣以外其他的瓣，称为旁瓣或副瓣。旁瓣最大值与主瓣最大值之比，称为旁瓣电平，

几种常见的天线

对称振子由两段同样粗细，长度各为l的直导体组成 两导体内端接馈线，两导体内端间距λ ? ，可忽略不计。 最主要的区别在于：对称振子的长度并非远小于波长 1、振子上各点的电流不再相等 2、振子上各点至远场的距离不能认为是相等的 结构： 可以看成是由半波长短路线折叠而成，折叠后的上下两导体的间距远小于波长 优点： 1、输入电阻大 2、工作频带要宽与普通的半波振子天线 简介： 上个世纪二十年代，日本东北大学的八木秀次和宇田太郎两人发明了这种天线，被称为“八木宇田天线”，简称“八木天线”。 对称振子天线 对称振子天线与基本电振子的区别 折合振子天线 引向天线（八木天线）

结构： 天线构成如图所示： 1、与馈线相连的称为有源振子或主振子 2、比有源振子略长的称为反射器 3、比有源振子略短的称为引向器 工作原理： 由天线阵理论可知，阵列可以增强天线的方向性。八木天线也是一种天线阵。 无源振子（反射器） 无源振子（引向器）

只对有源振子馈电，其余振子则是靠与馈电振子之间的近场耦合所产生的感应电流来激励的。通过调整振子的长度和间距可以改变振子之间的电流分配比，从而达到控制天线方向性的目的 增加引向振子的个数可以提高天线的方向性。 6.4.2 引向天线 八木天线的方向图： 图6-4-7 8元引向天线的方向图 八木天线的优点及应用： 有着很好的方向性，被广泛的用于微波通信、雷达、电视等无线电系统中。 配上仰角和方位旋转控制装置，可较为灵活的与各个方向上的电台联络。可被用于无人机的地面遥控天线。

对数周期天线

特点： 它是一种宽带天线 工作原理： 从短振子端馈电 前端远小于波长的振子其引向器作用。 中部长度约为四分之一波长的振子，其主要辐射作用。 后部长度远大于四分之一波长的振子，其反射器作用。 特点： 它是一种常用的圆极化天线 螺旋天线的辐射特性基本上决定于螺旋的直径与波长之比 1）D/λ<0.16时，其方向图如图a所示。垂直于螺旋轴线。 2）D/λ=0.25~0.46之间时，其方向图如图b所示。平行于螺旋轴线。螺旋天线