第1章__天线基础知识(4)
射频基础知识
众所周知，室内分布系统大多采用同轴电缆来传输移动通信信号或能量。那么，人们为什么不继续采用工频50Hz的双绞电源线或以前VHF频段电视机常用的扁平双线馈线？同轴电缆又具有那些优点？
1.1.2射频
当射频传输线终端短路时信号为全反射。
，
无耗短路线的驻波特性
1.1.3射频
当射频传输线终端开路时，信号为全反射。
，
无耗开路线的驻波特性
1.1.4
当射频传输线终端阻抗ZL完全等于传输线特性阻抗Z0时，信号无反射，电压反射系数 =0，
1.1.5射频传输线终端不完全匹配
当射频传输线阻抗ZL不完全等于传输线特性阻抗Z0时，信号有局部反射，电压反射系数0< <1。
网络优化中天线33231网络优化中天线的作用33232天线分集技术34233遥控电调电下倾天线第三章电波传播31陆地移动通信中无线电波传播的主要特点32快衰落遵循什么分布规律基本特征和克服方法33慢衰落遵循什么分布规律基本特征及对工程设计参数的影响34什么是自由空间的传播模式352g系统的宏小区传播模式363g系统的宏小区传播模式37微小区传播模式38室内传播模式39接收灵敏度最低功率电平和无线覆盖区位置百分比的关系10310全链路平衡和最大允许路径损耗11第四章电磁干扰1241电磁兼容emc与电磁干扰emi
11
极高频（EHF）
30~300吉赫（GHz）
毫米波
10~1毫米(mm)
天线技术基础第2章天线的基本特性参数
第二章 天线的基本特性参数2.1 方向图函数和方向图天线的最基本特性是它的方向特性。
对发射天线来说，方向特性通常是表示在相同距离条件下天线的远区辐射场与它的空间方向之间的关系。
描述天线的方向特性，最常用的是方向图函数和方向图。
方向图函数是定量表示远区天线辐射能量在空间相对分布情况的一个参数，通常是指远区同一距离处天线辐射场强(或能流密度)的大小与方向坐标关系的函数。
若用图形把它描绘出来，便是天线方向图。
其中表示场强大小与方向关系的，称为场强振幅方向图，表示能流密度大小与方向关系的，称为功率方向图。
习惯上又把场强振幅方向图简称为场强方向图，或进一步简称为方向图。
把场强振幅方向图函数用),(θf 表示，或进一步简写成f (,)θϕ。
把最大值为1的方向图称为归一化方向图。
把归一化场强振幅方向图函数用F (,)θϕ表示，或进一步简写成F (,)θϕ。
方向图一般是三维立体图形。
为了简单，大多数实际应用场合中通常只画出两个具有代表性的正交平面上的方向图。
这两个正交的平面称为主平面。
主平面经常选取水平面(平行于地面的面)和垂直面(垂直于地面的面)，或E 面(包含天线最大辐射方向及其电场方向的面)和H 面(包含天线最大辐射方向及其磁场方向的面)。
有时也选取XY 面、YZ 面、ZX 面等。
在所有方向的辐射都相同的天线称为无方向性天线。
显然无方向性天线的立体方向图呈球状，它在任一平面的方向图均为园。
在某一平面上无方向性的天线称为该平面全向天线，它在该平面上的方向图为园。
天线的平面方向图有两种表示方式。
一种是以直角坐标表示的，称为直角坐标方向图.。
此时横轴代表角度(以度为单位)，纵轴代表函数值。
另一种是以极坐标表示的，称为极坐标方向图。
它用极角(射线与极轴的夹角)代表角度(以度为单位)，用射线的长度代表函数值。
极坐标方向图由于直观形象，应用很广。
天线的平面方向图一般呈花辫状。
我们把它的每一个辫称为波辫。
其中把包含最大辐射方向的一个辫称为主辫，位于主辫相反方向的辫称为后辫，与主辫完全相同的辫称为栅辫。
天线与电波传播_宋铮_习题答案
金融行业标准管理办法(试行)正文：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 金融行业标准管理办法（试行）（全国金融标准化技术委员会）第一章总则第一条为有序和高效地开展金融行业标准管理工作，依据《行业标准管理办法》、《全国金融标准化技术委员会章程》及其他有关规定，制定本管理办法。
第二条金融行业标准是对没有国家标准而又需要在金融行业范围内统一的技术要求所制定的标准。
金融业行业标准不得与国家标准相抵触，标准之间应保持协调、统一、不得重复。
金融业行业标准在相应的国家标准实施后，即行废止。
第三条需要在金融行业范围内统一的下列要求，可以制定行业标准：（一）术语、数据元、符号、代码、文件格式等；（二）通信、数据交换与处理、安全等方面的技术要求；（三）产品的技术要求；（四）生产、经营活动中的管理和服务技术要求等；（五）《行业标准管理办法》规定的其他有关内容。
第四条金融行业标准采用以下编号：强制性行业标准：JR ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ；推荐性行业标准：JR/T ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ；指导性技术文件：JR/Z ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ。
第五条标准的全部技术内容需要强制时，为全文强制形式；标准中部分技术内容需要强制时，为条文强制形式。
关于强制性行业标准的具体管理规定按照《行业标准管理办法》、《关于加强强制性标准管理的若干规定》执行。
对于技术尚在发展中，需要有相应的标准文件引导其发展或具有标准化价值，尚不能制定为标准的项目或采用国际标准化组织、国际电工委员会及其他国际组织（包括区域性国际组织）的技术报告的项目可以制定指导性技术文件，指导性技术文件的管理参照《国家标准化指导性技术文件管理规定》执行。
第3章 天线基本原理与技术
第三章 加载天线
第一部分
常见的加载天线
20:31
电子科技大学电子工程学院
近代天线理论
第三章 加载天线
天线加载： 顾名思义就是对天线加一种负载。天线加载可以改变天线 上电流分布，使得天线的输入阻抗能按照一种规律分布。 通过天线加载可以缩短天线的尺寸，改变天线的输入带宽 ，这也是天线小型化必不可少的一种方法。 常见的天线加载方式有： 1.顶部加载：这样的加载时可以在顶部加个盘子或者几根线 。这类代表天线是T型或者倒V型。 2.介质加载：它是通过在天线周围加入一种介质来相对缩短 天线长度，缩短长度的效果与介质的相对介电常数及相对 磁导率有关。 3.分布加载：对天线按一定位置函数加载，输入阻抗也会呈 一定规律变化。 4.集总加载：在天线上一个或几个位置加入集总参数元件， 包括电感电容，通过这样的方式来改变天线上电流分布。
第三章 加载天线
集总加载
Loop 1
Loop 2
Loop 3
balun 1 balun 2
CMRR:-14.8 dB
20:31
CMRR:-27.5 dB
CMRR:-36.8 dB
电子科技大学电子工程学院
近代天线理论
第三章 加载天线
Current Distribution (Loop 1)
20:31
近代天线理论
第三章 加载天线
理论推导-短电偶极子
引入电赫兹矢量表示电磁场：
e A t 2 E e e H ( jw ) e 式中：
2 w2 jw
20 20:31
电子科技大学电子工程学院
第三章 加载天线
第三部分
探地雷达
微波技术与天线
课程名称：微波技术与天线课程代码：02367理论第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点微波技术与天线是电子与信息工程专业、通信技术专业的一门专业基础课;该课程研究的基本内容是电磁场的基础理论、导行电磁波和导模概念、各个导行波场的求解方法、传输线的基本理论和计算方法、微波网络基础与器件、天线的基本概念、基本理论及天线的基本结构并且与现代通信紧密相关的新技术;二、课程目标与基本要求通过本课程的学习,可以使学生掌握微波与天线的基本概念、基本理论和基本分析方法;并在此基础上,学会利用所学知识去解决微波与天线领域的工程实际问题,为今后从事微波与天线研究和工程设计工作打下良好的基础;三、与本专业其他课程的关系本课程的前导课程是高等数学、电路分析基础、数学物理方法、电磁场理论;是无线通信技术的基础课程;第二部分考核内容与考核目标第一章场论与静态电磁场一、学习目地与要求本章主要研究静态电磁场的基本规律和分析方法;通过本章的学习,使学生能够理解电荷与电流密度的概念,理解并掌握电流连续性方程；理解并掌握静电场和恒定磁场的基础—库仑定律和安培力定律,牢固建立静电场和恒定磁场的概念,并能根据不同电荷分布和电流分布的相关电磁场强度计算表达式,计算一些典型电荷分布和电流分布的电场强度和磁感应强；牢固掌握静电场和恒定磁场的基本方程 ,深刻理解静电场和恒定磁场的基本性质；深刻理解电位和磁位的物理意义,掌握电位与电场强度、磁位与磁感应强度的关系；了解电介质极化和磁介质磁化的物理过程;二、考核知识点与考核目标（一）场论一般识记：矢量运算中的相关规则及矢量恒等式理解：标量场与矢量场的概念、标量场的等值面和矢量场的矢量线、矢量场的散度与旋度、标量场的梯度;应用：应学会应用矢量分析这一重要数学工具去研究电磁场在空间的分布和变化规律;（二）静电场次重点识记：电荷与电荷密度、电场强度、均匀介质中的电场理解：、电场强度的相关计算公式、库仑定律应用：用静电场的基本方程高斯定律求解静电场、计算点电荷系统和一些连续分布电荷系统的电位（三）稳恒电流场一般识记：电流密度、欧姆定律、焦耳定律的微分形式理解:、电荷守恒定律、稳恒电流场的基本方程四恒定磁场次重点识记：磁感应强度、介质的磁化理解：稳恒磁场的基本方程、矢量磁位、磁介质中的安培定律应用：运用安培环路定律求解具有一定对称性分布的磁场、利用矢量磁位求解一些简单的磁场分布问题第二章电磁波原理一、学习目地与要求本章主要讨论了时变电磁场的普遍规律、电场和磁场在交替变化的过程中所形成的电磁波的相关特性,并重点讲述了均匀平面电磁波在无界空间的传播特性和在分界面上的反射和透射特性;通过本章的学习,要求学生们必须牢固掌握麦克斯韦方程组的积分形式、微分形式,深刻理解其物理意义；必须正确理解和使用边界条件、深刻理解坡印廷矢量的物理意义并能用其分析计算电磁能量的传输情况；掌握电磁场的波动方程以及理解矢量位和标量位的概念和满足的相应方程；深刻理解和掌握均匀平面电磁波在无界理想介质中的传播特性,理解描述传播特性的参量的物理意义；掌握三种极化方式的产生条件；熟练掌握平面电磁波对理想导体和理想介质垂直入射时的分析方法和过程；理解平面电磁波向理想导体界面的斜入射;二、考核知识点与考核目标（一）时变电磁场重点识记：正弦电磁场的复数表示法、坡印廷定理、波动方程、唯一性定理理解：麦克斯韦方程、时变场的边界条件、坡印廷矢量应用：从麦氏方程出发,结合边界条件求解相关问题;（二）平面电磁波重点识记：沿任意方向传播的平面波理解：理想介质中的均匀平面波、波的极化应用：计算在自由空间传播的均匀平面波的电场强度或磁场强度；计算描述均匀平面波传播特性的参量如波矢量、波阻抗等；计算坡印廷矢量（三）平面电磁波的反射与折射次重点识记：垂直极化波、平行极化波、理解：垂直极化波入射、平行极化波入射、全透射与全反射（四）平面电磁波向理想导体界面的斜入射一般识记：垂直极化波斜入射、平行极化波斜入射第三章 导行电磁波一、 学习目地与要求本章主要讨论电磁波在导波系统中的传输问题;通过本章的学习,要求同学们必须掌握求解波导中场的重要方法—纵向场分析法,该方法中所涉及到的有关物理量,如传播常数、截止波数的物理意义必须深刻理解,计算公式必须牢固掌握；牢固掌握波沿规则波导传输的一般特性；熟知波沿不同形状的波导传输的相关特性,如矩形波导、圆形波导等,重点掌握矩形波导中的主要传输模式—10TE 模；必须了解同轴线中的传输模式,并能通过恰当选择尺寸的情况下,保证TEM 波的传输；了解波导激励与耦合的方式;二、考核知识点与考核目标（一）规则波导的分析方法和一般特性重点识记：波导中的波型—TE,TM 和TEM 波、波的速度—相速度,群速度、波导波长、波阻抗理解：不同模式的传输条件、截止现象和截止波长应用：能用纵向场法求解波导中电磁波的场解、应用相关公式求出波导中描述波传输特性的相关参量;（二）金属矩形波导的场解重点理解：矩形波导中不同波型的场解、矩形波导中的传输特性、波导的功率容量应用：计算不同模式的截止波长、能确定波导中能传输或截止的模式、熟悉单模传输条件、能绘出10TE 模式的场结构,壁电流分布、计算10TE 模式的相关传输参量（三）圆柱形波导次重点识记：圆波导中不同波型的场解理解：圆波导中的三个主要波型及其应用（四）同轴传输线次重点识记：、同轴线中的高模及尺寸选择理解：同轴线中的TEM 波（五）波导的激励与耦合一般识记：波导激励的方式及激励装置第四章 微波传输线的基本理论一、 学习目地与要求本章以双导线为例用路的分析方法主要讨论了微波传输线上的传输特性和电压电流的分布规律,同时推出了一种重要的计算工具—阻抗圆图,并将这一计算工具应用于工程实际中,如阻抗匹配技术;通过本章的学习,要求同学们必须深刻理解微波传输线的分布参数概念,了解传输线方程及其解以及传输线的工作特性参数；必须掌握传输线的三种不同工作状态的条件和特点；必须掌握用阻抗圆图来解决传输线应用中的计算问题；了解不同阻抗匹配器的匹配方法,学会在阻抗匹配时用阻抗圆图来进行计算；了解微波集成电路的主要组成部分—微带线二、考核知识点与考核目标（一）微波传输线的分析次重点识记：分布参数概念、传输线方程及其一般解理解：传输线方程的定解已知终端电压和电流、传输线的工作参数,如特性阻抗、反射系数、输入阻抗、传播常数、相速及波长;应用：应用相关公式计算传输线上的电压和电流、反射系数、输入阻抗（二）均匀无耗传输线的工作状态重点理解：形成行波状态、驻波状态、行驻波状态的条件和特点应用：求出不同工作状态下的电压、电流、输入阻抗、驻波比,并能绘制出相关图形;（三）阻抗圆图重点应用：在传输线问题的相关运算中使用阻抗圆图来进行计算;（四）传输线的阻抗匹配重点应用：会采用不同的阻抗匹配器进行传输线的阻抗匹配（五）微带传输线一般识记：对称微带和不对称微带的演变过程及结构、它们中所传输的波型第五章微波网络与元器件一、学习目地与要求本章主要讨论了微波等效电路的方法,这就是将本质上是场的问题转化为电路问题来处理的重要方法,这对处理横截面形状不均匀物体时极为有用,如微波元器件的分析和处理;通过本章的学习,要求同学们必须掌握如何将波导等效为双线传输线、不均匀体等效为网络,必须深刻理解模式电压和模式电流的意义；必须深刻理解网络参量的物理意义,并学会用任意网络参量去描述一个具体的微波电路;对于二端口网络的级联其重点放在A 参量, 其余参量中的S参量是微波网络所乐于采用的重要参量；微波网络理论的主要应用场合就是对各种微波元器件的分析和处理,对于各种不同的元器件,必须了解其功能及结构,熟知其工作原理及应用场合;二、考核知识点与考核目标（一）微波网络的等效重点理解：模式电压和模式电流的概念、模式矢量函数的归一化条件、归一化模式电压和归一化模式电流的概念;应用：根据相关条件求对应模式的模式电压和模式电流（二）双端口网络的阻抗矩阵、导纳矩阵及A矩阵A重点,Z、Y次重点识记: 阻抗矩阵、导纳矩阵的特点及性质理解：A参量的特点及性质以及不同电路的A矩阵应用：用A矩阵解决二端口网络的级联问题（三）双端口网络的散射矩阵重点理解：散射参量的物理意义、散射参量的性质应用：求解具体电路的S参量（四）多端口网络的散射矩阵一般识记：多口网络的特点及性质（五）微波元件一般识记：各元件的功能及工作原理第六章天线基本原理一、学习目地与要求本章主要讨论了天线产生辐射场的基本原理和各种不同天线的辐射性能;通过本章的学习,要求同学们必须掌握基本振子的辐射性能；必须深刻理解为了增加辐射电阻,提高天线的辐射能力所采用的振子天线的工作原理；必须了解为了获得较强的方向性和其它特性所采用的天线阵列的性能；必须熟知发射天线和接收天线的电参数；简单了解各种线天线和面天线的辐射性能和应用场合;二、考核知识点与考核目标（一）基本振子的辐射重点理解：电流的场解、电基本振子场解、电偶极子的近区场、电偶极子的远区场、磁基本振子;应用：分析和计算天线的辐射场、辐射方向性、半功率宽度、零功率宽度和副瓣电平以及辐射电阻;（二）振子天线重点理解：对称振子的场解、对称振子的方向性,辐射电阻,输入阻抗、发射天线的参数、天线的极化和天线的频带宽度应用：对称振子天线的辐射与电长度之间的关系,重点掌握半波振子天线的方向图（三）天线阵次重点理解: 直线阵列天线的方向图、波瓣宽度、旁瓣电平等的分析与计算（四）接收天线一般识记：接收天线的电参数（五）常用线天线一般识记：各种常用线天线的工作原理（六）面天线一般识记：抛物面天线和双反射面天线的工作原理说明：该项需编纲教师全面考量该课程内容,并对各章节都给出相应的知识层次重点、次重点、一般,在知识层次下对各知识点提出相应的能力层次要求识记、理解、应用;在分配知识层次和能力层次过程中,应注意以下问题：1、知识层次包括“重点、次重点、一般”三个层次,此三层次在命题中的固定比重分别为：65% ,25%,10%;要求编纲教师在分配知识层次时,除考虑知识点本身的重要性外,兼顾各层次在命题中的比例要求;避免出现某一层次知识点过少,不能满足命题中比例要求的情况;2、①能力层次包括“识记、理解、应用”三个层次,此三层次在命题中无固定比重要求,需编纲教师结合本课程的具体考核要求给出比例在“有关说明与实施要求”中给出比例,并在分配知识点能力层次时结合命题比例,做到大纲与试卷要求统一;②大纲中知识点的能力层次分配应全面涵盖三个能力层次,尽量不要缺少,但各章节不是必须全有三个层次的知识点,应根据各章实际情况具体安排;3、大纲中的考核知识点只具体到章,不需要将知识点细化到节;第三部分有关说明与实施要求一、考核的能力层次表述本大纲在考核目标中,按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求;各能力层次为递进等级关系,后者必须建立在前者的基础上,其含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义,并能正确认识和表述,是低层次的要求;理解：在识记的基础上,能全面把握基本概念、基本原理、基本方法,能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系,是较高层次的要求;应用：在理解的基础上,能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题,是最高层次的要求;说明：省考委统一加以说明,编纲教师不需自行解释;二、教材1、指定教材电磁波工程国防科技大学出版社朱建清第一版2、参考教材微波技术与天线电子工业出版社殷际杰第一版说明：1、大纲中的指定教材为省自考委核准的指定教材,此次配合我省自考教材清理工作,部分课程教材已由主考校提出审核意见并要求调整为推荐教材,如编纲教师认为需更换指定教材或推荐教材不合理,需提交由主考校盖章的教材变更报告,经批准后,方可更改;2、所列教材均需写明：书名、出版社、作者、版本,参考教材可以没有;三、自学方法指导1、在开始阅读指定教材某一章之前,先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标,以便在阅读教材时做到心中有数,有的放矢;2、阅读教材时,要逐段细读,逐句推敲,集中精力,吃透每一个知识点,对基本概念必须深刻理解,对基本理论必须彻底弄清,对基本方法必须牢固掌握;3、在自学过程中,既要思考问题,也要做好阅读笔记,把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理,这可从中加深对问题的认知、理解和记忆,以利于突出重点,并涵盖整个内容,可以不断提高自学能力;4、完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识,培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节,在做练习之前,应认真阅读教材,按考核目标所要求的不同层次,掌握教材内容,在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥,注重理论联系实际和具体问题具体分析,解题时应注意培养逻辑性,针对问题围绕相关知识点进行层次步骤分明的论述或推导,明确各层次步骤间的逻辑关系;说明：该项省考委统一说明,若编纲教师需做个别说明,该部分也可自行撰写;四、对社会助学的要求1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点;2、应掌握各知识点要求达到的能力层次,并深刻理解对各知识点的考核目标;3、辅导时,应以考试大纲为依据,指定的教材为基础,不要随意增删内容,以免与大纲脱节;4、辅导时,应对学习方法进行指导,宜提倡"认真阅读教材,刻苦钻研教材,主动争取帮助,依靠自己学通"的方法;5、辅导时,要注意突出重点,对考生提出的问题,不要有问即答,要积极启发引导;6、注意对应考者能力的培养,特别是自学能力的培养,要引导考生逐步学会独立学习,在自学过程中善于提出问题,分析问题,做出判断,解决问题;7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事,在各个能力层次中会存在着不同难度的试题;8说明：1、该项1-7省考委统一说明;若编纲教师需做个别说明,该部分也可自行撰写;2、该项中对助学学时的分配,需由编纲教师完成;高等教育自学考试规定每学分18学时,请教师按此规定分配学时;涉及实践考核的课程,实践与理论课时应分别列出;五、关于命题考试的若干规定包括能力层次比例、难易度比例、内容程度比例、题型、考试方法和考试时间等1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容;试题覆盖到章,适当突出重点;2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是："识记"为 20 %、"理解"为 30 ％、"应用"为 50％;3、试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为2：3：3：2;4、每份试卷中,各类考核点所占比例约为：重点占65%,次重点占25%,一般占10%;5、试题类型一般分为：试题类型一般分为:填空题、简答题、证明题、计算题等;6、考试采用闭卷笔试,考试时间150分钟,采用百分制评分,60分合格;说明：1、该部分1、3、4、6项省考委统一规定,编纲教师不用自行填写;2、其中第2项“不同能力层次的试题比例”需编纲教师结合大纲中各章知识点能力层次分配给定;3、第5项“试题类型”,也需编纲教师结合命题要求给出;应尽量全面的涵盖该课程考试中可能出现的试题类型,避免出现考试中出现的题型在大纲中没有举出的情况;六、题型示例样题一、 填空题：1、 已知在自由空间中传播的电磁波的电场强度为y ez t E ˆ)2106cos(7.378ππ+⨯= v/m ,可见此波的波长为 ,自由空间的波数为 ,它是沿 方向传播的;2、终端接任意负载L Z 时,距终端为2λ整数倍的各处,其输入阻抗为 ；距终端为4λ奇数倍的各处其输入阻抗为 ;二、简答题：1、空气填充的矩形波导其单模传输条件是什么若兼顾功率容量,该条件有什么变化3、何谓简并圆波导中有几类简并试举例说明;三、证明题：在无耗传输线某选定参考面上测得sc in Z 接短路负载时、oc in Z 接开路负载时、in Z 接实际负载时,试证明负载阻抗四、计算题：1、有一个二端口网络,如下图,图中jx = j2 为归一化电抗,jb = j1为归一化电纳, 试求： 1散射参量矩阵[]S ;2插入衰减a L 用分贝表示及插入相移θ;4、已知某天线在E 平面上的方向函数为1画出其E 面方向图2计算其半功率波瓣宽度;。
第四章-偶极子天线
• 短偶极子：
• 有限长度偶极子：偶极子天线，对称振子
偶极子天线是一种经典的、迄今为止使 用最广泛的天线，单个半波偶极子可简单地 独立使用或用作为抛物面天线的馈源，也可 采用多个半波偶极子天线组成天线阵。
标准半波偶极子天线
实际偶极子天线
用于电视接收 用于宽带通信
一、偶极子天线
二、输入阻抗的求解
1. 测量得到 2. 由辐射阻抗求输入阻抗 3. 由等效传输线法求输入阻抗
由辐射阻抗求输入阻抗
振子的输入阻抗：
PA
1 2
I
2 0
Z
A
辐射功率：
P
1 2
I
2 m
Z
设振子没有损耗，则 PA P
I
2 m
Z
I
2 0
Z
A
ZA
Im I0
2 Z
设天线振子上的电流近似按正弦规律分布，则
I0 Im sin kl
流分布是均匀的，则 dz 所产生的场为：
Z
M dz 1 r1
r0
z 0 r2 z 2
dE
j
60I zdz sine jkr r
dz
天线在M点产生的场是无数 dz 在M点产生
的场的积分：
E
l j 60I zdz sine jkr l r
代入：
Iz
I m I m
sin sin
k l k l
X
30sin
2kl c
ln
1 ka
ci4kl
2 ci2kl
cos2klsi4kl 2si2kl
2si2kl
当a 0, l 时，
4 R 73.1
第4章--非频变天线分析
第4章 非频变天线
当两臂的始端馈电时，可以把两臂等角螺旋线看 成是一对变形的传输线，臂上电流沿线边传输，边辐 射，边衰减。螺旋线上的每一小段都是一基本辐射片， 它们的取向沿螺旋线而变化，总的辐射场就是这些元 辐射场的叠加。实验表明，臂上电流在流过约一个波 长后就迅速衰减到20dB以下，终端效应很弱。
d 2Ln
1 4 tan
第4章 非频变天线
max max / 4 8.02r0 8.03 （4―2―5）
min min / 4
r0
即典型相对带宽为8∶1。若要增加相对带宽，必 须增加螺旋线的圈数或改变其参数，相对带宽有可能 达到20∶1。
第4章 非频变天线
4.3 阿基米德螺旋天线
阿基米德螺旋天线(Archimedean Spiral Antenna)如
2. 终端效应弱 实际天线的尺寸总是有限的，与无限长天线的区 别就在于它有一个终端的限制。若天线上电流衰减得 快，则决定天线辐射特性的主要部分是载有较大电流 的部分，而其延伸部分的作用很小，若将其截除，对 天线的电性能不会造成显著的影响。在这种情况下， 有限长天线就具有无限长天线的电性能，这种现象就 是终端效应弱的表现，反之则为终端效应强。
a
（4―2―2）
第4章 非频变天线
R
r2
r3
r1
r4
图4―2―1 平面等角螺旋天线
第4章 非频变天线 y
r
O
x
图4―2―2 等角螺旋线
第4章 非频变天线
在图4―2―1所示的等角螺旋天线中，两个臂的四 条边缘具有相同的a，若一条边缘线为r1=r0eaφ，则只要 将该边缘旋转δ角，就可得该臂的另一边缘线r2=r0ea(φ-δ)。 另一臂相当于该臂旋转180°而构成，即r3=r0ea(φ-π)， r4=r0ea(φ-π-δ)。由于平面等角螺旋天线臂的边缘仅由角度 描述，因而满足非频变天线对形状的要求。如果取δ＝ π/2，天线的金属臂与两臂之间的空气缝隙是同一形状， 称为自补结构。
$0第04章-常用线天线-4.5菱形天线
l
2φ0
H
接接接 电阻
接馈馈
图 3―1―4
11
由于菱形天线两线之间的距离是变化的,故菱形 线上各点的特性阻抗不等,从锐角端的600～700 变化 到钝角处的1000 .各点特性阻抗的不均匀性引起天线 上局部的反射,从而破坏行波状态.为了使特性阻抗 变化较小,菱形的各边通常用2～3根导线并在钝角处 分开一定距离,使天线导线的等效直径增加,以减小 天线各对应线段的特性阻抗的变化.菱形天线的最大 辐射方向位于通过两锐角顶点的垂直平面内,指向终 端负载方向,具有单向辐射特性.
(3―1―2)
2
式中,r为原点至场点的距离;θ为射线与z轴之间的 夹角.由上式可得行波单导线的方向函数为
kl sin[ (1 cos θ )] 2 F (θ ) = sin θ kl (1 cos θ ) 2
(3―1―3)
3
r kz ′cos θ R
θ
o dz′ l
z
图3―1―1 行波单导线及坐标
设输入端电流为I0,忽略沿线电流的衰减,则线上 电流分布为
I ( z′) = I 0e
jkz ′
(3―1―1)
行波单导线辐射场的分析方法与对称振子相似, 即把天线分割成许多个电基本振子,而后取所有电基 本振子辐射场的总和,故
l 60 I 0 Eθ = j sin θ ∫ e jkz′e jk ( r z′ cosθ ) dz′ 0 rλ kl j (1 cosθ ) 60 I 0 jkr sin θ kl = j e sin[ [1 cos θ ]e 2 rλ 1 cosθ 2
34
V形斜天线的工作性质是一种行波天线,根据行波单 导线的辐射性质可知,V形斜天线具有下列基本特点: (1)最大辐射方向在过角平分线的垂直平面内,与地 面有一夹角,具有单向辐射特性,天线可以宽频带工作, 带宽通常可达2:1. (2)终端接匹配负载,其阻值等于天线的特性阻抗, 通常为400 左右.由于终端负载上要吸收部分功率,故 天线效率约为60%～80%.
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电磁耦合
电流和阻抗 发生变化
单元天线的阻抗由两部分组成：
自阻抗：不考虑相互耦合影响时本身的阻抗
互阻抗：由相互感应作用而产生的阻抗
对称振子阵阻抗分析方法：感应电动势法
第1章 天线基础知识
1.6.1 二元阵的阻抗
振子2上的电流I2(z2)会在振子1上z1处线元dz1表面上产 生切向电场分量E12，并在dz1上产生感应电动势E12dz1。
1.作出 Fa (Ψ ) ~ 曲线；
2.在此曲线下方平行于Ψ
轴作一直线（阵轴）；
第1章 天线基础作圆； 4.根据 Fa ( ) ~ 曲线的主瓣
副瓣和零值描点作图。
5.利用旋转对称性完成作图。
第1章 天线基础知识
1.6 对称振子阵的阻抗特性
天线阵元 相互作用
m
2
（1―6―7）
第1章 天线基础知识
回路方程可写为
U1 I Z m1 11 Im2Z12
U2
I m1Z 21
I
m2
Z
22
其中：
（1―6―8）
Z11、Z22分别为归算于波腹电流Im1、Im2的自阻抗； Z12为归算于Im1、Im2的振子2对振子1的互阻抗； Z21为归算于Im2、Im1的振子1对振子2的互阻抗。
第1章 天线基础知识
2）普通端射阵 最大辐射方向：
沿天线阵的阵轴线（即δmax=0或π） 条件：ξ+kdcos0=0或ξ+kdcosπ=0，即
kd kd
max max
0
（1―5―21）
各阵元的电流相位沿最大辐射方向依次 滞后kd。
第1章 天线基础知识
普通端射阵实例 N 5,d ,
第1章 天线基础知识
Z11
1 Im1 2
l1 l1
I1(z1 )E11dz1
Z22
1 Im2
2
l2 l2
I
2
(
z2
)E22dz2
Z12
1 I m1 I m 2
l1 l1
I1 ( z1
)E12dz1
1
Z21
I
m1I
m
60 °
15 0°
30 °
18 0°
0°
21 0°
33 0°
240° 270° 300°
(b)
图1―5―16 边射阵方向图
第1章 天线基础知识
d＝ 0.25
N＝ 5
d＝ 0.5
N＝ 10
d＝ 1
N＝ 5
图1―5―17 边射阵阵因子极坐标方向图
结论：阵元数越多，间隔距离越大，边射阵 主瓣越窄，副瓣电平也就越高。
对于边射阵，要求
max 4 d
（1―5―20）
第1章 天线基础知识
五元阵实例 N 5, 0, d 3
7
F()
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 － 2.5－ 2－ 1.5－ 1－ 0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
(a)
90 °
12 0°
30 0°
27 0°
(b)
图1―5―19 强方向性端射阵方向图
第1章 天线基础知识
3. 均匀直线阵的方向系数
将均匀直线阵的归一化阵因子代入方向系数D
的公式
4
D 2 F 2 , sindd 00
则可以绘出不同均匀直线阵的方向系数变化曲线。
当N很大时，方向系数与N的关系基本上成线性 增长关系。
（2）Ψ=2mπ时，Fa （Ψ）取得最大值；
（3）N越大，方向性越强，但副瓣也越多。
第1章 天线基础知识
由于0≤δ≤π ，所以 -kd +ξ≤Ψ≤kd +ξ 称为可视区
栅瓣：最大值与主瓣相同的波瓣。
天线辐射为了保证能量集中，应该避免 出现栅瓣。应正确选择d,使栅瓣落入不可见 区。
第1章 天线基础知识
2
5
解得 01 98.2
第1章 天线基础知识
1
0.8 0.6 0.4
0.2 0 － 0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
(a)
12 0° 15 0° 18 0°
90 ° 60 ° 30 ° 0°
21 0°
33 0°
24 0°
30 0°
27 0°
(b)
图1―5―15 (a)在可视区内的F(Ψ); (b)F(δ)的极坐标方向图
P r
1 2
I m1
2
Z r (1)
（1―6―12）
第1章 天线基础知识
于是，以振子1的波腹电流为归算电流的 二元阵的总辐射阻抗可表述为
主瓣、副瓣、零点位置
1．阵因子有 1 个最大值（主瓣），发生在 Ψ =０、2π 处。
２．阵因子有N－2个极大值（副瓣），发生 在分子为1的条件下。
m
(2m 1)
N
Ψ m1
3
N
m 1, 2,
N 2
Fa ( )
1 N
sin N
2
sin
2
第1章 天线基础知识
３．阵因子有N－1个零点，发生在分子为零 而分母不为零时。
z
r1 r2 r3
rN－1 rN
I1
I2 I3
O
IN－1 IN
…
d
y
x
图1―5―13 均匀直线阵坐标图
第1章 天线基础知识
设单元天线 1 为相位参考点，当电波射 线与阵轴线成δ角度时，相邻阵元在此方向 上的相位差为
kd cos （1―5―13）
N元均匀直线阵的阵因子为
max
2
N
即 d (1 1 ) （1―5―22）
2 2N
最大辐射方向将由ξ+kdcosδmax =0 决定，表示为
max
arccos
kd
（1―5―23）
当 d 给定后，δmax将随ξ的变化而变化。连续地 调整ξ，可以让波束在空间扫描，这就是相控阵天线
的基本原理。
第1章 天线基础知识
2.均匀直线阵的应用
1）边射阵（侧射阵）
最大辐射方向：垂直于阵轴线（δmax=π/2）
条
件：ξ=0，Ψ=kd cosδ
当间隔距离加大时，可视区变大，栅瓣 出现。栅瓣会造成天线的辐射功率分散，或 受到严重干扰。
第1章 天线基础知识
防止栅瓣出现的条件是可视区的宽度 ΔΨmax=|Ψ(δ=0)–Ψ(δ=π)|=2kd 有一定的限制。
z1
l1 E12 dz1
O
z2
l2 r12
振子1上电流I1(z1)必须在线元
dz1处产生-E12，以满足总的切向电
场为零。
~ I1
~ O
I2 振子1上电流I1(z1)也必须在dz1
上产生一个反向电动势-E12dz1。
－l1
－l2
第1章 天线基础知识
互耦振子阵中，振子1和2的总辐射功率 应分别写为
Pr1 P11 P12
Zr2
U2 Im2
Z 22
I m1 Im2
Z
21
（1―6―10）
第1章 天线基础知识
如果计算二元振子阵的总辐射阻抗，依据
二元阵总辐射功率等于两振子辐射功率之和，
即
P r
Pr1 Pr2
1 2
Im1 2 Zr1
1 2
Im2
2 Zr2
（1―6―11）
选定振子1的波腹电流为归算电流，则
定义：所有单元天线结构相同，并且等间 距、等幅激励而相位沿阵轴线呈依次递增 或递减的直线阵。
构成要素：
1、N个相同振元排列在一条直线上 2、各振元的电流关系为 In=In-1 e jξ (n=2,3,…,N) 3、相邻元的间距相等(均为d)
第1章 天线基础知识
N个天线元沿y轴排列，且间距相等，电流 激励为In=In-1ejξ(n=2,3, …，N)
第1章 天线基础知识
上次课内容回顾
1．4 对称振子
对称振子的辐射场 对称振子的输入阻抗
1．5 天线阵的方向性
方向图乘积定理 应用实例
本次课主要内容
1．5 均匀直线阵
均匀直线阵阵因子 均匀直线阵的应用
1．6 对称振子阵的阻抗特性
1．7 无限大理想导电反射面对天线 电性能的影响
第1章 天线基础知识
1.5.2 均匀直线阵
第1章 天线基础知识
D D
强方向端射阵
10
普通端射阵
40
9
N＝ 5
35
d＝ 0.25
8
30
7 25
6 20
5
15 4
3
10
2
5
1
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
d/
边射阵
(a)
图1―5―20
0
0.6
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
N
(b) 强 方 向性 端 射 阵 普 通 端射 阵 边射阵
Fa ( )
1 N
sin N
2
sin
2
（1―5―15） （1―5―16）
第1章 天线基础知识