(天线与传播)
天线与电波传播 (1)
天线与电波传播专题漏波天线理论与设计目录一漏波天线简述二均匀漏波天线辐射原理三周期型漏波天线辐射原理01漏波天线简述漏波天线是一类行波天线，它具有以下特点：➢增益高，方向性强，具有较好的定向辐射特性➢频带宽，具有频率扫描能力如果把漏波天线看成是一个波导，则这个波导至少存在一个模式能沿着传播方向不断向外漏泄能量。
漏波天线最初是以矩形波导的形式出现，通过在矩形波导的侧边开模）在波导表面产生的电流进行扰动，使长直缝隙，对基模（TE10得电磁能量在沿矩形波导传输的过程中逐渐泄漏到空间。
图1 Slotted rectangular waveguide leaky-wave antenna 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）一维漏波天线可以分为两大类结构：➢均匀的➢周期性的传统的矩形波导长缝隙天线就属于均勻结构，是快波天线周期性漏波天线常见的有漏泄同轴电缆和基于微带线或共面波导的周期性漏波天线等，可以是慢波或快波天线快波或慢波是依据行波传播常数b 大致分类的：➢若传播常数b 小于自由空间波数k0，则称之为快波，它可沿着结构在传播过程中不断辐射；➢若传播常数b 大于自由空间波数k0，则称为慢波，它只在结构存在不连续时产生辐射。
02均匀漏波天线辐射原理均匀漏波天线辐射原理如图2所示均匀结构，假设导行波沿+z 方向传播，其相位常数为b z ；而在x 方向产生相位常数为k x 的波。
如果自由空间波数是k 0，那么有如下关系式2220x z k k b =−（1）图2 有限大漏波结构的辐射方向与辐射角度示意图➢当k x是一个正实数时，说明x方向会产生漏波。
所以说，b<k0是这种结构产生漏波的辐射条件。
z➢b z的大小取决于模式，不同的模式b z不一样。
➢可见不同的工作模式，可能是导行波，也可能是漏波，并且可以有不止一个漏波模式。
z z zk j b α=−（2）一旦形成漏波，电磁波就会沿着z 方向衰减，因此，除了相位常数b z ，还需在z 方向上引入衰减系数αz ，漏波沿着z 方向以行波因子e -j zk z 向前传播，其中k z 是z 方向的波数：()()2220z z x x k j k j b αα=−+−（3）设电磁波在x 方向上的衰减系数为αx ，相位常数为k x ，那么公式（1）应表示为因为波要沿z方向传播，所以在z方向上αz 是大于0的。
天线与电波传播试验指导书天线与电波传播试验一辐射波幅值分布
天线与电波传播实验指导书天线与电波传播实验一辐射波幅值分布方向性测试一、实验目的1•掌握微波信号发生器及测量放大器的使用方法；2•了解水平面接收天线方向性的测量方法。
二、实验仪器1•标准信号发生器： YM1123或XB9A2.选频放大器： YM3892或XF— 013.喇叭天线4.波导调配器5.可变衰减器6 .波导元件三、实验原理及步骤对于辐射波传输方式，最重要的是测试其辐射场幅值分布的方向性，其表征量是天线方向函数及方向图。
1.系统组成图1-1 系统组成原理框图2 .喇叭天线工程上常用的喇叭天线是角锥喇叭，原因是其匹配较好而效率接近100% （G- D）。
但是由于其口径场的幅值、相位不是均匀分布，虽然其辐射主向仍是口径面法线方向（波导轴线方向），但是主瓣宽度、方向系数的计算很复杂。
可用以下公式进行估算：E面（yoz面）主瓣宽度电子与通信工程实验室= 53—"OSE（ 1-1）bH面（xoz面）主瓣宽度天线与电波传播实验指导书2%5H =80 —a i(1-2 )= 0.51 4二(1-3) 方向系数（最佳尺寸的角锥喇叭）图1-2是角锥喇叭的三维标高方向图。
具体参数喇叭口径a1=5.5入，6=2.75入；波导口径a =0.5入，b =0.25入；虚顶点至口径面距离j 1 =出=6入。
图1-2 角锥喇叭的三维标高方向图图1-3为本实验所用喇叭天线示意图: E面八-mMHfjt-趴 e ■ 0° *:相对提幅图1-3 实验所用喇叭天线电子与通信工程实验室3•测水平面接收天线方向性图1-1为测量喇叭天线方向性的系统组成情况。
测量时改变接收喇叭天线的方位角，可测出喇叭天线水平面的方向性（按接收到信号的强弱）。
严格的测量应在微波暗室中进行，这样可以消除反射波影响。
但在微波段，因其传播方向性较强，而且房屋墙壁吸收较强，地面影响也可略去，因而这样在普通实验室内测量偏差也不很大。
测天线方向图应有专用天线转台，它有精确的角度（水平面方位角，垂直面俯仰角）刻度指示。
无线通信网络第5章-天线与传播
Velocity of electromagnetic wave is a function of the density of the medium
When wave changes medium, speed changes Wave bends at the boundary between mediums
Attenuation
Strength of signal falls off with distance over transmission medium
Attenuation factors for unguided media:
Received signal must have sufficient strength so that circuitry in the receiver can interpret the signal
Propagation Modes
Ground-wave propagation Sky-wave propagation Line-of-sight propagation
Ground Wave Propagation
Ground Wave Propagation
Follows contour of the earth Can Propagate considerable distances Frequencies up to 2 MHz Example
Free Space Loss
Free space loss equation can be recast:
LdB 1l0oP P grt 2l0og 4 d
“天线与电波传播”课程教学改革思考与探索
180Internet Education互联网+教育一、引言天线是任何无线电子系统的重要组成部分，在整个系统中起到了能量转换的作用。
“天线与电波传播”课程是普通高等学校电子信息类专业的一门非常重要的专业基础课，也是通信、雷达、电子对抗等专业的必修课。
该课程以“高等数学”“场论”“电磁场与电磁波”等课程为先导，为“雷达原理”等专业背景课夯实理论基础，在高校人才培养体系中起着承上启下的作用。
课程内容主要分为两大部分，第一部分为天线的基本原理和各种典型天线的结构特点、辐射特性及应用；第二部分为电波传播，主要讲授不同传播方式的特点。
该课程理论性强，并且涉及大量公式、物理概念抽象，因此对学生的数学和物理功底要求较高，被普遍认为是一门“学生难学，老师难教”的课程。
如何让学生较好地学习并掌握本门课程的相关知识，教师作为整个知识传授过程中的引导者和课程的组织实施者，起着非常关键的作用。
通过近几年的“天线与电波传播”课程的教学实践，笔者认真思考并总结了在教学过程中出现的问题，并基于学生的学情和课程情况，积极探索课程教学方式方法的改革，以激发学生的学习热情，提高课程的教学质量和效果。
二、“天线与电波传播”课程教学存在的问题（一）教学内容与教学学时数的矛盾突出随着国家高等本科教学的改革和学科专业的优化调整，本科院校学生所学的课程总量普遍增加。
在总学时不变的情况下，大部分课程的学时数都进行了一定的压缩。
以“天线与电波传播”课程为例，经调整，课程学时数由50学时变为40学时，压缩了20%。
“天线与电波传播”课程作为通信、雷达等专业的主干课程，其教学目标是让学生在进入通信、雷达专业课程学习之前了解不同天线辐射特性以及不同电波传播方式的特点，因“天线与电波传播”课程教学改革思考与探索此该课程的知识点多且理论性强。
此外，新的人才培养方案更重视对学生实践能力的培养，课程教学形式由纯理论教学转变为理论和实践相结合，并逐步加重实践教学的权重，理论授课学时也将进一步压缩。
天线的一些知识和信号传播问题
了解下无线电的传播方式：地表传播：只贴地表传播，不向外空间散射，其特点是信号比较稳定，传播方式主要适用于长波和中波波段。
3兆赫以下。
天波传播：在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，电波射到“电离层’就会被反射回来，走这一途径的电波就称为天波或反射波。
在电波中，主要是短波具有这种特性。
3-30兆赫。
散射传播：是利用对流层或电离层中介质的不均匀性或流星通过大气时的电离余迹对电磁波的散射作用来实现超视矩传播。
这种传播方式主要用于超短波和微波远距离通信。
30-500兆赫。
视距传播：电波直接从发信天线传到收信点(有时有地面反射波)。
目前广泛使用的超短波通信和卫星通信的电波传播均属这种传播方式。
2.4G控至5.8G图传都在超短波范围。
对于需要实时控制的航模飞机来说，除了直接接收到信号，靠任何之外的无线电特性提高距离的方式都是不可靠的，尽管长波中波绕射能力极强，依然受空间玩境制约，很不稳定。
【无线电的“穿透力”】无线电的频率越高，越接近光的传播特性，无线电对绝缘体有穿透，对导体产生反射和绕射。
平时常说的穿透力，其实大部分时候，朋友们是想追求绕射能力，频率越低绕射能力越强，在无线电中，真正使用其绕射能力的波段是长波和中波，也就是3兆赫以下。
在30兆赫以上的频率，基本上都已经都是直射接收了，100兆赫以上时，讲绕射能力，没有什么意义。
无线电真正意义上的穿透，不在咱们的讨论泛围内，玩航模也用不到。
【天线的简单原理和特性】简单的我把可以把发射天线看做灯管，把接收天线看做一只接收灯管，很好理解，要想两支灯管间的信号完美的传递，最佳状态就是两支灯管平行放置。
错误的放置是一支天线立放，一支天线横放，最差的放置是横放的天线指向立放的天线，所以我们安置天线的时候，一定要注意发射和接收天线保持平行，才可以有最佳和最远的接收效果，要绝对避免一支天线指向另一支天线的情况发生。
只要接收和发射天线是平行放置，不论是立放还是倒放，效果是一样的。
天线与电波传播_完整版
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c
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os
0
§1.2 电基本振子
近区场的性质：由于电场和磁场相差90度，故坡印 廷矢量的平均值等于零，这说明无电磁场能量辐射， 称为感应场。
远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
Er E
E
j
H
k I0l
4
rerjkHr sin0
磁的基本单元是磁偶极矩，它可以看作是正负磁 荷的组合。然而，正负磁荷却不能分开，自由磁荷 不能单独存在。所以，在电磁理论中我们不能引入 磁荷密度和磁流密度等概念。
§1.3 磁基本振子
1931年，英国的著名物理学家狄拉克（1933年诺 贝尔物理学奖获得者）首先从理论上讨论了磁单极 子存在的问题。1975年，加利福尼亚和休斯顿大学的 一个小组宣称，他们从高空气球的实验中发现了磁 单极子，曾哄动了当时的物理学界。但后来发现， 如果正确考虑实验中的系统误差，从他们的实验结 果中并不能得出这个结论。1982年3月，美国斯坦福 大学的卡布莱拉又宣称，他利用一个在9K温度下的 铌超导线圈捕捉到一个磁单极子。不过至今许多类 似的实验始终未能发现同样的事例。
A
j
洛伦兹条件：
A j
1
A
j
2 A k 2 A J
E jA jA j
1
A
因此，知道
A
H
1
A
A
E jA jA j
1
A
§1.1 辅助函数法
2 A k 2 A J
A
4
v
Jx,
y,
z
e jkR R
dv
－体电流
A
《天线与电波传播》PPT课件
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8.1天线基本概念
➢ 二维方向图
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8.1天线基本概念
➢ 三维方向图
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8.1天线基本概念
➢ 波束宽度
✓ 方向图中通常都有两个瓣或多个瓣 ❖ 其中最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣
✓ 波束宽度：主瓣两半功率点间的夹角 ✓ 又称为半功率（角）波束宽度、3dB波束宽度 ✓ 主瓣波束宽度越窄，方向性越好，抗干扰能力越强 ✓ 经常考虑3dB、10dB波束宽度
✓ 参考天线为半波振子天线:增益用dBd表示 ✓ 同一个天线用dBd和dBi分别表示时的转换关系为：
0dBd=2.14dBi
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8.1天线基本概念
➢ 天线增益
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8.1天线基本概念
– 天线的极化
➢ 平面波按极化可分为线极化波、圆极化波（或椭 圆极化波）
➢ 极化是指在垂直于传播方向的波阵面上，电场强 度矢量端点随时间变化的轨迹
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8.1天线基本概念
✓ 基本电振子、半波振子、全波振子天线的增益
天线类型 基本电振子 半波振子 全波振子
增益(dBi) 1.76 2.14 3.80
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8.1天线基本概念
✓ 几个名词 ❖ 对称振子：两臂长度相等的振子，每臂长度为λ/4 ❖ 全波对称振子：全长与波长相等的振子 ❖ 折合振子：将振子折合起来
✓ 随着长度L的增加，方向图变得比较尖锐 ❖ L≥λ/2时，除了主瓣外还有副瓣 ❖ L=λ时，在垂直于振轴线的方向上没有辐射
✓ λ/2的对称振子在800MHz频段约200mm长；在400MHz 频段约400mm长
天线与电波传播
天线与电波传播天线部分:引言天线是一种用来发射或接收电磁波的器件，是任何无线电系统中的基本组成部分。
换句话说，发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波，接收天线则与此相反。
于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输，可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。
人类最大的自然资源之一就是电磁波谱，而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。
第一讲:传输线基础知识在通信系统中，传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。
为了更好的了解天线的性能及参数，首先简单介绍有关传输线的基础知识。
传输线根据频率的使用范围区分有两种类型:1、低频传输线;2、微波传输线。
这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识，主要包括反映传输线任Z一点特性的参量:反射系数、阻抗和驻波比,。
,一、反射系数 ,这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为,'Uz()',,()z，'Uz()'jz,,,',Uze0，， (1) ,'jz，',,Uze0，，'jz,2,,,el由上式可以看出，反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，即',,,z (2) ，，l此外，反射系数呈周期性，即'',，,,zmz,/2 (3) ，，，，gZ二、阻抗appearance of the weld appearance quality technical requirements of the project must not have a molten metal stream does not melt the base metal to weld, weld seam and heat-affected zone surface must not have cracks, pores, defects such as crater and ash, surface smoothing, weld and base metal should be evenly smooth transition. Width 2-3 mm from the edge of weld Groove. Surface reinforcement should be less than or equal to 1 + 0.2 times the slope edge width, and should not be greater than 4 mm. Depth of undercut should be less than or equal to 0.5 mm, total length of the welds on both sides undercut not exceed 10% of the weld length, and long continuous should not be greater than 100 mm. Wrongside should be less than or at 0.2T, and should not be greater than 2 mm (wall thickness mm t) incomplete or not allow 7.5 7.5.1 installation quality process standards of the electrical enclosure Cabinet surface is clean, neat, no significant phenomenon of convex, close to nature, close the door. 7.5.2 Cabinet Cabinet face paints no paint, returned to rusted, consistent color. 7.5.3 uniform indirect gap from top to bottom, slot width <1.5mm 7.5.4 adjacent Cabinet surface roughness is 0. 7.5.5 the cabinets firmly fixed, crafts beautiful. 7.5.6 Cabinet surface gauge, switch cabinet mark clear, neat, firm paste. 7.5.7 Terminal row of neat, is reliable, the appearance is clean and not damaged. 7.5.8 cables neat and clean, solid binding, binding process in appearance. 7.5.9 the first cable production firm, crafts beautiful, clear signage does not fade.7.5.10 fireproof plugging tight, no cracks and pores. 7.6 7.6.1 of thestandard electrical wiring quality technology cable a, the multi-core wire bunch arrangement should be parallel to each other, horizontal wire harness or wire should be perpendicular to the longitudinal multi-core wire bunch. The distance between the wire harness and wire harness symmetry, and as close as possible. B-core wiring harness into round, multi-core wire bunch used g wire binding, fastening这里定义传输线上任一点处的阻抗为'Uz，，' (4) Zz,，，'Iz，，经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式'ZjZz，tan,'l0 (5) ZzZ,，，0'ZjZz，tan,l0三、驻波比(VSWR) ,这里定义传输线上任一点处的驻波比为'Uz，，max,, (6) 'Uz，，min经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式1，,l (7) ,,1,,l此外，这里还给出反射系数与阻抗的关系表达式'1，,z，，'ZzZ,，，0'1,,z，，(8) 'ZzZ,，，0',,z，，'ZzZ，，，0这里还简单介绍一下传输线理论所要用到的一些基本参数，例如特性阻抗Z0 以及相位常数，具体表达式如下: ,L2,,,,ZLC, (9) ,,0C,Z此外，不同的系统有不同的特性阻抗，为了统一和便于研究，常常提出归一化0'Zz，，的概念，即阻抗称为归一化阻抗 Z0'Zz，，'Zz, (10) ，，Z0第二讲:基本振子的辐射appearance of the weld appearance quality technical requirements of the project must not have a molten metal stream does not melt the base metal to weld, weld seam and heat-affected zone surface must not have cracks, pores, defects such as crater and ash, surface smoothing, weld and base metal should be evenly smooth transition. Width 2-3 mm from the edge of weld Groove. Surface reinforcement should be less than or equal to 1 + 0.2 times the slope edge width, and should not be greater than 4 mm. Depth of undercut should be less than or equal to 0.5 mm, total length of the welds on both sides undercut not exceed 10% of the weld length, and long continuous should not be greater than 100 mm. Wrongside should be less than or at 0.2T, and should not be greater than 2 mm (wall thickness mm t) incomplete or not allow 7.5 7.5.1 installation quality process standards of the electrical enclosure Cabinet surface is clean, neat, no significant phenomenon of convex, close to nature, close the door. 7.5.2 Cabinet Cabinet face paints no paint, returned to rusted, consistent color. 7.5.3 uniform indirect gap from top to bottom, slot width <1.5mm 7.5.4 adjacent Cabinet surface roughness is 0. 7.5.5 the cabinets firmly fixed, crafts beautiful. 7.5.6 Cabinet surface gauge, switch cabinet mark clear, neat, firm paste. 7.5.7 Terminal row of neat, is reliable, the appearance is clean and not damaged. 7.5.8 cables neat and clean, solid binding, binding process in appearance. 7.5.9 the first cable production firm, crafts beautiful, clear signage does not fade.7.5.10 fireproof plugging tight, no cracks and pores. 7.6 7.6.1 of the standard electrical wiring quality technology cable a, the multi-core wire bunch arrangement should be parallel to each other, horizontal wire harness or wire should be perpendicular to the longitudinal multi-core wire bunch. The distance between the wire harness and wire harness symmetry, and as close as possible. B-core wiring harness into round, multi-core wire bunch used g wire binding, fastening一、电基本振子的辐射电基本振子(Electric short Dipole)又称电流元，无穷小振子或赫兹电偶极子，l,l它是指一段理想的高频电流直导线，其长度远小于波长，其半径远小于，a 同时振子沿线的电流处处等幅同相。