第7章__讲义_天线
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天线基础概述优秀课件
Main Lobe:主波束 最大輻射方向的波束
HPBW:半功率波束寬 主波束的半功率的角度寬。
Minor Lobe:次波束 主波束之外的均稱次波束
Back Lobe: 與主波束相背的波束
Side Lobe:旁波束 與主波束相鄰的波束
方向性
方向性(directivity): 特定方向的輻射強度與天線全部方向輻射 強度的平均值之比。換言之，特定方向的 輻射強度與等值天線(isotropic antenna) 之比。
另一種效益稱為天線效益，比天線輻射效 益還多考慮的阻抗不匹配的損失。
天線增益
天線增益=天線方向性*天線輻射效益 單位為dBi。 使用電波暗室所量測得到的數值即為天線
增益。
精品课件！
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極化 polarization
天線之極化定義為以地球表面為基準，輻 射波的電場方向即為極化方向。
近場與遠場 (2)
Radiation near field:
電抗能量減少，可輻 射的能量開始散佈在 這個區域。
R2=2D2/λ
Radiation far field:
電抗能量已經不存在， 只有輻射能量存在於 這個區域。
在此區域中功率密度 將與天線的距離平方 成反比。
輻射場型
天線輻射場型是依據輻射遠場 特性所畫出的圖形。
一般極化區分為Linear(線性)與circular(圓 形)極化二種。
Linear含有Vertical與Horizontal Circular含有RHCP與LHCP
天线基础概述
天線如何輻射
天線輻射主要來至於 電流的移動或是具有 加速度的電子。
電子如果隨時間做週 期性變化時，也會產 生輻射。
天線產生電磁波之方 式如右圖。
HPBW:半功率波束寬 主波束的半功率的角度寬。
Minor Lobe:次波束 主波束之外的均稱次波束
Back Lobe: 與主波束相背的波束
Side Lobe:旁波束 與主波束相鄰的波束
方向性
方向性(directivity): 特定方向的輻射強度與天線全部方向輻射 強度的平均值之比。換言之，特定方向的 輻射強度與等值天線(isotropic antenna) 之比。
另一種效益稱為天線效益，比天線輻射效 益還多考慮的阻抗不匹配的損失。
天線增益
天線增益=天線方向性*天線輻射效益 單位為dBi。 使用電波暗室所量測得到的數值即為天線
增益。
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極化 polarization
天線之極化定義為以地球表面為基準，輻 射波的電場方向即為極化方向。
近場與遠場 (2)
Radiation near field:
電抗能量減少，可輻 射的能量開始散佈在 這個區域。
R2=2D2/λ
Radiation far field:
電抗能量已經不存在， 只有輻射能量存在於 這個區域。
在此區域中功率密度 將與天線的距離平方 成反比。
輻射場型
天線輻射場型是依據輻射遠場 特性所畫出的圖形。
一般極化區分為Linear(線性)與circular(圓 形)極化二種。
Linear含有Vertical與Horizontal Circular含有RHCP與LHCP
天线基础概述
天線如何輻射
天線輻射主要來至於 電流的移動或是具有 加速度的電子。
電子如果隨時間做週 期性變化時，也會產 生輻射。
天線產生電磁波之方 式如右圖。
天线知识讲座讲解
天线部分一、天线理论知识天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其质量的优良和是否合理使用对无线通信工程的成败起到重要作用。
所以我们必须全面了解天线。
1、天线的方位图：方位图是天线电气性能的最重要指标它直接全面的反映出天线的辐射特性。
定义：天线的辐射电磁场在一定距离上随空间角坐标分布的图形。
由于电磁场的矢量特征包含了幅度、相位、极化方向等信息，因此，对应有：幅度方向图、相位方向图。
而电磁场的幅度可用场强和功率密度表示，所以，幅度方向图又分为场强方向图和功率方向图。
除非特殊说明，在一般情况下，通常天线方向图指的是功率方向图，幅度以dB为单位。
根据定义，天线的方向图是三维立体图，但实际获得完整的三维方向图是非常困难的。
通常根据天线的结构特点，选择两个或多个特征面测得该平面内的二维方向图如：E面方向图：通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面；H面方向图：通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面；水平面方向图（Horizontal）：是指与地面平行的平面内的方向图；垂直面方向图（Vertical）：是指与地面垂直的平面内的方向图。
当天线为垂直极化时，H面近似为水平面，E面近似为垂直面，如果天线为水平极化则情况正好相反。
E面图和H面图只是描述了天线的功率密度的分布情况，但不能定量的反映天线的主要特征。
为了更好的描述天线的方向图，常使用半功率波束宽度、副瓣电平、前后比、第一上副瓣抑制、第一下零点填充等都是描述方向图特征的指标。
2、波瓣：零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。
半功率点波瓣宽度：在E面或H面的等距线上，主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍（或一半功率密度）的两辐射方向之间的夹角。
副瓣电平：在E面或H面的等距线上，副瓣最大值与主瓣最大值之比，通常用dB表示。
后瓣：与主瓣相反方向上的副瓣。
前后比：等距线上，主瓣功率密度最大值和后瓣功率密度最大值之比(dB)在实际应用中由于天线的上副瓣信号不能起到覆盖的作用，且常常造成越区覆盖的问题，所以我们会想方设法抑制这个方向上信号的发射，而一般与主瓣方向夹角较小的第一上副瓣的功率密度最大，影响最坏，所以我们以对它的抑制为考察指标：第一上副瓣抑制（FirstUpper Side Lobe Suppression ）。
天线简介ppt课件
方位即水平面方向图
- 3dB点
60°(eg)
峰值
- 3dB点
Peak - 3dB
15°(eg)
Peak
Peak - 3dB
俯仰面即垂直面方向图
10dB 波束宽度
- 10dB点
120°(eg)
峰值
32°(eg)
- 10dB点 Peak - 10dB
Peak
Peak - 10dB
23
5.上旁瓣抑制
上旁瓣抑制
53
多径传播与反射
54
３. 电波的绕射传播
电波在传播途径上遇到障碍物时，总是力图绕 过障碍物，再向前传播。这种现象叫做电波的绕 射。超短波的绕射能力较弱，在高大建筑物后面 会形成所谓的“阴影区”。信号质量受到影响的 程度不仅和接收天线距建筑物的距离及建筑物的 高度有关，还和频率有关。
55
4、移动通信信道的特点 易衰减 易受干扰，干扰强。 不稳定
终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于１，匹配也就 越好。
40
驻波比、反射损耗和反射系数
41
电压驻波比（VSWR）对网络的影响：
VSWR 反射功率比 辐射功率减少 减少百分比
3.0
25%
2.15dB
40%
2.0
11%
0.86dB
18%
1.8
8%
0.67dB
14%
1.5
4%
0.36dB
21
3. 前后比
对天线的前后比F / B 有要求时，其典型值为（18 ~ 30）dB， 特殊情况下则要求达（35 ~ 40）dB .
后向功率
前向功率
以dB表示的前后比
天线PPT课件(完整版)
Hertz ，KIT的教授 无线电之父
赫兹实验的无线电系统
天线发展简史
二、1901, 马可尼（Guglielmo Marconi, 1874-1937，1909 年 诺贝尔物理学奖） 1901年马可尼成功实现横穿大西洋（英国—加拿大） 的无线电通信。位于英国（Poldhu, England）的发射天线 由50根斜拉导线组成，用悬于60米高的木塔间的钢索支撑。 位于加拿大（Newfoundland, Canada）的接收天线是200米 长的导线，由风筝牵引。 马可尼，意大 利人，当时年 仅20岁。
1 H A
B H A
A
－磁矢量位函数
§1.1 辅助函数法
B E t 1 H A
E jA E jA
2 H A A A D H J t
§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。
I 0l e jkr Ar Az cos cos 4 r I 0l e jkr A Az sin sin 4 r
A 0
1 1 Ar ˆ rA 对于磁场： H r r
微波与天线技术第7章电波传播概论
电波在地球表面传播时，会受到地面的反射和吸收作用，影响传 播效果。
地形地貌的影响
地形地貌的起伏变化会对电波传播产生影响，如山丘、建筑物等障 碍物。
应用场景
移动通信、无线局域网、广播等。
04
电波传播的应用
无线通信
无线通信是电波传播最重要的应 用之一，它利用电磁波在空气中 传播信号，实现远距离的信息传
应用场景
卫星通信、广播、雷达等。
大气中的电波传播
折射与散射
01
电波在大气中传播时，会受到大气中各种粒子的折射和散射作
用，导致传播方向发生改变。
吸收与衰减
02
大气中的水蒸气、氧气、二氧化碳等成分对电波具有吸收作用，
导致能线通信、广播、气象观测等。
地球表面上的电波传播
地面对电波的反射与吸收
随着导航技术的发展，智能交通系统、物流配送等领域也得到了广泛应用，提高了 交通效率和安全性。
05
电波传播的未来发展
电波传播技术的进步
1 2
5G及未来通信技术
随着5G技术的普及，电波传播技术将进一步优 化，实现更高速、更低延迟的数据传输。
毫米波与太赫兹波段的应用
毫米波和太赫兹波段具有大带宽和高速传输的潜 力，未来将广泛应用于电波传播领域。
电磁波的折射
当电磁波从一种介质进入另一种介质时，其 传播方向会发生改变，这种现象称为折射。 折射角与入射角和两种介质的折射率有关。
03
电波传播的介质特性
自由空间的电波传播
传播方式
电波在自由空间中以球面波的方式传播，随着距离的 增加而扩散。
传播特性
电波在自由空间中的传播损耗与频率的平方成正比， 与距离的平方成正比。
3
精品文档-电磁场、微波技术与天线(宋铮)-第7章
第7章 微波元件
图7-2-5 小功率波导匹配负载
第7章 微波元件
小功率同轴线匹配负载如图7-2-6所示，它是通过在同轴内
大功率匹配负载须采用“体”吸收的方法。考虑到热量吸收 的同时，还要考虑到散热问题。吸收物体可以是固体(如石墨和 水泥混合物)或液体(通常采用水)。大功率匹配负载常采用“水 负载”，利用流动的水作为微波吸收物质。水是一种很好的微波 吸收材料，其损耗角正切很大，能强烈地吸收微波功率。水的比 热很大，在流动的情况下，可以耗散很大的功率，故适宜作为大 功率微波吸收材料。图7-2-7给出了大功率波导水负载示意图， 它是在波导终端安置劈形玻璃容器，其内通以水，吸收微波功率。 流进的水吸收微波功率后温度升高，根据水的流量和进出水的温
(3) 当波由1、2两臂等幅反相输入时，则在3臂有“差” 输出，如图7-2-18(c)
(4) 当波由1臂输入时，则在2、3臂有等幅同相输出，即 S21=S31；当波由2臂输入时，则在1、3两臂有等幅同相输出， 即S12=S32
H面分支的等效电路相当于一个具有并联分支的传输线， 如图7-2-19所示。
第7章 微波元件
7.2.3 波导分支结构 1. E-T 如图7-2-14所示，分支在波导的宽边上，且与TE10波的
Ey分量平行，故也称为E面分支。 其结构特点为主波导的两 臂1、2以分支臂4(称为电臂)
当TE10波从4端口输入时，1与2端口将有等幅反相的输出， 其电场力线的分布如图7-2-15(a)所示。同理可得图7-215(b)、(c)的力线分布图。
弯头和弯曲改变的是传输方向，而极化方向不变。有时需
要改变极化方向而传输方向不变， 这就要用到均匀扭转，其
形状示于图7-2-10中，其长度一般选为
软件无线电原理与技术 (7)
第7章 可重构多天线阵列
在理想情况下，智能天线可以做到将天线方向图主瓣对准有
用信号，而把副瓣或零陷对准干扰，一般M个天线阵元可以产生M-
1个零陷对准干扰方向。但实际的无线通信环境很复杂，干扰信号 很多，存在多径效应，自由度有限(由天线阵元数决定)，有用信 号和干扰信号在入射方向上只有很小的夹角等因素都使得实际情 况达不到理想的要求。但是追求最大的信噪比仍然是系统的最终 目标。
数字智能天线技术则指在射频或中频将模拟信号数字化，然 后利用丰富的数字信号处理理论和发达的集成电路技术造就的DSP、 FPGA或ASIC等实现快速的数字波束赋形(DBF，Digital Beam Forming)。
近年来，随着微计算机和数字信号处理技术的发展，智能天 线技术已经成为无线通信中最具有吸引力的技术之一。
因此，可重构多天线阵列和软件无线电两者是互补的关系。
第7章 可重构多天线阵列
可重构多天线阵列通常有两种主要的类型： 一种是基于波 束赋形的智能天线技术； 另一种是基于空间分集的多输入多输 出(MIMO)技术。这两种技术的着眼点不同，应用目的不同，但系 统构成形式是比较类似的，即均是多天线系统(一般可以根据发射 和接收两端天线的数目把系统分为SISO、SIMO、MISO、MIMO四类)， 在一些国外的文献中往往并不加以区分，常统称为智能天线技术 或MIMO技术。在这里，我们可以认为智能天线是一种特殊的MIMO 系统。下面分别对这两种技术予以介绍。
βxm cos sin θ βym sin sin θ βzm cosθ
(7-8)
这里， 2π ，为自由空间传输常量。
第7章 可重构多天线阵列
第m个阵元接收的信号为
um (t) Am (t)e j m (t)
第7章 电波传播概论
⑥ 天波通信, 特别是短波通信, 建立迅速 ，机动性好, 设备 简单, 是短波天波传播的优点之一。
第7章电波传播概论
7.4 地面波传播
一 、概念
无线电波沿地球表面传播的传播方式称为地面波传播。
当天线低架于地面 ， 且最大辐射方向沿地面时 ， 主要是 地面波传播。
在长 、 中波和短波的低频段(几K～几MHz)常用这种传播 方式。
④ 电离层所能反射的频率范围是有限的, 一般是短波范围。 由于波段范围较窄, 因此短波电台特别拥挤, 电台间的干扰很 大 ， 尤其是夜间； 由于电离层吸收减小, 电波传播条件有所改 善, 台间干扰更大。
⑤ 由于天波传播是靠高空电离层的反射, 因而受地面的吸 收及障碍物的影响较小, 也就是说这种传播方式的传输损耗较 小, 因此能以较小功率进行远距离通信。
当超短波 、短波投射到这些不均匀体时 ， 就在其中产生感 应电流 ， 成为一个二次辐射源, 将入射的电磁能量再辐射。
这种再辐射是无序的 ， 随机 方向的辐射 ，称为散射。
通过散射 ， 电波就能到达不 均匀介质团能“看见 ”但发射点 却不能“看见 ”的超视距范围。
第7章电波传播概论
三 、散射通信的特点
几千米或十几千米的近距离通信。
海水的电导率比陆地的高 ， 因此在海面上要比陆地上传得 远的多。
2 、传输质量稳定
由于地表面的电性能及地貌 、地物等并不随时间很快地变 化 ， 并且基本上不受气候条件的影响, 因此信号稳定, 这是地面 波传播的突出优点。
第7章电波传播概论
7.5 不均匀媒质的散射传播
一 、定义 电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀的“介质
1 、损耗大： 散射波相当微弱 ， 传输损耗很大（包括自由 空间传输损耗 、散射损耗 、大气吸收损耗及来自天线方面的损 耗, 一般超过200dB） ， 因此对流层散射通信要采用大功率发 射机 、 高灵敏度接收机和高增益天线。
第7章电波传播概论
7.4 地面波传播
一 、概念
无线电波沿地球表面传播的传播方式称为地面波传播。
当天线低架于地面 ， 且最大辐射方向沿地面时 ， 主要是 地面波传播。
在长 、 中波和短波的低频段(几K～几MHz)常用这种传播 方式。
④ 电离层所能反射的频率范围是有限的, 一般是短波范围。 由于波段范围较窄, 因此短波电台特别拥挤, 电台间的干扰很 大 ， 尤其是夜间； 由于电离层吸收减小, 电波传播条件有所改 善, 台间干扰更大。
⑤ 由于天波传播是靠高空电离层的反射, 因而受地面的吸 收及障碍物的影响较小, 也就是说这种传播方式的传输损耗较 小, 因此能以较小功率进行远距离通信。
当超短波 、短波投射到这些不均匀体时 ， 就在其中产生感 应电流 ， 成为一个二次辐射源, 将入射的电磁能量再辐射。
这种再辐射是无序的 ， 随机 方向的辐射 ，称为散射。
通过散射 ， 电波就能到达不 均匀介质团能“看见 ”但发射点 却不能“看见 ”的超视距范围。
第7章电波传播概论
三 、散射通信的特点
几千米或十几千米的近距离通信。
海水的电导率比陆地的高 ， 因此在海面上要比陆地上传得 远的多。
2 、传输质量稳定
由于地表面的电性能及地貌 、地物等并不随时间很快地变 化 ， 并且基本上不受气候条件的影响, 因此信号稳定, 这是地面 波传播的突出优点。
第7章电波传播概论
7.5 不均匀媒质的散射传播
一 、定义 电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀的“介质
1 、损耗大： 散射波相当微弱 ， 传输损耗很大（包括自由 空间传输损耗 、散射损耗 、大气吸收损耗及来自天线方面的损 耗, 一般超过200dB） ， 因此对流层散射通信要采用大功率发 射机 、 高灵敏度接收机和高增益天线。
《天线技术》 PPT课件
2rl
25
H
E
0sI sine 2r
0sI sine 2r
jk jk r
r
小电流环电磁场的性质： ① 电场与磁场在空间相互垂直，均与r 成反比； ② 电场与磁场在时间上相差180度，平均坡印廷矢量 为实数，且沿r 方向，为横电磁波； ③ 电场与磁场的比值等于 120 ； ④ 具有方向性，在 90 度方向有最大辐射； ⑤场与环的面积成正比，与环的形状无关。
21
只有磁流和磁荷时限定形式的麦克斯韦方程：
(Em
Hm
)
Jm
H m
t
(Em )
t
H m m (Em ) 0
比较电流和电荷产生的场与磁流和磁荷产生的场所得
出的对偶关系为
He
Em ,
Ee
Hm,
J
Jm
,
m,
,
,
1
22
磁基本振子：一段长度远小于波长，其上磁流等幅同 相分布的细导线。
I
Im
E
E
H
Hm
Hm
Em
说明：磁荷与磁流是假想的，到目前为止，在自然界 中并没有发现磁荷与磁流的存在。
20
引入磁流、磁荷后 的麦克斯韦方程：
H
E
J
E
Jm
t
H
t
D
B m
只有电流和电荷时限定形式的麦克斯韦方程：
H e
Ee
J
Ee
t H e
t
Ee H e 0
2. 已知电基本振子长为1米，其中电流为 i 10 cos3.14 106t(A),
求 r 10Km, 300 处的平均功率流密度 Pav 。
天线越高越好吗？ 为什么？
25
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小电流环电磁场的性质： ① 电场与磁场在空间相互垂直，均与r 成反比； ② 电场与磁场在时间上相差180度，平均坡印廷矢量 为实数，且沿r 方向，为横电磁波； ③ 电场与磁场的比值等于 120 ； ④ 具有方向性，在 90 度方向有最大辐射； ⑤场与环的面积成正比，与环的形状无关。
21
只有磁流和磁荷时限定形式的麦克斯韦方程：
(Em
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Jm
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比较电流和电荷产生的场与磁流和磁荷产生的场所得
出的对偶关系为
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J
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1
22
磁基本振子：一段长度远小于波长，其上磁流等幅同 相分布的细导线。
I
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H
Hm
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说明：磁荷与磁流是假想的，到目前为止，在自然界 中并没有发现磁荷与磁流的存在。
20
引入磁流、磁荷后 的麦克斯韦方程：
H
E
J
E
Jm
t
H
t
D
B m
只有电流和电荷时限定形式的麦克斯韦方程：
H e
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2. 已知电基本振子长为1米，其中电流为 i 10 cos3.14 106t(A),
求 r 10Km, 300 处的平均功率流密度 Pav 。
天线越高越好吗？ 为什么？
微波技术与天线--第7章
p=2 ρ1 1 0 1
p u
图7-1-5 圆形口径抛物渐削分布
表7-1-1 抛物渐削圆口径分布的辐射特性
p 半功率主瓣宽度 第一副瓣电平 面积利用系数 归一化方向性函数
rad dB
F , p
Λ 1 u
0 1 2
1.02 D
-17.6 -24.6 -30.6
9
1.00 0.75 0.55
u2 u1 πD2
D1
dxs φ dys P’
sin sin
x
图7-1-2 矩形平面口径及其坐标系
πD1
注：均匀分布口径面的归一化方向性函数与均匀直 线阵的完全相同。 6
第7章 口径面的辐射
7.1.3 同相矩形口径面的辐射
2. 余弦分布
xs E cos D Es xs , y s 0 1 0
7.2.1 旋转抛物面的几何特性
在直角坐标系 o1 x1 y1 z1 中，抛物面方程
x12 y12 4 fz1
在极坐标系 F r 中的抛物线方程 2f 2 r f sec M’ 1 cos 2
d0 0 tan 4f 2
z r θ rs y ρ φ ds HS P’ ES o P (x, y, z)
S
复振幅
2 dE dE2 dE
Es xs , y s 1 cos s e jkrs dxsdys j 2rs 图7-1-1 平面口径辐射场的坐标系
x
3
第7章 口径面的辐射
7.1.1 平面口径远区辐射场的一般公式
两个主平面的辐射场
EH
0
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第7章 天线
7―2 元电辐射体
所谓元电辐射体是指一段载有高频电流的短导线, 导线全长l<<λ,导线直径d<<l,线上的电流振幅是相等的, 线上各点的电流相位亦认为是同相的。
元电辐射体是线状天线的基本单元,因此讨论元电 辐射体具有重要的实际意义。对元电辐射体的分析,我 们采用球坐标系。将元电辐射体的中心放在坐标系原 点,如图7―2―1所示。
第7章___天线
精品
第7章 天线
7―1 引言
无线电广播,通信,遥测,遥控以及导航等无线电系统 都是利用无线电波来传递信号的.而无线电波的发射和 接收都通过天线来完成.因此天线设备是无线电系统中 重要的组成部分.图7―1―1和图7―1―2指出了天线设 备在两种典型的无线电系统中的地位,其中图7―1―1为 无线电通信系统的基本方框图.
Rr
80 2( l )2
(7―2―7)
第7章 天线
(6) 方向性图。由式(7―2―2)可以看出,元电辐射体 的辐射场强值在等r距离的球面空间各个方向上是不相 同的,它的方向性r函数为
F(θ,φ)=sinθ
(7―2―8)
第7章 天线 图 7―2―2
第7章 天线
方向性函数的坐标图形称为方向性图,它形象描写 辐射体向空间不同方向上的辐射能力。由于方向性函 数是坐标θ和φ的函数,因此三维坐标系统中的方向性图 为立体图。图7―2―2(a),(b)和(c)分别表示元电辐射体 在φ=0平面(E面),θ=90°平面(H面)内极坐标的方向图和 立体方向性图。
第7章 天线
在远区范围内kr>>1,即λ/r<<1,因此式(7―2―1)中 r-1项起主要作用,而r-2和r-3项均很小,可以忽略不计。故 远区的电磁场可近似表示为
Er
Ee
E0
E
j Il 4 r
0
sin e jkr
j Il
2r
0 sin jkr
H
r
H0
0
E
j 4 r
sin e jkr
第7章 天线
天线通过辐射场向外部空间辐射电磁波,其辐射功 率即为通过包围此天线的闭合曲面的功率流的总和,即
Pr S Ssds
对于元电辐射体
Ss1 2(EH)2 E002arar(2 Il2r0 s0in)2
(7―2―3) (7―2―4)
ar为r方向单位矢量,将式(7―2―4)代入式(7―2―3)得到
第7章 天线 图 7―3―1
第7章 天线
一, 对称振子的辐射场 工程上计算对称振子的辐射Байду номын сангаас的近似方法是:把对 称振子看成是终端开路的传输线两臂向外张开的结果, 并假设其上的电流分布仍和张开前一样,然后将振子分 成许多小段,每一小段上的电流在某个瞬间可认为各处 相同,即把每个小段看作一个元电辐射体,于是空间任一 点的场强是许多元电辐射体在该点产生场强的叠加。
第7章 天线
可见天线设备是将高频振荡能量和电磁波能量作可 逆转换的设备,是一种“换能器”。天线设备在完成能量 转换的过程中,带有方向性,即对空间不同方向的辐射或 接收效果并不一致,有空间方向响应的问题其次天线设备 作为一个单口元件,在输入端面上常体现为一个阻抗元件 或等值阻抗元件。与相连接的馈线或电路有阻抗匹配的 问题。天线的辐射场分布或接收来波场效应,以及与接收 机,发射机最佳的贯通,就是天线工程所最关心的问题。 本章侧重讨论天线的辐射场空间分布问题。
j
Il
2r
0
sin
jkr
E0
0
第7章 天线
由此可见远区场具有下列特点: (1)远区空间内任意一点电场和磁场在空间方向上 相互垂直,在时间相位上同相。 (2)远区场纵向分量Er<<Eθ,而磁场分量只有横向分 量Hφ,故远区场近似为TEM波。 (3)远区场的相位随r的增加不断滞后,其等相位面为 r等于常数的球面。 (4)远区场的电场与磁场的幅度｜E｜与｜H｜之比 η0为自由空间的波阻抗。 (5)辐射功率与辐射电阻。
第7章 天线
7―3 对称振子天线
对称振子的结构如图7―3―1所示,它由两段同样 粗细和相等长度的直导线构成,在中间两个端点之间进 行馈电,且以中间馈电点为中心而左右对称的。由于它 结构简单,所以被广泛用于无线电通信,雷达等各种无线 电设备中,也可作为电视接收机最简单的天线设备。它 既可作为最简单的天线使用,也可作为复杂天线阵的单 元或面天线的馈源。
对称振子上的电流分布可表示为
第7章 天线
由发射机产生的高频振荡能量,经过发射天线变为 电磁波能量,并向预定方向辐射,通过媒质传播到达接收 天线附近.接收天线将接收到的电磁波能量变为高频振 荡能量送入接收机,完成无线电波传输的全过程.
第7章 天线 图 7―1―1
第7章 天线 图 7―1―2
第7章 天线
图7―1―2为无线电定位系统的基本方框图.发射天 线和接收天线常合用一副天线.利用天线开关的转换作 用,分别接入发射机和接收机.当天线与发射机接通时,此 天线作发射天线用当天线与接收机接通时,此天线作接 收天线用.
2 P r0
(Il0s in)2r2s indd 4 02 I2 (l)2
0 2r
20
(7―2―5)
第7章 天线
由上式可见辐射功率与天线的结构,电尺寸以及激
励电流有关。为了说明辐射体本身的特性,我们引入另
一个参量——辐射电阻Rr,定义为
Rr
2 Pr I2
(7―2―6)
式中的I是波源电流的幅值,将式(7―2―5)代入上式,得
k2 j
r
k r2
j
1 r3
)
e
jkr
E 0
第7章 天线 图 7―2―1
第7章 天线
由上式可见,元电辐射体的电场有r和θ方向两个分 量,而磁场只有φ方向分量。而且电场矢量和磁场矢量 相互垂直。在Er,Eθ和Hφ分量中都含有r-1,r-2和r-3三项或 其中二项。
现根据观察点P离元电辐射体的远近可分为三个区 域:近区(kr<<1),远区(kr<<1)和中间区域。因接收点在 很远处,我们这里只讨论远区场。
第7章 天线
设元电辐射体上电流分布为Iejωt,则利用矢量位A不
难求得空间P点的场强。P点的球坐标是(r,θ,φ),这里仅
写出结果:
H
r
H
H0 Il 4
0 sin
(
j
k r
1 r2
)e
jkr
E
r
Il 4
2
k cos( r2
j
k r3
)e
jkr
(7―2―1)
E0
Il 4
1
sin ((