天线原理与设计3解读
天线原理与设计3.2.2 T形天线、 Γ形天线及斜天线
图 3-2-18 h较低，l较长时Γ形天线水平平面方向图
(3) 当水平臂长l较长而h较低时，水平臂受其地面负镜像 的影响而对高空辐射弱，天线仍然沿地面方向辐射最强，但 与鞭状天线不同之处在于这种Γ 的方向性。其水平平面方向图如图3-2-18所示，垂直平面方 向图如图3-2-17(d)
且一般使l≥h，尽量让h高些。超长波T形天线的电高度 h/λ一般都小于0.15。T形天线电流分布如图3-2-11所示，直立 部分电流分布比较均匀，但水平部分两臂的电流方向则相反。
T形天线结构简单，架设也不困难，其高度h可以比普通 的鞭状天线高。为了提高T形天线的效率，其水平部分可用 多根平行导线构成，如图3-2-12所示，也可以附设地网来减
由于Ez与水平臂有一夹角，水平臂感应电动势将减小。故这 种Γ形天线在水平平面有一定的方向性，在使用时应注意。
若水平臂很短，其感应电动势很小，对水平平面方向性
图 3-2-10 T形天线
图3-2-11 T形天线的电流分布
图 3-2-12 宽T形天线
2. 把直立软天线倾斜架设就成为斜天线，如图3-2-13所示， 这种天线架设比较方便，把单导线一端挂在树木或其它较高
由于地面波传播中有波前倾斜现象(参考9.2节)，因而在 水平平面内具有微弱的方向性， 如图3-2-14(a)所示。在垂直 平面内的30°～60°方向上有较明显的方向性，如图3-214(b)
3.2.2 T形天线、 Γ形天线及斜天线
T形天线、Γ形天线是超长波天线的基本形式。 1. T形天线 T形天线结构如图3-2-10所示，它由水平部分(称为顶容 线)、 下引线和接地线组成，由图可知，T形天线类似于加辐 射叶的鞭状天线，只是其顶部的辐射叶较长罢了。T形天线
天线设计原理
天线设计原理天线是无线通信系统中的重要组成部分，它的设计原理直接影响着通信系统的性能和稳定性。
在进行天线设计时，需要考虑到天线的频率范围、增益、方向性、阻抗匹配等因素，以确保天线能够有效地传输和接收信号。
本文将就天线设计原理进行详细介绍，希望能够帮助大家更好地理解和应用天线设计原理。
首先，天线的频率范围是天线设计的重要考虑因素之一。
不同频率的信号需要不同类型的天线来进行传输和接收，因此在进行天线设计时，需要根据实际应用的频率范围来选择合适的天线类型。
例如，对于手机通信系统，需要设计能够覆盖移动通信频段的天线，而对于无线局域网系统，则需要设计能够覆盖无线局域网频段的天线。
其次，天线的增益是衡量天线性能的重要指标之一。
天线的增益决定了天线在特定方向上的辐射能力，通常情况下，天线的增益越高，其辐射范围也越大。
在进行天线设计时，需要根据实际需求来确定天线的增益，以确保天线能够满足通信系统的覆盖范围和传输距离要求。
另外，天线的方向性也是天线设计中需要考虑的重要因素之一。
天线的方向性决定了天线在特定方向上的辐射能力，不同应用场景需要不同方向性的天线来进行覆盖和通信。
在进行天线设计时，需要根据实际应用需求来确定天线的方向性，以确保天线能够实现期望的覆盖范围和通信效果。
此外，天线的阻抗匹配也是天线设计中需要重点考虑的因素之一。
天线的阻抗匹配直接影响着天线与传输线之间的匹配程度，阻抗不匹配会导致信号的反射和损耗，降低通信系统的性能。
在进行天线设计时，需要通过合适的天线匹配网络来实现天线与传输线之间的阻抗匹配，以确保信号能够有效地传输和接收。
综上所述，天线设计原理涉及到频率范围、增益、方向性、阻抗匹配等多个方面，需要综合考虑各种因素来进行设计。
只有充分理解和应用天线设计原理，才能设计出性能稳定、效果优良的天线，从而提高通信系统的性能和可靠性。
希望本文能够帮助大家更好地理解和应用天线设计原理，为无线通信系统的设计和应用提供参考。
天线的原理与设计
天线的原理与设计天线可以说是现代无线通讯不可或缺的组成部分，从电视、广播到无线通讯、卫星通讯，各种无线通讯设备都需要天线才能传输信号。
那么天线的工作原理是什么？如何设计一款好的天线呢？本文将从理论和实践两个方面阐述天线的原理与设计。
天线的原理天线是一种电子设备，它能将电磁波进行有效放射和接收。
天线的结构一般由导体和绝缘体两部分组成，导体是天线的主体，而绝缘体则用于支撑和隔离导体。
当电磁波经过导体时，电场和磁场会被导体反射、吸收或透过。
导体的形状和大小会对电场和磁场的反射、吸收和透过产生影响，因此导体形状和大小的变化会对天线的性能产生影响。
在理论上，天线的控制方程式为弱形式的麦克斯韦方程式，它描述了电磁波在真空和介质中的传播规律。
麦克斯韦方程式包括电场和磁场的方程式，其中电场方程式描述了电荷和电荷分布产生的电场规律，磁场方程式描述了电流和电流分布产生的磁场规律。
通过这些方程式，我们可以计算天线的电场和磁场分量，从而推导出天线的电磁特性。
天线的设计天线的设计是一个复杂的过程，需要考虑众多的因素，包括频率、辐射模式、天线天线天线输入阻抗等。
不同的应用场景需要不同的天线，因此在设计天线时需要先明确天线的具体使用场景。
一般来说，天线设计的过程可以分为三个步骤：第一步是确定天线类型。
常用的天线类型包括单天线、贴片天线、微带天线和功率天线等。
不同的天线类型适用于不同的场景，选择合适的天线类型可以提高天线传输效率。
第二步是确定天线形状和大小。
天线的形状和大小直接影响天线的传输性能。
在确定天线形状和大小时，一般需要考虑天线频率、传输距离以及功率损耗等因素。
第三步是确定天线输入阻抗。
输入阻抗是天线传输的基础，它的大小和匹配直接影响天线的传输效率。
在设计天线时，一般需要先预估天线输入阻抗，然后通过调整天线长度、形状和结构等参数来匹配输入阻抗。
总结天线是无线通讯的核心部分，其工作原理和设计需要深入掌握。
天线的原理可以通过麦克斯韦方程式来推导，而天线的设计需要考虑众多因素，包括天线类型、天线形状和大小以及天线输入阻抗等。
天线设计原理
天线设计原理
天线是无线通信系统中至关重要的组成部分，它的设计原理直接影响着通信系统的性能和稳定性。
本文将介绍天线设计的基本原理，包括天线的基本结构、工作原理和设计要点。
首先，天线的基本结构包括辐射器和馈电系统。
辐射器是天线的主体部分，它负责将电磁波转换为空间电磁波，并与外界空间进行能量交换。
馈电系统则是将无线电频率的能量传送到辐射器上，使其产生电磁波。
辐射器的形状和尺寸、馈电系统的设计方式都直接影响着天线的性能。
其次，天线的工作原理是基于电磁场的辐射和接收。
当天线被接收到电磁波时，其中的电磁场激发辐射器产生感应电流，从而产生感应电磁场。
这个过程是天线接收信号的基本原理。
而当天线被激发电流时，辐射器产生电磁场，从而将电磁波辐射到外界空间，这个过程是天线辐射信号的基本原理。
最后，天线的设计要点包括频率选择、辐射模式和阻抗匹配。
频率选择是指天线要适应的工作频段，不同的频段对天线的设计有不同的要求。
辐射模式是指天线在空间中的辐射特性，包括辐射方
向、辐射功率分布等。
阻抗匹配是指天线的输入阻抗要与馈电系统的输出阻抗匹配，以确保能量传输的有效性。
综上所述，天线的设计原理涉及到天线的结构、工作原理和设计要点。
了解这些原理对于设计和优化天线至关重要，只有深入理解天线的工作原理，才能设计出性能优良的天线产品，满足不同应用场景的需求。
希望本文能够帮助读者更好地理解天线设计的基本原理，并在实际应用中发挥更大的作用。
天线原理与设计33 环形天线
8 1.053 (0.38
1)
11.62Ωຫໍສະໝຸດ 单匝环的辐射效率为A
0.788 0.788 1.053
42.8%
8匝环的辐射效率为
A8
50.43 50.43 11.62
81.3%
提高小环天线效率的另一种方法是在环线内插入高磁导 率铁氧体磁芯，以增加磁场强度，从而提高辐射电阻，这种 形式的天线称为磁棒天线，如图3-3-2所示。磁棒天线的 辐射电阻Rr′
Rr
20(k 2S)2
320π4
S2
4
(3-3-3)
图 3-3-1 环形天线坐标
当电尺寸很小时，小环天线实际上相当于一个带有少量 辐射的电感器，它的辐射电阻很小，其值通常小于导线的损 耗电阻Rl，因而天线辐射效率很低，其效率由下式计算:
A
Rr Rr
Rl
(3-3-4)
通常假设小环的损耗电阻与长度为环周长的直导线的损
Rr
Rr
0
2
(3-3-9)
图 2-3-2 磁棒天线
解 单匝环的辐射电阻为
Rr
320π4
S2
4
320
π4
π 252
0.788 Ω
8匝环的辐射电阻为 Rr8=0.788×82=50.43 Ω
单匝环的损耗电阻为
Rl
b a
0 2
1 25 104
π 108 4π 10-7 5.7 107
1.053 Ω
8匝环的损耗电阻为
Rl 8
8
Rl
Rp R0
1
RrN
20N 2 (k 2S)2
320π2N 2
S2
4
(3-3-7)
对于多匝环的损耗电阻，紧挨着的环的邻近效应引起的 附加损耗电阻可能大于趋肤效应引起的损耗电阻，N匝环总
天线的原理
天线的原理
天线是无线通信系统中的重要组成部分，它的原理是通过接收或发射电磁波来进行无线信号的传输。
天线的原理涉及到电磁学和无线通信技术，下面将对天线的原理进行详细的介绍。
首先，天线的原理可以通过电磁学来解释。
根据麦克斯韦方程组的理论，当电流通过导体时会产生电磁场，而天线就是利用这一原理来进行信号的收发。
当天线接收到电磁波时，电磁波会感应导致天线中的电流产生变化，从而产生电压信号。
而当天线被用于发射信号时，电流通过天线会产生电磁波，从而进行信号的发射。
因此，天线的原理可以通过电磁学来解释，它是利用电磁场的感应和辐射来进行无线信号的传输。
其次，天线的原理还涉及到无线通信技术。
在无线通信系统中，天线是起到信号的收发作用的重要部分。
通过天线的接收和发射，可以实现无线信号的传输和通讯。
在接收端，天线接收到的电磁波会转化为电信号，然后经过解调等处理过程，最终转化为人们可以理解的语音、图像等信息。
而在发射端，电信号会经过调制等处理，然后通过天线转化为电磁波，进行无线信号的发射。
因此，天线的原理与无线通信技术密切相关，它是实现无线通信的重要环节。
总之，天线的原理涉及到电磁学和无线通信技术，通过利用电磁场的感应和辐射来进行无线信号的传输。
天线在无线通信系统中扮演着重要的角色，它的原理是实现无线通信的基础。
通过对天线原理的深入了解，可以更好地理解无线通信系统的工作原理，为无线通信技术的发展和应用提供理论基础。
希望本文对天线的原理有所帮助，让读者对天线的工作原理有更清晰的认识。
天线原理与设计(王建)3PDF版(优选.)
+
I1 I0
e− jβ r1 ]
r1
作远场近似：对幅度 1/ r1 ≃ 1/ r0
对相位 r1 = r0 − rˆ0izˆd = r0 − d cosθ
(1.89)
并设
I1 / I0 = me− jα
(1.90)
式中，m为两单元电流幅度比，α为两单元电流之间的相
位差，若α>0，则I1滞后于I0；若α<0，则I1超前于I0 ； 若α=0 ，则I1与I0同相位。式(1.89)可写作
(1.93)
合成相差
ψ = β d cosθ − α
(1.94)
由式(1.92)可见，二元阵总场方向图由两部分相乘而 得，第一部分f0(θ,φ)为单元天线的方向图函数；第二部 分fa(θ,φ)称为阵因子，它与单元间距d、电流幅度比值m、 相位差α和空间方向角θ有关，与单元天线无关。因此 得方向图相乘原理：
(1.106)
阵因子为
N −1
N −1
∑ ∑ = E0
e = E jn( β d cosθ −α ) 0
e jnψ = E0 fa (ψ )
n=0
n=0
+ 2 + e jβd sinθ sinϕ ]
=
j 60I r
e− jβ r
− jβ d sinθ sinϕ
f0 (θ ,ϕ )[e 2
+ e ] jβ d sinθ sinϕ 2
2
=
j 60I r
e− jβ r
f0
(θ
,ϕ
)4
cos2
(
βd 2
sinθsinຫໍສະໝຸດ )=j 60I r
e− jβ r
天线原理与设计3.1.2 笼形天线
笼形天线的方向性、尺寸的选择都与双极天线相同。笼形 天线用于移动式电台很不方便，在固定的通信台站应用较多
图 3-1-10 笼形天线结构示意图
笼形天线的等效半径ae可按下式计算:
ae
bn
na b
(3-1-14)
其中，a为单根导线半径； b为笼形半径； n为构成笼的 导线根数。若取a＝2 mm，b＝1.5 m，n＝8，则ae＝0.85 m， 上述64 m双极天线的特性阻抗为353.6 Ω。
2l a
1
120
ln
2 22 0.85
1
353.6
Z0A
120
ln
2l a
1
120
ln
44 0.002
1
1079
120
ln
2 22 0.85
1
353.6
为了进一步展宽笼形天线的工作频带，可将笼形天线改 进为分支笼形天线，如图3-1-11(a)所示，其等效电路如图31-11(b)所示，开路线3-5、 4-6与短路线3-7-4(分支)有着符 号相反的输入阻抗，调节短路线的长度，即改变3和4(参见图 3-1-11(a))在笼形上的位置，可以改善天线的阻抗特性，展宽
图 3-1-14 平面片形对称振子
ae
b
n
na b
1.5
8
8 0.002 1.5
0.85m
假设有一64m (即2×10(高)＋2×22(长)=64 m)双极天线， 其导线直径为4 mm时，特性阻抗约为1 kΩ，若用增加直径的 办法，使特性阻抗为350 Ω
Z0 A
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UESTC
3
集中参数分析法
• 电小天线是弱辐射电感性或电容性元件，最简单的方法是：
– 电感性天线可等效为电阻Rm及电感L的串联电路，Rm表示天线的 辐射电阻。 – 电容性天线可等效为电导Ge和电容C的并联电路，Ge表示天线辐 射电导。
• 集中参数分析法就是用集总参数元件的等效电路来描述天 线并分析其性能的方法。
3
V' 9 VS 2
4 VS 3
2
3
其中V=Ab为天线的体积；V’为有效体积；V’=Ka,bV；VS为弧度球的体积。
2018/12/3 UESTC 10
集中参数分析法
(a)
(b)
(c)
(d) 线 环
（e）宽 条环
(f)多线环
• 扩展频带：降低整个天线系统的Q值。增大与负载之间的 耦合、增大天线尺寸以提高pe来实现。 • 结论是：虽然细导线和粗圆锥体实际尺寸大不相同，但有 效体积相差甚小。这是由于天线的有效体积受长度影响大， 受横向尺寸影响较小所致。
E r E n 1 jkr e 1 2 E a ( 1 ) P (cos ) n n kr n H E
2018/12/3
UESTC
15
朱兰臣模式匹配法之四
• 依据方向系数定义
D( ) 4 E
2
天线原理与设计
阮成礼 电子科技大学
2018/12/3 UESTC 1
主要研究内容
• 电小天线的分析方法
• 电小天线的宽带技术 • 加载线天线
– 优化算法GA – 折合单极子天线
2018/12/3 UESTC 2
电小天线的分析方法
• 集中参数分析法，
• 模式匹配法， • 传输线模型法。
2018/12/3
2018/12/3
UESTC
6
辐射功率因子
• 谐振回路的Q值不仅与天线的辐射电阻有关， 也和天线回路的损耗电阻有关。
• “辐射功率因子”为电小天线实功率（辐 射功率）和虚功率（无功功率）之比。
– 对于容性天线辐射功率因子为 – 对于感性天线辐射功率因子为
2018/12/3 UESTC
pe
Ge C
( 2) a n P' n (cos )hn (kr) n
r 输入
Байду номын сангаас
2018/12/3
UESTC
14
朱兰臣模式匹配法之三
• 式中an在目前是未知系数；Pn(cosθ)是n阶勒让德多项式； / P’n(cosθ)是第一类连带勒让德多项式； 是自由空间特 性阻抗；时间因子为exp（jωt）。在远区，场的纵向分量 趋于0，此时
2018/12/3 UESTC 11
模式匹配法
• 模式匹配法即借助于位函数求解麦克斯韦方程得出辐射场 的表示式。 • 模式匹配法作为一种波导分析的方法应用到天线中来，在 分析各种双锥天线的辐射特性和输入阻抗特性获得了很好 的效果。 • 模式分析法从数学推导上说是严密的，由此得出的结论至 今仍作为电小天线经典依据。 • 除少数结构简单的天线外，要由此来得出某一具体天线的 电流分布及其具体性能指标仍然是非常困难的。
2018/12/3
UESTC
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朱兰臣模式匹配法之二
• 设在一半径为a的球体内，包含一个沿z轴放置的电偶极子 型天线。根据球面波函数理论，球外的场可用一组球面波 函数表示，此时为TM模式，其场分量可表示为
H ( 2) hn (kr) Er j a n n(n 1) Pn (cos ) n kr 1 d 1 ( 2) E j rhn (kr) a n Pn (cos ) n kr dr
4 3 a 3
4 VS 3 2
3
2018/12/3
8
磁偶极子
有
2 1 V A 2 1 2a pm ( 1 ) ( 1 ) ' VS '
3
对于理想磁芯（ ' ），在线圈内无磁场储能，此时
VA pm VS
2018/12/3
UESTC
9
电偶极子
C Ka
A
b
2
2 Rre 20(kb) 2 20 b
2 A e pe Rr C 20 b K a b
K a Ab 6 2
3
2
K aV 6 2
0
2
0
E sindd
2
将 E代入，并借助于勒让德多项式的正交性
0
2n( n 1) P (cos sin d 2n 1
1 n 2
2018/12/3
0
Pn1 (cos )Pn1' (cos ) sind 0
UESTC
16
朱兰臣模式匹配法之五
D ( )
2018/12/3 UESTC 12
朱兰臣模式匹配法之一
• 朱兰臣对轴对称TM场进行了分析。
• 采用串联电容和并联电感所构成的梯形等效网络 来表示天线，网络的节数和元件的参数均与波型 的阶数有关。 • 根据场表示式，求各个模式方向系数表示式，及 最大方向性系数及在最大方向系数条件下的Q值， 从而得出方向系数和带宽的上限。
Rm L
7
pm
磁偶极子
L 2 2 0 an2 (1 ) 1 3 '
4
2 m 2 2a 2 2 Rm Z0 n (1 ) 3 '
Z 0m 为远区的波阻抗。并考虑
kv
m Z0 0v 120
v
1
UESTC
VA
a
n
n ( 1) 2 a n n
n 1 2
2
Pn1 (cos )
在赤道平面(
1 Pn ( ) 0
2018/12/3
UESTC
4
电小天线的等效电路
电容性天线
电感性天线
2018/12/3
UESTC
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早期天线研究方法
• 上世纪40年代，人们习惯于用等效电路来 分析天线，设计出了各种电小天线，惠勒 归这纳了 这种方法。 • 等效电路方法直观、简便，具有众所熟悉 的优点，但不够严格，难用于一些结构较 为复杂的天线。