第3章(新) 天线特性参数
第3章 行波天线
D
D——螺旋的直径；
l0
s
h 2a
a——螺旋线导线的半径；
s——螺距，即每圈之间的距离；
α——螺距角，
arctan s D
l0——一圈D 的长度，l0 (D )2s2s/sin
s
N——圈l数0 ；
同 轴线D 输 入
(a )
l0
金 属 接 地 板 h——轴向长度，h=Ns
(b )
s
一圈展开图形
第3章 行波天线 y A
终端 吸收 铁线 回授 线
回授 线长 度调 节器
回授式菱形天线
第3章 行波天线
三、行波V形天线（Traveling Wave Vee Antenna）
V 形斜天线，仅有一根支杆和两根载有行波电流的导线组成，架 设很简单，适用于移动的台站中。
馈线
Rl Rl
第3章 行波天线
第二节
螺旋天线
D
提高天线的有效高度之一——分布 式加载，其典型天线之一即为螺旋鞭天 线 （Helical Whip Antenna）。
信使用； （2）副瓣多，副瓣电平较高； （3）效率低，由于终端有负载电阻吸收能量。
第3章 行波天线
为了改善菱形天线的特性参数，常采用双菱天线 菱形对角线之间的距离 d≈0.8λ，其方向函数表达式为:
f2(,)f1(,)cos(k2 dcossin)
单菱形天线的 方向函数
d
~
双菱天线的旁瓣电平比 单菱形天线低，增益系 数约为单菱形天线的 1.5～2倍。
第3章 行波天线
3、 菱形天线的尺寸选择及其变形天线
当通信仰角Δ0 确定以后，选择主瓣仰角等于通信仰角。 使 f(Δ0) 最大，分别取各个因子分别最大：
第三章-天线的性能参数PPT课件
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（6）有效长度
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（7）极化
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（8）工作频带宽度
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（9）功率容量
输入到天线上的功率不可能无限制增大，其主 要限制在于天线表面的电场和介质材料的性质， 即由天线周围的空气及天线绝缘子的介电强度 决定。
70
在球坐标系中
3
R r-r, (r2 2rr' r'2)1/2
r(12rr2r'
r'2 r2
)1/2
利用 r ' r 求R的近似表达式，
采用二项式定理将R展开
Rrr'(rˆrˆ,)r'2[1(rˆ.rˆ')2]r'3 (rˆ.rˆ')1[(rˆ.rˆ')2]
2r
2r2
rr'cosr'2si2nr'3 cossi2n
10
远区辐射场的近似计算
11
12
3.2 发射天线的性能参数
发射天线的作用：一、是将导行波转换为自由 空间波；二、 是定向辐射。
发射天线的参数就是根据这两种作用规定。
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（1）功率密度和辐射强度
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例子：基本电振子的辐射功率和辐射强度
基本电振子远区场：
E
j Il 4 r
6
偏差为π/8时的r值。
第三项 r '2 sin 2
2r
取 r' D
2
900 代入并令其等于λ/16
(D/ 2)2
第三章 天线的性能参数.
则
rff
2D
2
远场条件：
r 2D2
r D r
远区场的特点： •电场与磁场互相垂直，并垂直于传播方向。 •电场与磁场满足平面波关系。 •天线辐射实功率。 •场的角分布与距离无关。
3. 近场区的定义： r
2D2
为近场区
若R的近似取前三项，令第四项的最大值为λ/16 D3 r 0.62 则可得 1） 0.62 D3 / r 2D2 / 为辐射近场区 辐射功率>无功功率 场的方向图是r的函数 可能有相当大的径向分量 2） 为感应近场区 0 r 0.62 D3 / 无功功率占优势
（2）辐射阻抗和输入阻抗
（3）天线的效率
各波段天线的效率 长中波天线：辐射效率低，可能低于10% 原因：天线的长度和高度与波长比较小 馈线间的阻抗匹配较差 超短波、微波天线：效率较高，甚至达100%
(4) 天线的方向性：
方向性函数
例：基本电振子的辐射方向图
方向图
将方向函数用图形表示就称为天线的 方向图。 1) 方向图分类 a . 立体方向图 天线的辐射作用分布于整个空间，因 而天线的方向图是一个三度空间的分布 图形。
远区辐射场的近似计算
3.2 发射天线的性能参数
发射天线的作用：一、是将导行波转换为自由 空间波；二、 是定向辐射。 发射天线的参数就是根据这两种作用规定。
（1）功率密度和辐射强度
例子：基本电振子的辐射功率和辐射强度
基本电振子远区场：
Il E j sin e jkr 4r Il jkr H j sin e 4r Er 0 H r H E 0
优点：形象，直观。 缺点：复杂，难画。
天线的主要性能指标
天线的主要性能指标天线是无线通信系统中的重要组成部分，它的性能直接影响到通信系统的稳定性、可靠性和性能。
天线的主要性能指标可以分为以下几个方面。
1.频率范围：天线的频率范围是指天线能够工作的频率范围。
不同的无线通信系统需要不同的频率范围，因此天线的频率范围应该能够覆盖所需的频率范围。
2.增益：天线的增益是指天线在特定方向上相对于理想同轴电缆天线的功率增加量。
增益越高，天线的接收和发射效果就越好。
增益与天线的指向性有关，指向性越高，增益越高。
3.方向性：天线的方向性是指天线在空间范围内辐射和接收电磁信号的特性。
天线的方向性可以通过天线的辐射图来表示，主要包括主瓣方向和边瓣。
4.波束宽度：波束宽度是指天线主瓣的宽度，也可以理解为天线对信号的接收和发送的方向选择性。
波束宽度越小，方向选择性越好，但覆盖范围也会减小。
5.阻抗匹配：天线的阻抗匹配是指天线的输入阻抗与馈线的阻抗保持一致。
阻抗匹配不好会导致信号的反射和损耗，影响信号的传输质量。
6.驻波比：驻波比是指天线输入端口处的反射波和传输波之比。
驻波比越小，说明天线的阻抗匹配越好，信号的传输质量越好。
7.前后比：前后比是指天线在其中一方向上的辐射功率与在反方向上的辐射功率之比。
前后比越大，说明天线的方向性越好，信号的传输干扰越小。
8.极化方式：天线的极化方式有垂直极化、水平极化、圆极化等。
天线的极化方式应与无线通信系统的极化方式一致，以保证信号的传输效果。
9.环境适应性：天线的环境适应性是指天线在不同的环境条件下的性能表现。
例如，天线在恶劣天气条件下的性能是否稳定，是否受到周围物体的干扰等。
10.承载能力：承载能力是指天线能够承受的最大功率。
天线的承载能力应该能够满足无线通信系统所需的功率要求，以确保天线的稳定运行。
总之，天线的性能指标决定了它在无线通信系统中的适用性和性能表现。
无论是接收还是发射信号，在选购天线时，需要根据具体的应用需求，选择适合的天线，并通过合理的安装和调试，实现最佳的通信效果。
天线的五个基本参数
天线的五个基本参数
1 关于天线的五个基本参数
天线作为无线通讯的核心技术受到各路观众的广泛关注，五个主
要的 parametric 参数是天线特性的重要参考指标，包括增益、驻波比、半功率角、垂直波束宽度和水平波束宽度。
1 增益
增益(也被称为功率增益)是衡量天线收发能力的重要性能指标，
多用来衡量天线的信号增益真实性，一般越大表示接收和发射信号能
力越强。
一个常见单位是dBi，它是相对于理想天线的增益。
2 驻波比
驻波比是衡量天线稳定性的重要指标，表示通过某一频率的有功
功率与负载的比例，驻波比越高，表示天线稳定性越强。
3 半功率角
半功率角是衡量天线波束宽度的重要指标，是指在半功率容量点
(3dB点)处，天线发出和接收能量线与光轴之间夹角，这个角度越小，表示天线空间分布越集中，优度越高。
4 垂直波束宽度
垂直波束宽度是指一条水平线上，从天线输出的重要能量路径两
头向垂直方向投射的角度。
它受到天线结构的影响很大，我们一般认
为越窄的波束宽度，表示发射的范围越窄，表示天线的利用效率越高。
5 水平波束宽度
水平波束宽度是指一条垂直线上，从天线输出的重要能量路径两头向水平方向投射的角度，是衡量天线射向性的重要指标。
天线的水平波束宽度越窄，表示波束能量线对水平方向的散射越少，传输效率越高。
总之，增益、驻波比、半功率角、垂直波束宽度和水平波束宽度都是专业从事无线通信设计必备的参数，这五个参数从不同的角度反映了天线的性能，所有的参数都应该按照项目特点来进行综合评估。
天线的基本参数
天线的基本参数
天线作为一种对信号起到聚集作用的装置，它被广泛应用于无线电、广播、通信和测量系统中。
它是一个把引线变成发射和接收信号的介质。
天线具有几个基本参数，包括频率、增益、振幅接收和发射特性、工作频率、型号等等，它们在诊断、安装和调节天线系统中有重要作用。
首先，天线的频率是指它可以接收或发射信号的最低频率和最高频率。
天线的频率一般在数千赫兹和数万赫兹之间测量。
信号被发射或接收的频率越低，天线就需要越长。
其次，天线的增益是指它调制输出的能量除以被发射信号的能量的比率，天线的增益可以用瓦特表示。
天线的增益越大，接收的能量越大，使用的幅度越小。
振幅接收特性反映了接收信号的各个方向上的信号强度。
它指明了各个方向上的能量分布情况，也可以用来衡量接收信号的容量。
发射特性也可以用振幅表示。
发射特性指明了发射信号的容量以及如何从发射端发出信号以及如何到达接收端。
另外，工作频率是指天线可以正确工作的频率范围。
它也可以用来表示天线的极限频率限制。
最后，天线的型号是指它的几何结构和尺寸。
这些有助于调节天线的特性和功能。
总之，天线的基本参数对于诊断、安装和调节天线系统都是很重要的。
对于任何安装、调节和使用天线的操作，都要熟悉其基本参数，
以便更好地进行工作。
最新天线的主要特性
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。
天线的主要特性（二）天线增益所谓天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向发射的能力。
天线增益定义为：取定向天线主射方向上的某一点，在该点场强保持不变的情况下，此时用无方向性天线发射时天线所需的输入功率Pi0，与采用定向天线时所需的输入功率Pi之比称为天线增益，常用“Ｇ” 表示。
天线的基本参数
天线的基本参数
天线是一种用来发射或接收无线电波的装置，它是无线电信号传输的关键部件。
天线是无线电系统的最重要部分，因此其参数决定了无线电系统的性能。
本文将讨论天线的常用参数，包括相对增益、发射功率和功率比等，以便读者了解相关知识。
首先，相对增益是指天线将输入功率转换为输出功率的性能指标。
它的大小可以用分贝dB(dB)来表示，它的值受天线的结构、尺寸等
参数影响。
一般情况下，相对增益越大，天线就能发射出越强的信号。
其次，天线的发射功率也是一个重要参数，它决定了信号传输的质量和距离。
一般情况下，发射功率越高，信号强度就越强，传播距离就越远。
第三，功率比也叫做辐射因数，它描述的是天线发射所有功率所辐射的信号比例。
一般来说，功率比越大，信号传播距离就越远。
还有一些其他重要参数，如天线阻抗，它决定了天线与电路之间电阻的大小，换句话说，天线阻抗会影响信号波形和传播范围。
此外，还有辐射偏振度，它决定了天线不同方向发射的信号强度；还有转动因数，它是指将天线旋转到极端方向时发射功率的百分比。
本文的目的是让读者了解天线的基本参数，它们是构成无线电系统的重要组成部分，比如相对增益、发射功率、功率比等，是决定无线电系统性能的重要指标。
此外，天线阻抗、辐射偏振度和转动因数也是重要的参数。
通过对这些参数的正确设置，可以实现最佳的无线通信效果。
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3.2 天线的方向性和增益
3.2.1方向函数 （1）电基本振子的辐射场
60 Il E j sin exp( jk r ) r （为场点、坐标原点连线与天线轴线的夹角） 60 I l E sin r
一般来讲，损耗电阻的计算是比较困难的，但可由实验 确定。若要提高天线效率,必须尽可能地减小损耗电阻 和提高辐射电阻。 通常，超短波和微波天线的效率很高，接近于1。
15
反射
Rl Pl Rr Pr
P in P r P l
传输
Rin Rr Rl
在不连续处会发生反射与传输的现象，电压反射系数为Γ
H E
Pr
2 0
E dP r 2
2
2 r sin dd
0
E 2
2
2 r sin dd
r2 2
2 2 d E sin d 0 0
W
可用来求任意天线的辐射功率
n 1 1 3 5 ...... n为偶数 2 2 4 6 n n n 积分公式： 02 sin xdx 02 cos xdx 2 64 6 1 ...... n 1 n为奇数 n 3 5 7
提高天线效率：减少损耗电阻，提高辐射电阻 14
1 2 Pin Pr Pl ; Rin Rr Rl ; P I R 2
Pl
Pin
Rin
物理意义：表示有百分之几的高频电流的输入
有功功率转变成了辐射出去的电磁波能量。
Rn 结论：辐射电阻 R越大，损耗电阻 越小，天线 r 的就越高。在工程设计中， 往往给定，这时就 Rr Rl 需要降低 来提高天线的效率。
I I m sin wt
7
将 E 代入，得：
Im Pr 3
2
l
2
在自由空间，电偶极子的辐射功率为：
I ml Pr 40
2
8
2
2、辐射电阻 Rr： 发
射 机
Pr
发 射 机
Rr
辐射电阻Rr：电流元向外的辐射能量来自波源，对于波源来说，
2
电特性参数
• 天线的分析：求给定天线的特性参数；
• 天线综合：在预先给定天线参数的情况下， 求天线上的电流分布
根据互易定理，对一个无源线形天线来说，无论是用 于发射，还是用于接收，天线的特性参数都是相同的。
3
3.1 天线的辐射功率和辐射电阻
以天线为中心，作一球面（球面半径 r>>波长 ）,则从天线辐射出来的能 量必须全部通过这球面。
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3 天线效率：天线辐射功率与输入有功功率的比值，称为 天线的效率。
一般来说,载有高频电流的天线导体及其绝缘介质 都会产生损耗，因此输入天线的实功率并不能 全部地转换成电磁波能量。可以用天线效率 ( Eff iciency) 来表示这种能量转换的有效程度。 天线效率定义为天线辐射功率Pr与输入功率Pin 之比，记为η A，即
10
l Pr＝40 I
2 2
2
P r天线辐射功率 P 辐射电阻耗散
2
I 2 Rr辐射电阻 2
2
l Rr 80 11
• 例题：求波源频率f=1GHz，线长l=1cm的导线的 辐射电阻。（1）设导线是长直的；（2）设导线 弯成环形形状。 （3）辐射1W的功率分别需要多大的电流？
电流元相当于波源的负载。工程实际中．为了衡量天线辐射功 率的大小，以辐射电阻Rr表述天线。
是将天线辐射到空间中的总辐射功率等效地视为被一个电阻所吸收， 这个电阻值便是天线的辐射电阻。
辐射电阻是天线辐射能力的表征，当不同的天线上有同样的参考电流 值时，辐射电阻越大，则它所等效“吸收”的功率越大，也就是天线 产生的辐射功率越大，辐射能力越强
Pr A Pin
13
3 天线的效率（Efficiency）
in
Pr 天线效率A：天线辐射有功功率Pr 与天线输入的 A P in 有功功率P 之比，表示天线能量转化的量度，即
发 射 机
Pl
Pin
Pr
Hale Waihona Puke PrRrRl
Pr Rr Rr (1 2 25) Pin Rin Rr Rl
发射机的发射功率Pt , 馈电点处反射功率（对天线来说是损耗）为：Pt 2 ； 传输功率（天线的输入功率）为Pin Pt 1－ 2 传输＝ Pr Pt 1－ 2 A Pt 1－ 2 Pt
Pr 2 1－ A (1.2.26) 16 Pt
例：求电偶极子的辐射功率？ 电偶极子的辐射场
2 Ilk jkr sin e E j 4wr E E 0 r
传播常数
k w
Ilk jkr H j 4r sin e H H 0 r
此处Im为振 幅值，即电 流最大值。
9
2、辐射电阻 Rr： 发
射 机
Pr
发 射 机
Rr
辐射电阻Rr：电流元向外的辐射能量来自波源，对于波源来说，
电流元相当于波源的负载。工程实际中．为了衡量天线辐射功 率的大小，以辐射电阻Rr表述天线。
1 2 Pr I m Rr 2
2 Pr Rr 2 Im
Im为电流振幅。 R称为辐射电阻， r
1、辐射功率：在单位时间内通过球面向 外辐射的电磁能量的平均值。
4
3.1 天线的辐射功率和辐射电阻 z
rd
r sin d
r sin
r
1 S E H 2
y
I x
d
ds r sin d d
2
5
通过小面积ds的功率为
1 2 dPr Sds E H r sin dd 2
第3章 天线的特性参数
1
机械特性参数：形状，尺寸，材料，可靠性等 一次参数：方向性图，输入阻抗， 效率 二次参数：方向性系数，增益， 波瓣宽度，前后比，极化特性等
• 描述天线工作特性的参数称为天线电参数(Basic Antenna Parameters)，又称电指标。它们是定量衡 量天线性能的尺度。 • 大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线 把高频电流能量转变成空间电波能量以及定向辐射的能 力。