天线理论与设计基本概念
天线原理介绍
可能产生的五阶交调 频段（MHz） 850~900
897~992
920~945 942~972 1765~1865 1820~1870 2100~2175 2080~2155
结论
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
三阶不落入到Rx的接收 范围，五阶落入到Rx的
接收范围
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
垂直面波束宽度7度
垂直面波束宽度 14度 7度
上3dB覆盖点 667.84米 307.19米
主瓣顶点 198.49米 198.49米
下 3dB覆盖点 114.48米 145.79米
主瓣覆盖距离 553.36米 161.4米
天线原理—天线基本概念
天线辐射参数
辐射参数: 主瓣； 副瓣； 半功率波束宽度； 前后比； 交叉极化鉴别率； 增益； 上旁瓣抑制； 下零点填充； 波束下倾角；
将天线放倒，测得RSSI值为-110dBm
小结：最终判定为外界干扰信号所致。
天线指标测试
天线辐射参数的测试
天线指标测试
电路参数的测试
交调测试仪
网络分析仪
天线指标测试
可靠性能的测试
振动试验
风洞试验
天线指标测试
高低温湿热试验
汽车模拟试验
淋水试验
Thanks!
上行频段 （MHz） 825~835
890~909
885-890 909~915 1710~1730 1745~1755 1940~1955 1920~1935
可能产生的三阶交调 频段（MHz） 860~890
916~973
925~940 948~966 1785~1845 1830~1860 2115~2160 2095~2140
天线理论与设计
3.轴向模螺旋天线上沿螺旋线行进的行波的相速度比在 自由空间时平面波的速度 （大或小），这种螺旋线 导行的波被称为 。 4.根据第六章宽带天线所学内容说出三种具有宽带特性的 天线型式： ， 和 。
10.天线辐射方向图,按不同辐射特性主要定义为 方向图,二者关系的数学表示是 。
概念原理复习
11.发射天线是垂直极化，接收天线为水平极化，则极化失配 因子等于 ；发射天线是圆极化，接收天线为水平极化， 则极化失配因子等于 。 12.均匀激励等间距线阵，当N较大时第一副瓣电平趋于 余弦渐削分布的旁瓣电平为 dB。 13.天线的远区场角分布与 无关,电场与磁场满随着振子长度的增加,方向性系数 方向图开裂,方向性系数急剧下降。 15．等幅同相二元阵间距大于
,但振子长度超过
方向图将出现多瓣。
概念原理复习
三、试叙述微带贴片天线的结构，辐射机理及其优缺点。 四、试叙述八木－宇田天线的结构及其工作原理。 五、试叙述对数周期振子阵的结构及辐射机理。
概念原理复习
相似原理（缩比原理）: 指天线的所有尺寸和工作频率（或波长）按相同的比例 变化，天线的性能将保持不变。（换言之，若天线的电 尺寸保持不变，天线的性能也将不变。）
方向性系数:最大辐射方向上的方向性值
概念原理复习
一、填空题
1.根据天线产生场的特性可以将离天线从近到远的空间 区域划分为 、 和 三个场区。一般天线方向图 是在 场区定义。
六、利用一在轨卫星上36 dB增益的天线，以点波束指向最远2000km外地 球上的用户，系统在频率3GHz时能发射的功率最大可达7W。如果用户的 2 dB增益天线指向卫星，为使其在最大距离处至少收到100dBm功率， 求卫星所需的发射功率，且系统发射功率是否满足所需功率要求？
天线理论与设计—第二章
n 0,1,2, 顺时针 n 0,1,2,逆时针
左旋圆极化波为逆时针，右旋圆极化波为顺时针
第二章
3，椭圆极化 A.
Ex Ey , 45
Ex Ey , 45
n
n
n 0,1,2
n 0,1,2
B.
1 2n 2 1 2n 2
第二章
波瓣
主瓣、副瓣、旁瓣和背瓣
第二章
第二章
波瓣宽度 半功率波瓣宽度：从方向图的原点过辐射强度是最大值一
半(对应场强是最大值的 1
2 )的点的
矢量所夹的角度。（3dB波瓣宽度） E面和 H面的半功率波瓣宽度分别用2HPE 和2HPH表示。 第一零陷波瓣宽度：从方向图的原点与主瓣的根部相切的 矢量所夹的角度。用20表示 副瓣电平（SLL）：副瓣峰值与主瓣最大值之比。 以分贝表示为
2 40 ° 2 70 °
3 00 °
(a ) 极 坐 标 表 示 的 H面 方 向 图
E
1 0 .9 0 .8 0 .7 0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2 0 .1 0 0 －5 －10 －15 －20 －25 －30 －35 20 40 6 0 8 0 1 00 1 20 1 40 1 60 1 80 / ° (b ) 直 角 坐 标 H面 方 向 图
Pin 1 2 I in Rr 2 e 1 1 2 2 I in Rr I in Rl 2 2 e
r
Rr Rr Rl
对于电小天线
1 Rl Rr e 2
Rr Rin
对于一些口径天线
e 1
第二章
2.2.2 辐射方向图 定义：天线的辐射特性随空间坐标的变化图形。 通常辐射方向图在远区确定，辐射特 性包括场强、辐射强度、相位或极化。
天线原理与设计_讲义8
(6.3) (6.4) (6.5) (6.6) (6.7)
链接
L Nd , 1 d 端射阵方向图最大值出现在θ=0处，因此令 Z0 Z | 0 L(1 ) / 2 sin( Z 0 ) Fmax Z0
由方向性系数公式
4 D 2 d F 2 ( )sin d W
a=0.002λ, L=0.4781λ, Lr=0.49λ, Ld=0.45λ, dr=dd=0.04λ
(1) 结构 八木天线又称引向天线、 波渠天线。它是由一根馈电 振子和几根无源寄生振子并 排放置组成的，如图所示。 其简化模型如下图所示 ■馈电的有源振子 一般选为半波谐振长度 lA=(0.46～0.49)λ ■反射器振子 长度lR=(1.05~1.15)lA , 也可用多根振子或反射网作反射器。 间距dr=(0.04~0.2)λ 。
opt 1
2L
(6.26)
或
Lopt
2(1 )
应当指出，汉森—伍德亚德条件是在阵列很大N>>1、 单元间距较小d<λ/4的情况下导出的。第一个条件是显然 的，第二个条件是端射阵不出现栅瓣的条件。
6.4 八木天线与返射天线
6.4.1 八木天线 (YAGI—UDA Antenna)
0.5 0.2796 / Nd
0.2796 o 2 ( rad ) 60.6 ( ) Nd Nd
得
2 0.5
(6.25b)
与普通端射阵的 2 0.5 108 / Nd (o)相比减小了1/3以上。
由汉—乌条件 及 可得最佳相速比
L L
/ / c / v
式中，u d (1 cos ) ，且 / N ， 令 sin( Nu / 2) 0 ，可得
（完整word版）天线基本原理
（完整word版）天线基本原理第⼀讲天线基本原理⼀、天线的基本概念1．天线的作⽤在任何⽆线电通信设备中，总存在⼀个向空间辐射电磁能量和从空间接收电磁能量的装置，这个装置就是天线。
天线的作⽤就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间⽆线信道，或从空间⽆线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。
2．天线问题的实质从电磁场理论出发，天线问题实质上就是研究天线所产⽣的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的电特性。
空间任何⼀点的电磁场满⾜电磁场⽅程——麦克斯韦⽅程及其边界条件。
因此，天线问题是时变电磁场问题的⼀种特殊形式。
从信号系统的⾓度出发，天线问题可以理解为考察由⼀个电磁波激励源产⽣的电磁响应特性。
从通信系统的⾓度出发，天线可以理解为信号发射和接收器，收发天线之间的⽆线电信号强度满⾜通道传输⽅程和多径衰落特性。
3．对天线结构的概念理解采⽤不同的模型，对天线可以有不同的理解。
典型的模型⽐如：●开放的电容[思考] 野外电台或电视发射塔，⽆线电视或电台接收机，为什么能构成⼀个天线，其电流回路在什么地⽅？●开放的传输线从传输线理论理解，天线可以看做是将终端开路的传输线终端掰开。
●TM mn型波导将天线辐射看做是在4π空间管道中传输的波导，则对应的传输波型是TM型波，但在传输过程中不断遇到波导的不连续性，因此不断激励⾼次模。
由电磁波源和电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构波的形成都需要波源和传输媒质。
在⼀盆⽔中形成机械波纹，可以使⽤点激励源产⽣波，并在⽔⾯上传播。
波的传播特性只与媒质特性有关⽽与波源⽆关。
将⼀个⾁包⼦扔出去，这个⾁包⼦可能产⽣不同的结果，或者被狗吃了，或者掉在什么地⽅了，都与扔包⼦的⼈不再有任何关系。
⽽对天线来说，馈点的激励源就是这种波源，天线导体和外界空间就是传输媒质。
不过电磁波的传输媒质可以是真空。
[思考] 电磁波具有波粒⼆象性。
频率越低，波动性越强；频率越⾼，粒⼦性越强。
所以光波主要表现出粒⼦性，⽽长波表现出波动性。
天线原理及设计复习
λ
分析对称振子天线的已知条件是什么？ 对称振子天线上的正弦电流分布是基于什么原理得到的？ 正弦电流分布 I ( z ) = I m sin[ β (l − | z |)] , − l ≤ z ≤ l 三角形电流分布 I ( z ) = I m (1− | z | / l ) , − l ≤ z ≤ l 单行波天线上的电流分布 I ( z ) = I 0e − j β ′z ,
6
cos( sin θ ) 2 yz 面： f (θ ) = , 0 cosθ
π
⎛ βd ⎞ ⎛π ⎞ f12 (θ ) = 2 cos ⎜ sin θ ⎟ = 2 cos ⎜ sin θ ⎟ ⎝ 2 ⎠ ⎝2 ⎠
0 ≤θ ≤π
⎛π ⎞ f12,1' 2 ' (θ ) = 2 sin ( β H cos θ ) = 2 sin ⎜ cosθ ⎟ , ⎝2 ⎠
Байду номын сангаас
2l
ρ
) − 1] ，输入阻抗随长度的
5 、二元耦合振子天线的阻抗方程总辐射阻抗
⎧U1 = I1m Z11 + I 2 m Z12 阻抗方程 ⎨ ⎩U 2 = I1m Z 21 + I 2 m Z 22
7
I 2m ⎧ Z = Z + Z12 1 11 r ⎪ I1m ⎪ 单元的辐射阻抗 ⎨ ⎪ Z = I1m Z + Z r2 21 22 ⎪ I 2m ⎩ 总辐射阻抗 Z ∑ = Z r1 + Z r 2
f12 = 2 sin(
βd
2
cos θ ) ；
cos θ ) ；
βd
2
■形成心脏形方向图的二元阵阵因子：
(α = ±
π
天线理论与设计基本概念
天线理论与设计基本概念波导理论是天线理论与设计的核心内容之一、波导是一种能够传输电磁波的结构，它包括导体壳体和介质。
波导理论研究在导体壳体内的电磁波传输问题。
波导理论研究的是电磁波在导体壳体内的传输模式、传输特性以及与界面的相互作用。
波导理论对于天线的设计与优化起着重要的指导作用。
辐射场理论是天线理论与设计的另一个重要概念。
辐射场是指天线辐射电磁波的空间分布。
辐射场理论研究的是天线辐射电磁波的传播方向、辐射功率以及辐射场分布特性等问题。
辐射场理论对于天线的辐射效率、方向性以及覆盖范围等方面进行了研究与分析。
天线参数是天线理论与设计中的基本概念之一、天线参数包括辐射功率、辐射效率、增益、方向性、驻波比等。
辐射功率是指天线辐射的功率大小，辐射效率是指天线将输入的电能转换为电磁波辐射的能量百分比。
增益是指天线辐射功率与单极点辐射功率之比，可以衡量天线输出信号强度的大小。
方向性是指天线在一些方向上辐射功率明显大于其他方向的性质。
驻波比是指天线输入端反射波与传输波之间的电压或电流的比值，是天线工作状态的一个重要参数。
天线理论与设计的基本概念还包括阻抗匹配、谐振频率、辐射模式等内容。
阻抗匹配是指将无源天线的输入阻抗与信源的输出阻抗匹配，以提高天线的工作效果。
谐振频率是指天线工作时的频率，是天线设计中的重要参数。
辐射模式是指天线在不同方向上辐射功率分布的形态。
综上所述，天线理论与设计的基本概念包括波导理论、辐射场理论、天线参数等内容。
这些基本概念对于天线设计优化、无线通信系统优化等具有重要的指导作用。
在实际应用中，需要结合具体的需求和条件，综合考虑各个参数与要求，进行天线的设计与调试，以提高天线的性能与可靠性。
天线基本原理
第一讲天线基本原理一、天线的基本概念1．天线的作用在任何无线电通信设备中,总存在一个向空间辐射电磁能量与从空间接收电磁能量的装置,这个装置就就是天线。
天线的作用就就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间无线信道,或从空间无线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。
2．天线问题的实质从电磁场理论出发,天线问题实质上就就是研究天线所产生的空间电磁场分布,以及由空间电磁场分布所决定的电特性。
空间任何一点的电磁场满足电磁场方程——麦克斯韦方程及其边界条件。
因此,天线问题就是时变电磁场问题的一种特殊形式。
从信号系统的角度出发,天线问题可以理解为考察由一个电磁波激励源产生的电磁响应特性。
从通信系统的角度出发,天线可以理解为信号发射与接收器,收发天线之间的无线电信号强度满足通道传输方程与多径衰落特性。
3．对天线结构的概念理解采用不同的模型,对天线可以有不同的理解。
典型的模型比如:●开放的电容[思考] 野外电台或电视发射塔,无线电视或电台接收机,为什么能构成一个天线,其电流回路在什么地方？●开放的传输线从传输线理论理解,天线可以瞧做就是将终端开路的传输线终端掰开。
●TM mn型波导将天线辐射瞧做就是在4π空间管道中传输的波导,则对应的传输波型就是TM型波,但在传输过程中不断遇到波导的不连续性,因此不断激励高次模。
由电磁波源与电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构波的形成都需要波源与传输媒质。
在一盆水中形成机械波纹,可以使用点激励源产生波,并在水面上传播。
波的传播特性只与媒质特性有关而与波源无关。
将一个肉包子扔出去,这个肉包子可能产生不同的结果,或者被狗吃了,或者掉在什么地方了,都与扔包子的人不再有任何关系。
而对天线来说,馈点的激励源就就是这种波源,天线导体与外界空间就就是传输媒质。
不过电磁波的传输媒质可以就是真空。
[思考] 电磁波具有波粒二象性。
频率越低,波动性越强;频率越高,粒子性越强。
所以光波主要表现出粒子性,而长波表现出波动性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基本电振子(赫兹偶极子)
电基本振子是一段长度l远小于波长, 电流I等幅同相的直线电流元i(t)=I cosωt, 它是线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。
立体角：
定义：立体角是以圆锥体的顶点为球心，半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量的，度量单位称为“立体弧度”。
和平面角的定义类似。
在平面上我们定义一段弧微分S与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作dθ=ds/r；所以整个圆周对应的圆心角就是2π；与此类似，定义立体角为曲面上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作dΩ=ds/r^2；由此可得，闭合球面的立体角都是4π。
单位：steradian->sr=stereos+radian
球坐标系中计算：dΩ= ds /R2= ds=sin θ *d θ* dφ (sr)
辐射强度
定义：给定方向上单位立体角辐射的功率。
计算：
物理意义：反应在给定方向上辐射的大小
辐射功率：
定义：
辐射效率
定义：天线的输入功率仅有一部分转换为辐射功率，其余被天线及其附近结构所吸收。
辐射效率定义为天线的辐射功率与净输入功率之比。
其中：为辐射电阻，为损耗电阻。
场强方向图：
定义：在固定距离r=r0的球面上，辐射电场强度随着角坐标的相对变化(函数)图形为场强方向图。
方向图函数
作图二维平面图：○1极坐标图○2直角坐标图
功率方向图：
在固定距离r=r0的球面上，波印廷矢量的r分量随着角坐标的相对变化(函数关系)图形为功率方向图。
方向图函数记为
按方向图特征的天线分类
各向同性天线：天线向各个方向均匀辐射。
方向性天线：天线在某些方向的辐射比其他方向的辐射强得多
全向天线：天线在某个平面内的辐射为无方向性，在其正交面具有方向性
波瓣：
半功率波瓣宽度：
定义：从方向图的原点过辐射强度是最大值一半(对应场强是最大值的)的点的矢量所夹的角度。
（3dB波瓣宽度）。
E面和H面的半功率波瓣宽度分别用2θHPE 和2θHPH表示。
第一零陷波瓣宽度：
定义：从方向图的原点与主瓣的根部相切的矢量所夹的角度。
用2θ0表示
副瓣电平（SLL）：
定义：副瓣峰值与主瓣最大值之比。
(
)
2,4ϕθπ
F A
Ω
=
方向性
定义：天线在某方向的辐射强度与参考天线的辐射强度之比。
参考天线：与实际天线具有相同的辐射功率，并且均匀辐射。
波瓣立体角 定义：天线的波瓣立体角是一个立体角，如果所有功率均通过此立体角辐射，在此立体角内辐射强度均匀并等于最大值
()
()`
,
1
,
2
2
Ω
=
Ω
=
Ω
⎰⎰
⎰⎰
d
F
U
U
d
F
m
m
A
ϕ
θ
ϕ
θ
功率增益：
定义:任意方向上的辐射强度与无耗各向同性参考天线的辐射强度之比
极化：
定义：天线在给定方向的极化定义为“天线被激励时辐射波的极化，或在天线输出端得到最大可用功率时的给定方向上入射波的极化”
未规定方向时，极化为最大增益方向的极化。
辐射波的极化定义为“描述电磁波电场矢量的方向和相对幅度的时变特性，确切地说，就是在空间固定位置沿传播方向观察到的电场矢量的端点随时间变化的轨迹”。
电小天线
尺寸相对于工作频率所对应的波长比较小的天线就是电小天线，它也是最基本的天线。
最简单的电小天线是短振子，是一段馈电点在中心的导线。
短振子与理想偶极子的辐射电阻：
理想偶极子的辐射电阻是短振子的辐射电阻的4倍
理想偶极子
()
⎰⎰Ω
=
Ωd
F
A
2
,ϕ
θ
()()()
in
in
P
U
P
U
G
ϕ
θ
π
π
ϕ
θ
ϕ
θ
,
4
4
,
,=
=
2
2
2
80
2
1⎪
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛∆
=
=
∴
λ
π
l
I
P
R r
r
对称振子：
●定义：
由两根等长的直金属线或金属筒构成，中间有馈线。
沿Z
轴取向，长为L且中心
馈电，如图可将其视为开路双线传输线由末端长L/2处弯折90度而成。
●电流分布:
假设弯折部分电流分布不变，引入电流分布
因为在处开路，所以该处的电流一定为0。
参考微波技术基础传输线理论。
●辐射场：远场取仅保持横向分量,及1/r阶分量
●归一化方向图函数：
天线长度半功率波瓣宽度
90
87
78
64
47.8
当L>1.25时，出现多瓣图。
●辐射电阻：
先求波印廷矢量->功率密度->辐射功率->辐射电阻
●辐射电阻与L关系图：
完纯导电地平面
无限大的理想导电平面，良导体的金属面或栅网，当尺寸比天线大几倍时，可近似为理想地面。
镜像原理
相似源：
组成天线阵的各单元不仅型式相同，而且在空间的放置姿态（或取向）也相同。
各单元具有相同的电流分布，但激励电流的幅度和相位可不同。
宽频带天线:
若天线的方向图和阻抗在约一个倍频程或更宽频带内无显著变化，则该天线即属宽频带天线。