天线基础知识(全)
天线基础知识课件
修复完成后，重新安装天线， 确保安装牢固。
天线的升级与改造方案
升级方案
根据实际需求和技术发展，对天线进 行升级改造，提高天线的性能和功能 。
改造方案
根据实际场景和需求，对天线进行改 造，如改变天线结构、增加天线数量 等。
方案实施
制定详细的实施方案，包括改造计划 、时间安排、人员分工等，确保改造 顺利进行。
04
天线的应用领域
通信领域
移动通信
01
手机、无线电对讲机等移动通信设备使用天线接收和发送信号
。
卫星通信
02
卫星地面站使用天线与卫星进行通信。
无线局域网
03
路由器、电脑等设备通过天线连接无线网络。
雷达领域
天气预报雷达
用于监测天气状况，如风切变、降水等。
导航雷达
用于飞机、船舶等导航。
军事雷达
用于探测目标、制导武器等。
05
天线的设计与制作
天线的设计原则与方法
匹配原则
天线应与发射和接收设 备相匹配，以确保信号
的最佳传输。
效率原则
天线应具有高效率，以 减少信号的损失和干扰
。
抗干扰原则
天线应具有抗干扰能力 ，以减少外部信号的干
扰。
多功能性原则
天线应具有多功能性， 以满足不同的应用需求
。
天线的制作材料与工艺流程
01
电磁波在空间中以波的形 式传播，其传播速度等于 光速。
电磁波的特性
电磁波具有频率、波长、 振幅等特性，不同特性的 电磁波具有不同的传播方 式和性质。
天线辐射原理
天线的作用
天线是用来发射或接收电 磁波的设备，其作用是将 电信号转换为电磁波或将 电磁波转换为电信号。
天线基本知识介绍
天线基本知识介绍天线是将电信号转换为电磁波并将其传输或接收的装置。
它是电磁学的一个分支，用于无线通信、电视和广播接收、雷达以及天体物理学研究等领域。
本文将对天线的基本知识进行介绍。
1.天线的作用和原理：天线的主要作用是将电信号转换为电磁波并将其辐射到空间中，或者将接收到的电磁波转换为电信号。
它的工作原理基于法拉第电磁感应定律和亥姆霍兹理论，即通过电流在导体中产生的磁场和由变化的磁场产生的感应电流来实现电磁波的辐射或接收。
2.天线的分类：天线可以根据其结构、工作频率、功率和应用等方面进行分类。
根据结构，天线可分为线性天线（如偶极子天线）、面型天线（如片极天线、光波导天线）和体型天线（如反射天线、波导天线）。
根据工作频率，天线可分为超高频、高频、甚高频、极高频和微波天线等。
根据功率，天线可分为小功率天线和大功率天线。
根据应用，天线还可细分为通信天线、雷达天线、电视天线、卫星天线和微波天线等。
3.天线参数：天线的性能取决于其设计参数。
常见的天线参数包括增益、方向性、波束宽度、驻波比、频率响应、极化方式和带宽等。
增益是天线辐射功率与等效输入功率之比，方向性衡量天线在一些方向上的辐射能力，波束宽度是主瓣的半功率宽度，驻波比是反射功率与输入功率之比，频率响应表示天线在不同频率下的性能表现，极化方式表示电磁波的电场分量与地面垂直或平行的相对方向，带宽表示天线能够工作的频率范围。
4.天线设计方法：天线的设计是一个综合考虑电磁学原理、工作频率和应用要求的过程。
常见的天线设计方法包括试验法、数值法和半经验法。
试验法通过制作实物天线并进行实际测量来调整参数和优化天线性能。
数值法使用计算机模拟和数值算法来预测和分析天线性能，例如有限元法、谱域法和时域法等。
半经验法结合实验和数值方法，通过经验公式和优化算法来设计天线。
5.天线应用：天线的应用非常广泛，涵盖了通信、广播、雷达、航天、医疗和科学研究等领域。
在通信领域，天线用于无线电通信、移动通信和卫星通信等。
天线基础知识大全
天线基础知识大全1 天线1.1 天线的作用与地位无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。
电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。
可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。
对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；等等分类。
*电磁波的辐射导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。
如图1.1 a 所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。
必须指出，当导线的长度L 远小于波长λ时，辐射很微弱；导线的长度L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。
1.2 对称振子对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。
两臂长度相等的振子叫做对称振子。
每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子, 见图1.2a 。
另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子, 见图1.2 b。
1.3 天线方向性的讨论1.3.1 天线方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。
第1章 天线基础知识(课件)
螺旋天线、喇叭天线和反射面天线等。
第1章 天线基础知识
天线的分析方法:麦克斯韦电磁场方程(“场”分析法)
“路”分析法: 将系统看成由分立元件及连接导线组成.
“场”分析法: 将系统看成分布系统. “场”:在全部或部分空间里的每一个点,都对应某个物理 量的一个确定的值,称为在这个空间确定了该物理量的 场.
第1章 天线基础知识
对于线性媒质,某点的电极化强度P正比于该点的电场强
度E。在各向同性媒质中某点的P和E方向相同,即
P xe 0 E
式中χ e为电极化率,它是没有量纲的纯数,不同的介质
就有不同的χ e。
D 0 E xe 0 E 0 (1 xe ) E 0 r E E
(3)Eθ 和Hφ 的比值为常数，称为媒质的波阻抗，记
为η。对于自由空间 E
0 120 H 0
(1―4―6)
第1章 天线基础知识
(4)Eθ 和Hφ 与sinθ成正比，说明电基本振子
的辐射具有方向性，辐射场不是均匀球面波。
因此，任何实际的电磁辐射绝不可能具有完全
的球对称性，这也是所有辐射场的普遍特性。 电偶极子向自由空间辐射的总功率称为辐 射功率Pr，它等于坡印廷矢量在任一包围电偶 极子的球面上的积分，即
第1章 天线基础知识
(4) 按天线特性分类：按方向特性分，有定向天线、全
向天线、强方向性天线和弱方向性天线；按极化特性 分，有线极化(垂直极化和水平极化)天线和圆极化天 线；按频带特性分， 有窄频带天线、 宽频带天线和超 宽频带天线。 (5) 按馈电方式分，有对称天线和非对称天线。 (6) 按天线上的电流分，有行波天线和驻波天线。 (7) 按天线外形分，有V形天线、菱形天线、环行天线、
有关天线的知识点总结
有关天线的知识点总结一、天线的工作原理天线的工作原理可以简单地理解为两个方面：接收信号和辐射信号。
当接收信号时，天线将接收到的电磁波转换成电信号；而在辐射信号时，天线将电信号转换成电磁波辐射出去。
这样一来，天线就起到了收发信号的作用。
二、天线的分类根据不同的分类标准，天线可以分为很多种类。
其中最常见的分类方法有以下几种：1. 按照频率分类：根据天线工作的频率范围不同，可以分为超高频天线、甚高频天线、超高频天线、微波天线等；2. 按照结构分类：根据天线的结构和形状不同，可以分为偶极子天线、单极天线、方向性天线、非方向性天线等；3. 按照用途分类：根据天线的用途不同，可以分为通信天线、导航天线、雷达天线、电视天线等。
三、天线的特性1. 增益：天线的增益是指天线辐射的电磁波功率与理想点源辐射的电磁波功率的比值。
增益越高，天线的辐射效率越高。
2. 阻抗：天线的输入阻抗是指天线在工作频率下的端口电阻。
一般来说，天线的阻抗要与传输线的阻抗匹配，否则会导致信号回波，影响通信质量。
3. 方向性：天线的方向性是指天线在空间中辐射和接收电磁波信号的能力。
方向性越好，天线的指向性就越强。
4. 带宽：天线的带宽是指天线可以工作的频率范围。
一般来说，带宽越宽，天线的适用范围就越广。
四、天线的设计和调试天线的设计和调试是天线工程师的主要工作之一。
在设计天线时，需要考虑到天线的工作频率、带宽、增益、方向性等参数，并根据具体的应用场景选择合适的天线结构和材料。
在调试天线时，需要使用专业的测试设备进行天线的性能测试，一般包括驻波比测量、辐射图测量、方向图测量等。
五、天线的应用天线的应用非常广泛，几乎涵盖了各个领域。
在通信领域，天线用于手机、基站、卫星通信等设备；在雷达领域，天线用于目标探测和跟踪；在导航领域，天线用于车载导航、航空导航等设备；在电视领域，天线用于接收地面数字电视信号等。
总的来说，天线作为一种重要的通信装置，在现代社会中有着不可替代的作用。
天线的基础知识
天线的基础知识(2009-05-17 22:14:38)1 天线工作原理及作用是什么？天线作为无线通信不可缺少的一部分，其基本功能是辐射和接收无线电波。
发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频电流。
2 天线有多少种类？天线品种繁多，主要有下列几种分类方式：按用途可分为基地台天线（base station antenna）和移动台天线（mobile portable antennas），还有就是手持对讲机用的天线（handhold transceiver antennas)。
基地电台俗称棒子天线；车载天线俗称苗子；手台天线由于绝大部分是橡胶外皮的因此俗称橡胶天线或橡胶棒儿。
按工作频段可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波。
按其方向可划分为全向和定向天线。
3 如何选择天线？天线作为通信系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响通信系统的指标，用户在选择天线时必须首先注重其性能。
具体说有两个方面，第一选择天线类型；第二选择天线的电气性能。
选择天线类型的意义是：所选天线的方向图是否符合系统设计中电波覆盖的要求；选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。
因此，用户在选择天线时最好向厂家联系咨询或在往上对比分析其技术指标。
4 什么是天线的增益？增益是天线的主要指标之一，它是方向系数与效率的乘积，是天线辐射或接收电波大小的表现。
增益大小的选择取决于系统设计对电波覆盖区域的要求，简单地说，在同等条件下，增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线采用高增益天线，移动台天线采用低增益天线。
5 什么是电压驻波比？天线输入阻抗和馈线的特性阻抗不一致时，产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成的磁波，其相邻电压的最大值和最小值之比是电压驻波比，它是检验馈线传输效率的依据，电压驻波比小于1.5，在工作频点的电压驻波比小于1.2，电压驻波比过大，将缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放管，影响通信系统正常工作。
天线基础知识
第一讲天线的基础知识表征天线性能的主要参数有方向图，增益，输入阻抗，驻波比，极化方式等。
1.1 天线的输入阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。
天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。
天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。
匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。
在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。
一般移动通信天线的输入阻抗为50驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。
驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。
在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR 应小于1.2。
过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。
回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。
回波损耗的值在0dB 的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，回波损耗越小表示匹配越好。
0 表示全反射，无穷大表示完全匹配。
在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dBJ发射功率+ J反射功率履射功牽-很射功率1.2天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。
当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。
另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。
就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和土45 °极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是土45 °极化方式。
第一章天线基础知识
1 2 Pr I Rr 2 30 2 2 则 Rr f ( , ) sin d d
由
0
0
则方向系数与 辐射电阻之间 的联系为
120 f D Rr
2 max
若要提高天线效率，必须尽可能的减小损耗 电阻和提高辐射电阻。通常，超短波和微波 天线的效率很高，能够接近于1。
半功率点波瓣宽度 （HWFN） ，指主瓣最大 值两边场强等于最大值0.707倍的两辐射方向之 间的夹角，又叫3分贝波束宽度。
副瓣电平，指副瓣最大值与主瓣最大值之比，
一般以分贝表示,
前后比，指主瓣最大值与后瓣最大值之比。
30
（4）方向系数
方向图参数能从一定程度上描述天线方向图的 状态，仅能反映方向图中特定方向的辐射强弱程 度，未能反映全空间的分布状态。
理想点源归一化方向函数：
26
（2）方向图
方向图：将方向函数用曲线描绘出来，称为 方向图，就是与天线等距离处，天线辐射场大 小在空间中的相对分布随方向变化的图形。
工程上常采用两个正交平面方向图，自由空 间中两个最重要的平面方向图是E面和H面。E 面即电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的 平面，H面即磁场强度矢量所在并包含最大辐 射方向的平面。
z 电流元
H E H E
r
x
y
方向图立体模型
13
E面方向图
H面方向图
E面直角坐标方向图
H面直角坐标方向图 14
（4）中间区
（1）近区与远区之间，感应场与辐射场 相差不大； （2）电场 Er 和 E 不同相，相差接近90 度且振幅不等，一般在平行于传播方向的 平面内形成一旋转矢量，矢量端点的轨迹 为一椭圆； （3）辐射功率占主导地位。
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wave
接
避免能量损耗
收
发 射
天
防止干扰
线
天
线
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Dept.PEE Hefei Normal University
天线的方向性
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Dept.PEE Hefei Normal University
天线的方向性
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Dept.PEE Hefei Normal University
• 在50年代，宽频带天线的研究有所突破，产生了非频变天线理 论，出现了等角螺旋天线、对数周期天线等宽频带或超宽频带 天线。
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Dept.PEE Hefei Normal University
50年代-70年代
• 人造地球卫星和洲际导弹研制成功对天线提出了一系列新的课 题，要求天线有高增益、高分辨率、圆极化、宽频带、快速扫 描和精确跟踪等性能。从60年代到70年代初期，天线的发展空 前迅速。
• 此外，在阵列天线方面，由线阵发展到圆阵；由平面阵发展到共形阵；信号 处理天线，自适应天线、合成孔径天线等技术也都进入了实用阶段。
• 同时，由于电子对抗的需要，超低副瓣天线也有了很大的发展。 • 由于高速大容量电子计算机的研制成功，60年代发展起来的矩量法和几何
绕射理论在天线的理论计算和设计方面获得了应用。这两种方法解决了过去 不能解决或难以解决的大量天线问题。 • 随着电路技术向集成化方向发展，微带天线引起了广泛的关注和研究，并在 飞行器上获得了应用。 • 同时，由于遥感技术和空间通信的需要，天线在有耗媒质或等离子体中的辐 射特性及瞬时特性等问题也开始受到人们的重视。 • 这一时期在天线结构和工艺上也取得了很大的进展，制成了直径为 100米 、可全向转动的高精度保形射电望远镜天线，还研制成单元数接近 2万的大 型相控阵和高度超过500米的天线塔。
《天线与电波传播》
张忠祥
4/15/2021
Dept.PEE Hefei Normal University
1
教材：《天线与电波传播》
王增和 卢春兰 钱祖平 等编著
机械工业出版社 2003年7月第一版
参考书： 《天线原理》
主 编：江贤祚
出版社：北京航空航天大学出版社 1993年第一版
《Antennas: For All Applications》
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Dept.PEE Hefei Normal University
1.1 天线概述
什么是天线？
➢ 天线是任何无线电系统的基本组成部分 ➢ 天线是一种用来发射或者接收电磁波的器件 ➢ 天线是将传输线中的导行电磁波转化为空间电磁波 ➢ IEEE：发射或者接收系统的一部分，为发射或者接 收电磁波而设计
最早的天线
最早的发射天线是赫兹在1887年为了验证麦克斯韦根据理论推导所作 关于存在电磁波的预言而设计的。它是两个约为30厘米长、位于一直 线上的金属杆，其远离的两端分别与两个约40厘米2的正方形金属板 相连接，靠近的两端分别连接两个金属球并接到一个感应线圈的两端， 利用金属球之间的火花放电来产生振荡。当时，赫兹用的接收天线是 单圈金属方形环状天线，根据方环端点之间空隙出现火花来指示收到 了信号。
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Dept.PEE Hefei Normal University
线天线时期
• 在这一时期，天线的理论工作也得到了发展。 • H.C.波克林顿在1897年建立了线天线的积分方程，证明了细线天
线上的电流近似正弦分布。由于数学上的困难，他并未解出这一 方程。 • 后来E.海伦利用δ函数源来激励对称天线得到积分方程的解。 • 同时，A.A.皮斯托尔哥尔斯提出了计算线天线阻抗的感应电动势 法和二重性原理。 • R.W.P.金继海伦之后又对线天线作了大量理论研究和计算工作。 • 将对称天线作为边值问题并用分离变量法来求解的有S.A.谢昆穆诺 夫、H.朱尔特、J.A.斯特拉顿和朱兰成等。
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天线的理论基础
由麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生变化的 磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，这样就产生 了电磁波。
EE
E
B
如广播电台 电视台
B
声
电
声光
电
B
电磁波发射 电磁波发射
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Dept.PEE Hefei Normal University
主 编：John D. Kraus
出版社：the McGraw-Hill Companies 出版时间：2002
《天线》
编著：[美]John D.Kraus Ronald J. Marhefka
出版社：电子工业出版社 2004年4月 第一版
《Radio Propagation for Modern Wireless Systems》
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1.和图2.指出了天 线设备在两种典型的无线电系统中的地位。
4/15/2021
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Dept.PEE Hefei Normal University
天线功能
① 天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。 这 首先要求天线是一个良好的电磁开放系统, 其次要求天线与 发射机或接收机匹配。 ② 天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, 或对确定方 向的来波最大限度的接受, 即天线具有方向性。 ③ 天线应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的 极化。 ④ 天线应有足够的工作频带。
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马可尼
马可尼，意大利人，第一个采用大型天线实现远 洋通信的，所用的发射天线由30根下垂铜线组成， 顶部用水平横线连在一起，横线挂在两个支持塔 上。这是人类真正付之实用的第一副天线。自从 这副天线产生以后，天线的发展大致分为四个历 史时期。
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天线的作用
• 发射天线的作用是将发射机的高频电流（或波导系 统中的导行波）的能量有效地转换成空间的电磁能 量。而接收天线的作用则恰恰相反。因此天线实际 上是一个换能器。
发射天线
Wave
接收天线
高频电流
发射机
高频电流
• 第二次世界大战期间出现了雷达，大大促进了微波技术的发展。为了迅速 捕捉目标，研制出了波束扫描天线，利用金属波导和介质波导研制出波导 缝隙天线和介质棒天线以及由它们组成的天线阵。
• 在面天线基本理论方面，建立了几何光学法，物理光学法和口径场法等理 论。当时，由于战时的迫切需要，天线的理论还不够完善。
线天线时期：1930年之前
在无线电获得应用的最初时期，真空管振荡器尚未发明，人们认为波 长越长，传播中衰减越小。因此，为了实现远距离通信，所利用的波长 都在1000米以上。倒L形、T形、伞形天线等。由于高度受到结构上的 限制，这些天线的尺寸比波长小很多，因而是属于电小天线的范畴。
后来，业余无线电爱好者发现短波能传播很远的距离，A.E.肯内利和 O.亥维赛发现了电离层的存在和它对短波的反射作用，从而开辟了短波 波段和中波波段领域。这时，天线尺寸可以与波长相比拟，促进了天线 的顺利发展。
接收机
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Dept.PEE Hefei Normal University
天线的作用
• 发射天线应能使电磁波的能量集中辐射到所规定的 方向或区域内，并抑制对其它不需要方向或区域的 辐射。接收天线应对某个方向的来波接收最强，而 抑制其它方向来波的干扰。也就是说天线应该有一 定的方向性。
• 天线的实验研究成了研制新型天线的重要手段，建立了测试条件和误差分 析等概念，提出了现场测量和模型测量等方法。
• 在面天线有较大发展的同时，线天线理论和技术也有所发展，如阵列天线 的综合方法等。
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Dept.PEE Hefei Normal University
面天线时期：1945-1959
音频 基低频 低 频 中 频 高 频 甚高频 特高频 超高频 极高频
（VF)） （VLF） （LF） （MF） （HF） （VHF ） （UHF） （SHF） （EHF）
频段2 8
4
5
6
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8
9
10
11
12 13
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音频 视频
雷达频率 微波频率
红外
超长波 长波 中波 短波 超短波 分米波
（VLW） （LW） （MW） （SW） （VSW） （米波）
• 一方面是大型地面站天线的修建和改进，包括卡塞格伦天线的 出现，正副反射面的修正，波纹喇叭等高效率天线馈源和波束 波导技术的应用等；
• 另一方面，沉寂了将近30年的相控阵天线由于新型移相器和电 子计算机的问世，以及多目标同时搜索与跟踪等要求的需要， 而重新受到重视并获得了广泛应用和发展。
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常见的天线形式
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Dept.PEE Hefei Normal University
70年代以后
• 无线电频道的拥挤和卫星通信的发展，反射面天线的频率复用、正交极化等 问题和多波束天线开始受到重视；
• 无线电技术向波长越来越短的毫米波、亚毫米波，以及光波方向发展，出现 了介质波导、表面波和漏波天线等新型毫米波天线。