天线理论基础
天线基本理论
值就较大，天线的方向系数就较小。
❖ 对于理想无方向性天线，其归一化方向函数为
F (,) 1
❖ 于是按式（6）得其方向系数为
D 2 4
2
1
sindd sind
00
0
❖ 这是一个理所当然的结果。 ❖ 对于基本振子，其归一化方向函数为
F (,) sin
❖
TA
T L
1
1 L
T0
(18)
❖ 式中 L为天馈系统的衰减，它等于天馈系统的输入功率和辐射功 率之比；T 为天线的等效噪声温度；T0 为天馈系统的物理温度。
化方向函数为 F(,) ，则其任意方向的场强与功
率密度分别为
E(,) Emax F (,)
p( ,) E( ,) 2 Emax 2 F ( ,) 2
2
240
❖ 在半径为r的球面上对功率密度进行面积分，就得
到辐射功率为
Pr
s
p( ,)ds
❖ 则其方向系数为
D 2
4
1.5
sin 3 dd
00
❖ 下面讨论方向系数的物理意义。由式（5）得
Emax
60DPr r
60(DPr ) r
(7)
对于无方向性天线，D=1,式（7）写为
Emax
60Pr r
(8)
❖ 比较式（7）与（8），可以看出：某天线的方向系数，表 征该天线在其最大辐射方向上比起无方向性天线来说把辐 射功率增大的倍数。譬如，为了在一定距离的点M处产生 一定的场强，在使用无方向时，需馈给天线100（w）的 辐射功率，但若使用方向系数D=100的强方向天线，并将 天线最大辐射方向对准点M，只需馈给1（w）的辐射功率。
天线理论基础
环测威官网：/接收天线以无线电，电视或无线电话信号的形式捕获电磁辐射。
在距接收天线一定距离处- 例如无线电台或电视台- 原始声音和/或图像被转换成电信号并通过发射天线发出。
这与接收天线相反，尽管两者可能看起来相同。
根据您发送或接收的信号频率以及发射和接收天线的方向，高度和功率等因素，需要调整天线的尺寸，形状和设计以获得最佳性能。
对于这种现象的简单示例，可以考虑典型AM / FM 无线电使用的两种不同天线。
对于88至108 MHz频率范围内的FM广播接收，大多数无线电都配备了一个外部安装的伸缩杆天线，可以旋转以最好地捕获FM电台。
然而，用于在540kHz至1.705MHz频率范围内进行AM广播接收的天线通常是位于内部的铁氧体棒，其上缠绕有细线。
基本思想是天线的设计受其意图接收的信号的影响。
环测威官网：/常见的天线理论为了更好地理解天线设计，了解以下常见的天线属性和理论是有帮助的。
∙方向性：天线设计中需要考虑的基本属性是天线的方向性- 或测量其辐射方向的指向。
理论上，全向天线具有零方向性，而发送或接收在一个方向上聚焦的信号的天线将具有更高的方向性。
∙通常，像偶极天线这样的较小的电天线具有较低的方向性。
对于具有高方向性的天线，可以考虑那些尺寸为几个波长的天线，如卫星或喇叭天线。
∙3DBF：三维波束成形- 或3DBF - 是一种在发送或接收信号时考虑仰角和方位角以确保最佳到达角度的方法。
在动态3DBF中，广播信号天线自动倾斜到预期用户的位置。
∙天线增益：天线增益表示天线在假设相同情况下与理想天线相比在特定方向上发送或接收的信号强度。
对于您知道信号始发方向的电视天线，您需要一个高增益天线。
但是，对于可以连接到任意数量卫星的移动GPS天线，您需要一个增益相对较低的天线。
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、
第一章天线基础知识PPT课件
等效关系： Rr 2Pr /IA2
辐射电阻： Rr 8(0l/)2
辐射功率取决于电偶极子的电长度，频率越高 或波长越短，辐射功率越大。已经假定空间媒 质不消耗功率且在空间内无其它场源，所以辐 射功率与距离r无关。
17
1.1.2 对偶原理与磁基本振子
（1）对偶原理 （2）磁基本振子
18
（1） 对偶原理
电荷与电流是产生电磁场的唯一源。自然界中至今 尚未发现任何磁荷与磁流存在。但是对于某些电磁场 问题，引入假想的磁荷与磁流是有益的。
对偶原理
如果将上述电场及磁场分为两部分：一部分是由电荷及电
流产生的电场 及Ee (磁r )场 ；另He一(r)部分是由磁荷及磁流产生 的电场 及磁场Em(r，) 即 Hm(r)
由对偶关系：
22
磁偶极子的辐射总功率
1
P rs S ad v s s 2 R E e H ] [ d s 1
4 6 I m 2 (0 s ) 2
磁偶极子的辐射电阻
Rr
2Pr Im2
3204(s)2
同样长度的导线，绕制成磁偶极子，在电流
振幅相同情况下，远区的辐射功率比电偶极子
的要小的多。
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振子的H平面方向图
功率方向图反映辐射的功率密度与方向之间 的关系，它与场强方向图关系为
25
（1）方向函数
方向性，就是在相同距离的条件下天线辐 射场的相对值与空间方向的关系。 天线远场区：
方向函数：
归一化方向函数：
天线基础理论
一、电磁波传播基础知识1、无线电波的定义无线电波是一种信号和能量的传播形式，在传播过程中，电场和磁场在空间中相互垂直，且都垂直于传播方向。
2、无线电波的传播方向正交特性；电生磁，磁生电。
3、无线电波的波长、频率及传播速度的关系关系：=cf λ，其中λ为波长，c为光速，f 为工作频率。
在相同的介质中，不同工作频率下，天线的工作波长不同。
4、 无线电波的极化定义：无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律变化，这种现象称为无线电波的极化。
无线电波的极化是由电场矢量在空间运动的轨迹确定的。
如果电波的方向垂直于地面，称为垂直极化波；如果电波的方向平行于地面，称为水平极化波圆极化<-椭圆极化->线极化左旋，右旋；垂直，水平二、天线的基础知识天线作为无线电的发射和接收设备影响信号强度和质量的重要设备。
1、天线的定义能够有效地向空间某特方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。
2、天线半波振子定义：半波振子是天线的基本辐射单元，波长越长，天线半波振子越大。
3、天线组成部分辐射单元，反射板，功率分配网络，封装防护4、天线的电气性能（1）天线增益定义：值天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度于参考天线（通常采用理想点源）在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值。
说明：增：增加，益：好处；一般增益在电子科学中都代表放大多少，所以增益代表的是对信号的能量集中程度和转换效率。
（2）天线辐射方向图定义：用来表述天线在空间各个方向上所具有的发射和接收电磁波的能力。
说明：从二维两个角度，水平面与垂直面，垂直面能量被集中在某一空间高度内，水平面宽度的缩小。
因此天线增益是天线选型中的重要性指标，选择合适增益天线，即能保障信号的强度及天线的安装条件。
（3）波束宽度定义：也称半功率波束宽度（3dB波束宽度），在方向图主瓣范围内，相对最大辐射方向功率密度下降至一半时的角域宽度。
（4）天线工作频率无论天线还是其他通信产品，总是在一定的频率范围（频率宽度）内工作，其取决于指标的要求。
第1章__天线基础知识
电基本振子E平面功率方向图也标示在E面方向图上。
天线方向图的一般形状
1.2.3 方向图参数
0
主瓣
0.5
后瓣
＝ 0°
20
20.5
主轴
第一副瓣
(3)副Sa瓣v,ma(电x22和)平半Sav（功,maxS率分id别点e为L波最o瓣b大e副宽L瓣e度v和e（主r,S瓣HL的aLl功f）P率o:指密w度e副r最瓣B大e最值am；大EW值maxi2与d和th主Em,a瓣xH分P最别B为大W最）
对于电基本振子，由于归一化方向函数F(θ,φ)=|sinθ|，因此 其立体方向图如下。
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基本振子立体方向图
工程上常常采用两个特定正交平面方向图。在自由空 间中，两个最重要的平面方向图是E面和H面方向图。
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。
近区场的特点
③ 电场和磁场之间存在π/2的相位差，坡印廷矢量的
平均值
Sav
1Re[EH]0 2
，能流密度的实部为零，
只存在虚部，可见近区场中没有能量的单向流动。能量在
电场和磁场以及场与源之间交换而没有辐射，近区场的能
量完全被束缚在源的周围，所以近区场也称为感应场、束
缚场，可以用它来计算天线的输入电抗。
必须注意，以上的讨论中我们忽略了很小的1/r项，下面将会看 到正是它们构成了电基本振子远区的辐射实功率。
2. 远区场
kr>>1即（r>>λ/(2π)）的区域称为远区，在此区域内
1 kr
(k1r)2
(k1r)3
天线知识点总结
天线知识点总结天线是电子设备中最基本的元件之一，它能够将电磁波转换为电信号或者将电信号转换为电磁波，是广泛应用在通讯、雷达、导航、电视等领域的不可或缺的元器件。
本文将简要介绍一些天线的相关知识点。
1. 天线的基础理论 - 反射、辐射以及电磁波的特性天线的工作原理基于电磁波的传播特性及其与天线之间的相互作用。
天线通过反射、辐射等方式将电磁波与电信号进行转换，因此温度、介质、空气湿度等环境因素都会对天线的性能产生影响。
2. 天线的类型 - 主动、被动及扫描式天线天线可以根据其在电路中的位置和作用方式分为主动和被动两种类型。
主动天线通常带有放大器来增加信号强度，而被动天线则不带放大器。
此外，扫描式天线可以通过旋转、摆动等方式改变辐射方向，以实现扫描覆盖目标区域的效果。
3. 天线的指标 - 增益、方向性、VSWR、带宽等天线的性能可由其各种指标来描述，其中增益、方向性、VSWR、带宽等是较为重要的指标。
增益是天线的辐射能力，方向性是天线辐射能力随方向变化的能力，VSWR是天线对来自外部信号反射时的反射率指标，带宽则是天线能够工作的频率范围。
4. 天线的尺寸 - λ/2、λ/4、全波长天线等天线的尺寸与工作频率密切相关，常见的天线长度有λ/2、λ/4、全波长天线等。
λ/2天线通常用于VHF和UHF频段，λ/4天线适用于较低频段，全波长天线则通常用于HF 等较低频段。
5. 天线的应用 - 通讯、雷达、导航、电视等天线在通讯、雷达、导航、电视等领域都有广泛的应用。
不同应用场景对天线的要求不同，例如通讯领域需要天线具有良好的增益和方向性，而雷达和导航领域则需要具有较高的扫描速度和快速响应能力。
6. 天线的制作和测试 - PCB天线、红外按摩仪等天线的制作和测试涉及到复杂的技术和设备，常用的制作方法包括PCB天线、红外按摩仪等。
测试方法则通常包括VSWR测试、增益测试、方向性测试等。
7. 天线的未来发展趋势 - 新材料、智能化、多功能化等随着技术的不断进步，未来天线的发展趋势将会趋向于新材料、智能化、多功能化等方向。
01-02 天线基础知识
2天线基础知识关于本章2.1 天线的分类2.2 天线角度2.3 天线增益2.4 接收灵敏度2.5 波瓣宽度2.1 天线的分类天线是一种用来发射或接收无线电波的设备，是WLAN网络的重要组成部分。
按水平方向图特性划分按照水平方向图的特性划分，可以把天线分为以下几种类型：●全向天线：–全向天线在水平面内的所有方向上辐射出的电波能量都是相同的，但在垂直面内不同方向上辐射出的电波能量是不同的。
–方向图辐射类似白炽灯辐射可见光，水平方向上360度辐射。
●定向天线–定向天线在水平面与垂直面内的所有方向上辐射出的电波能量都是不同的。
–方向图辐射类似手电筒辐射可见光，朝某方向定向辐射，相同的射频能量下可以实现更远的覆盖距离，但是是以牺牲其他区域覆盖为代价的。
●智能天线–智能天线在水平面上具有多个定向辐射和1个全向辐射模式。
–天线以全向模式接收终端发射的信号；智能天线算法根据接收到的信号判断终端所在位置，并控制CPU发送控制信号选择最大辐射方向指向终端的定向辐射模式。
按照极化方式划分按照极化方式划分，可以分为单极化天线和双极化天线。
单极化和双极化在本质上都是线极化方式，通常有水平极化和垂直极化两种。
●单极化天线：接收、发送是分开的两根天线，一根天线中只包含一种极化方式。
无线信号是水平发射水平接收或垂直发射垂直接收。
故需要更多的安装空间和维护工作量。
●双极化天线：接收、发送是一根天线，一根天线中包含垂直和水平两种极化方式。
2.2 天线角度天线角度是指天线分别与正北和水平两方向形成的夹角，分别为方位角与下倾角。
天线按照方向性分为全向天线和定向天线，全向天线是水平面上360°发射或接收信号，故一般情况下所说的天线角度是指定向天线的方位角和下倾角，如图2-1所示。
天线角度与天线增益有关：角度越小，增益越大。
但在选择增益指标时并不是越高越好，关键在于满足信号覆盖要求。
一般可通过调节天线方位角和下倾角的方法，可以控制天线信号覆盖范围。
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接收天线以无线电，电视或无线电话信号的形式捕获电磁辐射。
在距接收天线一定距离处- 例如无线电台或电视台- 原始声音和/或图像被转换成电信号并通过发射天线发出。
这与接收天线相反，尽管两者可能看起来相同。
根据您发送或接收的信号频率以及发射和接收天线的方向，高度和功率等因素，需要调整天线的尺寸，形状和设计以获得最佳性能。
对于这种现象的简单示例，可以考虑典型AM / FM 无线电使用的两种不同天线。
对于88至108 MHz频率范围内的FM广播接收，大多数无线电都配备了一个外部安装的伸缩杆天线，可以旋转以最好地捕获FM电台。
然而，用于在540kHz至1.705MHz频率范围内进行AM广播接收的天线通常是位于内部的铁氧体棒，其上缠绕有细线。
基本思想是天线的设计受其意图接收的信号的影响。
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常见的天线理论
为了更好地理解天线设计，了解以下常见的天线属性和理论是有帮助的。
∙方向性：天线设计中需要考虑的基本属性是天线的方向性- 或测量其辐射方向的指向。
理论上，全向天线具有零方向性，而发送或接收在一个方向上聚焦的信号的天线将具有更高的方向性。
∙通常，像偶极天线这样的较小的电天线具有较低的方向性。
对于具有高方向性的天线，可以考虑那些尺寸为几个波长的天线，如卫星或喇叭天线。
∙3DBF：三维波束成形- 或3DBF - 是一种在发送或接收信号时考虑仰角和方位角以确保最佳到达角度的方法。
在动态3DBF中，广播信号天线自动倾斜到预期用户的位置。
∙天线增益：天线增益表示天线在假设相同情况下与理想天线相比在特定方向上发送或接收的信号强度。
对于您知道信号始发方向的电视天线，您需要一个高增益天线。
但是，对于可以连接到任意数量卫星的移动GPS天线，您需要一个增益相对较低的天线。