电磁波传播基本知识及天线原理复习过程
大二上学期末微波技术与天线详细攻略
大二上学期末微波技术与天线详细攻略微波技术与天线是电子信息工程专业的一门重要课程，涉及到电磁波传播、微波器件和天线原理等内容。
针对这门课程，学生在复习备考时需要关注哪些重点知识？考试中又会涉及哪些难点？本文将从理论基础、重点内容以及备考技巧三个方面为大家详细介绍微波技术与天线课程的复习攻略。
一、理论基础1. 电磁波传播微波技术与天线课程首先涉及到电磁波的基本知识，包括电磁波的特性、传播规律、极化方式等内容。
在复习时，要重点掌握电磁波的数学描述以及在不同媒质中的传播特性，例如在导体、介质中的传播情况。
2. 微波器件微波技术涉及到多种微波器件的工作原理和应用，包括功分器、耦合器、滤波器等。
复习时，需要详细学习每种器件的结构特点、工作原理以及使用方法，理解其在微波系统中的作用。
3. 天线原理天线是微波通信系统中的重要组成部分，复习时需要掌握天线的辐射原理、增益计算、波束宽度等基本概念，并了解各种类型的天线的特点及应用场景。
二、重点内容1. S参数与矩阵表示法在微波技术中，S参数是描述微波器件传输特性的重要参数。
学生需要熟练掌握S参数的定义及其在微波电路中的应用，同时了解S参数的矩阵表示法，掌握其计算和应用技巧。
2. 驻波与功率传输学生需要深入理解驻波比的概念及其对微波系统性能的影响，同时需要掌握功率在传输线中的传输规律，包括功率的最大传输定理等内容。
3. 天线参数及增益计算天线的参数包括输入阻抗、辐射效率、增益等，复习时需要重点掌握这些参数的计算方法，并能够应用这些参数进行天线的设计和优化。
三、备考技巧1. 多做练习微波技术与天线是一门理论联系实际的课程，复习时建议多做相关练习题，巩固理论知识，并培养解决实际问题的能力。
2. 注重实践微波技术与天线课程需要结合实验进行理论知识的验证和应用，学生在复习备考时要注重实验过程中的关键环节和数据处理方法，能熟练操作相关仪器。
3. 多交流讨论学生在复习备考过程中，可以多与同学交流讨论，分享彼此的理解和总结，相互帮助，共同进步。
电磁场、天线与电波传播讲解
线天线：
天线的直径远小于其几何长度
可不考虑天线横截面上的电流分布
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。
偶极子天线
单极天线
环天线
螺旋天线
天线的辐射源
电流连续性方程：
J
t
结论：天线的辐射源——电流（位移电流）
2）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线， 可用下式估算其增益：
GdBi
10
lg
32000
E
H
3）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：
GdBi
10
lg
4.5
2D
0
式中， D 为抛物面直径； λ0 为中心工作波长。
4）对于直立全向天线，可用下式近似计算其增益：
0 Z0
ZA
IA
IA
0
Z0 ZA
Ele Z0 ZA
F ,
结论：1)接收天线的感应电流与来波方向有关 ——接收天线的方向性
2)天线用作发射和接收的方向性函数相等 ——收、发天线的互易性
1．接收功率和接收面积
当天线的最大接收方向对准来波方向，并且 接收机的输入阻抗与天线完全匹配时，天线向接 收机的输出功率最大。
GdBi
10
lg
2l
0
式中， l 为天线长度； λ0 为中心工作波长。
5. 天线效率
定义： 天线辐射功率与输入有功功率的比值，
称为天线的效率。
PA P Pn
天线工作原理
天线工作原理天线是无线通信系统中不可或缺的设备，它起到接收和发送无线信号的作用。
本文将详细介绍天线的工作原理及其相关知识。
一、天线的基本概念天线是将电信号转化为电磁波或将电磁波转化为电信号的设备。
它一般由导电材料制成，如金属，并根据特定的原理进行设计和调整。
天线可以分为接收天线和发射天线两种类型。
二、天线的工作原理天线的工作原理基于电磁波的发射和接收。
下面将分别介绍接收天线和发射天线的工作原理。
1. 接收天线的工作原理接收天线通过接收电磁波将其转化为电信号。
当电磁波经过天线时，它会激发天线中的电荷，产生电流。
这个电流会经过连接到天线的电路，从而实现信号的解调和放大。
最终，这个电信号可以被传递到无线接收器，用于进行进一步的处理和解码。
2. 发射天线的工作原理发射天线将电信号转化为电磁波，以便进行无线传输。
当电信号通过连接到天线的电路时，它会产生交变电流。
这个交变电流会导致天线上的电荷也发生交变，从而产生电磁波。
这些电磁波会在空间中传播，并被接收天线接收到。
同样地，接收天线会将电磁波转化为电信号，以进行进一步的处理和解码。
三、天线的优化设计为了提高天线的工作性能，可以进行一些优化设计。
下面列举一些常见的优化设计方法。
1. 天线长度调整：天线的长度对于接收和发射的频率有直接影响。
通过调整天线的长度，可以使其与所传输的频率匹配，从而提高效率。
2. 天线形状设计：天线的形状对于天线的辐射模式有重要影响。
通过设计合适的天线形状，可以实现不同方向的辐射或接收，以满足具体的通信需求。
3. 天线材料选择：天线的材料对于信号的传输和接收也有一定影响。
根据需要选择导电性能好、损耗小的材料，以提高天线的性能。
四、天线在无线通信中的应用天线广泛应用于各种无线通信系统中，包括移动通信、卫星通信、无线局域网等。
下面列举几个常见的应用场景。
1. 移动通信：天线用于手机、基站等设备中，将电信号转化为电磁波进行传输，以实现无线通信。
电磁波传播基本知识和天线原理
一、电磁波传播基础知识
空间分集：单极化天线
极化分集：双极化天线
接 收 信 号 强 度
接收距离
一、电磁波传播基础知识
绕射传播
电波在传播途径上遇到障碍物时，总会力 图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫 做电波的绕射。
信号质量受到影响的程度不仅和接收天线 距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还 和频率有关，频率越高，建筑物越高、越 近，影响越大。相反，频率越低，建筑物 越矮、越远，影响越小。 因此，选择基站场地以及架设天线时，一定要考虑到绕射传播可能产生的 各种不利影响。 （要点：近处、水平/垂直主波束+/-10dB内无遮挡）
特殊应用中才会考察垂直面方向图的前后比，
比如基站背向区域有超高层建筑物。
后向功率
前向功率
三、天线主要性能参数
根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
下零点填充 方向图圆度
三、天线主要性能参数
半功率波束宽度：在方向图主瓣范围内，相对最大辐射方向功率密
京信通信 未来无限延伸
一、 电磁波传播基础知识 二、天线辐射原理 三、天线主要性能参数 四、天线分类
二、天线辐射原理
天馈系统简介
电磁波传播和天线技术
电磁波传播和天线技术在现代通信技术中，电磁波传播和天线技术是不可或缺的两个部分。
电磁波作为一种电磁辐射形式，在信息传输和接收中具有重要的应用价值。
而天线则是将电磁波从信号源传输到接收器的一种装置。
本文将探讨电磁波传播和天线技术的原理和应用。
一、电磁波传播原理电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种辐射形式。
电磁波在空间中传播时，它的传输速度是一定的，即光速（299,792,458米每秒）。
在自由空间中，电磁波的能量可以传播到很远的距离，但会逐渐衰减，直至消失。
电磁波的频率和波长是决定其传播特性的两个重要参数。
频率越高，波长越短，电磁波的穿透能力就越弱。
例如，无线电波的波长较长，能穿透建筑物和树木，但受到地球曲率的限制，不能传播得太远。
而微波、红外线和可见光波长较短，穿透能力较弱，但传输距离较远。
电磁波在传输过程中受到障碍物的影响也是不可避免的。
信号的衰减、多径传播和反射等现象会对信号的质量产生影响。
因此，在实际应用中，需要通过天线技术和信号处理技术来弥补这些影响。
二、天线技术原理天线是将电磁波从信号源传输到接收器的装置。
它的主要作用是将电磁波从电路中转换为自由空间中的辐射波。
天线的形状和大小取决于所传输的信号的频率和波长。
天线的信号收发特性与其结构有关。
如果天线的结构与信号的波长匹配，则可以最大限度地获取信号。
例如，在接收WIFI信号时，我们通常使用带有小型晶片天线的路由器来接收信号。
天线的特性除了与其结构有关，还与其所处环境有关。
例如，移动电话天线的特性会受到其周围环境的影响，如建筑物和树木等。
此外，天线的方向性也是一个重要的特性。
向各个方向辐射的天线称为全向天线，而只向特定方向辐射的天线称为定向天线。
三、应用案例分析电磁波传播和天线技术在现代通信中应用广泛。
以下是一些典型的应用案例：1.卫星通信卫星通信是通过卫星将信号传输到地面的通信方式。
在卫星通信中，天线具有非常重要的作用，它必须能够接收到来自卫星的信号，并将信号转发给相应的设备。
天线原理试题
天线原理试题1. 电磁波传播的原理电磁波是一种由变化的电场和磁场组成的波动现象。
当电流通过导体时，会产生电磁辐射，即电磁波。
天线利用这种辐射的特性进行信号的接收和发送。
2. 天线的基本构造天线通常由金属材料制成，具有一定的长度和形状。
常见的天线结构包括直线天线、环形天线和抛物面天线等。
天线的形状和长度会影响其接收和发送的频率范围。
3. 天线的工作原理天线的工作原理基于电磁感应和辐射的原理。
当电磁波经过天线时，会激发天线中的电场和磁场，并将其转化为电流。
这些电流可以通过连接的电路来接收或发送信号。
4. 天线的接收和发送信号天线作为接收器时，接收到的无线信号会通过天线的导线传输到接收器电路中，进而转化为可识别的信号。
天线作为发送器时，电流将被输入到天线导线中，并被转化为电磁波进行传输。
5. 天线的增益和方向性天线的增益是指天线向特定方向上的信号接收或发送能力。
通过设计特定形状和长度的天线，可以增强特定频率范围的信号接收或发送能力。
天线的方向性则指的是天线在接收或发送信号时的主要辐射方向。
6. 天线的应用领域天线广泛应用于无线通信、广播、雷达等领域。
不同类型的天线适用于不同的应用场景，如扩大无线信号覆盖范围、实现远距离通信或定向传输等。
7. 天线的优化与调整为了提高天线的性能，可以采用不同的技术来优化和调整天线的参数，如改变天线的形状、长度和材料等。
通过精确的设计和调整，可以使天线在特定频率范围内的信号接收和发送效果更好。
8. 天线的局限性和挑战天线的性能受到多种因素的影响，如传播环境、材料损耗、多径效应等。
在特殊的环境中，天线的性能可能会受到限制，需要通过合适的设计和技术手段来克服这些挑战。
电磁波的传播与应用知识点总结
电磁波的传播与应用知识点总结电磁波是一种在空间中传播的电磁场波动现象，它在我们的日常生活和现代科技中有着广泛而重要的应用。
下面让我们来详细了解一下电磁波的传播与应用的相关知识点。
一、电磁波的传播特性电磁波不需要任何介质就可以在真空中传播，其传播速度约为光速，即 3×10^8 米/秒。
在介质中传播时，电磁波的速度会变慢，并且其波长和频率也会发生变化。
电磁波的传播方向与电场和磁场的振动方向相互垂直，形成了横波的传播模式。
电磁波的电场和磁场在空间中相互激发，从而使电磁波能够不断向前传播。
电磁波在传播过程中会发生反射、折射、衍射和干涉等现象。
当电磁波遇到障碍物时，如果障碍物的尺寸远大于电磁波的波长，电磁波会发生反射；如果障碍物的尺寸与电磁波的波长相当或小于波长，电磁波会发生衍射。
折射现象则发生在电磁波从一种介质进入另一种介质时，由于介质的折射率不同，电磁波的传播方向会发生改变。
干涉是两列或多列电磁波相遇时，在某些区域相互加强，在某些区域相互减弱的现象。
二、电磁波的频谱电磁波的频谱非常广泛，按照频率从低到高依次包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和伽马射线等。
无线电波的频率较低，波长较长，常用于通信、广播和导航等领域。
微波的频率较高，波长较短，广泛应用于雷达、卫星通信和微波炉等。
红外线具有热效应，常用于红外遥感、红外加热和红外摄像等。
可见光就是我们能够看到的光，其波长范围决定了我们所感知到的颜色。
紫外线具有杀菌消毒和荧光效应，常用于医疗、防伪和化学分析等。
X 射线具有很强的穿透力，常用于医学成像和材料检测。
伽马射线的能量极高，常用于放射性治疗和工业探伤等。
三、电磁波的传播方式电磁波的传播方式主要有地波传播、天波传播和空间波传播。
地波传播是指电磁波沿着地球表面传播，其传播距离较远，但频率较低。
这种传播方式常用于中波和长波的广播。
天波传播是指电磁波被发射到高空的电离层后，被反射回地面的传播方式。
电磁波的发射与接收知识点总结
电磁波的发射与接收知识点总结电磁波在我们的生活中无处不在，从手机通信到广播电视，从卫星导航到无线网络，它的应用极其广泛。
理解电磁波的发射与接收对于我们掌握现代通信技术至关重要。
下面我们来详细总结一下这方面的知识点。
一、电磁波的发射要发射电磁波，首先需要一个振荡电路。
这个振荡电路由电感和电容组成，能够产生高频的交变电流。
在实际的发射过程中，为了有效地将能量辐射出去，需要满足以下条件：1、开放电路普通的 LC 振荡电路由于电场和磁场被封闭在电路内部，辐射出去的能量很少。
而开放电路，比如将电容器的极板间距增大、电感线圈的匝数减少等，能够使电场和磁场分散到更大的空间，从而增强电磁波的辐射。
2、频率足够高只有频率足够高的交变电流才能有效地发射电磁波。
这是因为频率越高，单位时间内电流的变化次数越多，产生的电场和磁场的变化就越迅速，从而更有利于电磁波的发射。
为了产生高频的交变电流，通常会使用振荡器，如晶体振荡器等。
此外，为了让电磁波能够携带有用的信息，比如声音、图像等，需要对振荡电流进行调制。
调制分为调幅和调频两种方式。
调幅（AM）是使高频振荡电流的振幅随信号的强弱而改变。
在调幅波中，频率始终保持不变，而振幅则随着信号的变化而变化。
调频（FM）则是使高频振荡电流的频率随信号的强弱而改变。
在调频波中，振幅保持不变，而频率则随着信号的变化而变化。
二、电磁波的传播电磁波可以在真空中传播，不需要介质。
在真空中，电磁波的传播速度等于光速，约为 3×10^8 米/秒。
在介质中传播时，电磁波的速度会变慢，而且不同频率的电磁波在同一介质中的传播速度可能不同。
例如，在无线电波中，频率越高的电磁波，在介质中的传播速度越慢。
电磁波的传播方式主要有地波传播、天波传播和直线传播三种。
地波传播是指沿着地球表面传播的电磁波。
由于地面会吸收电磁波的能量，所以地波传播主要适用于频率较低的电磁波，如长波和中波。
天波传播是指依靠电离层反射传播的电磁波。
- 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)。
一、电磁波传播基础知识
圆极化 椭圆极化 线极化 左旋、右旋；垂直、水平
一、电磁波传播基础知识
天线极化：是指电场矢量在空间运动的轨迹。
垂直方式
水平方式
+ 45斜角
- 45斜角
特例：线极化 垂直的、水平的、偏斜的
一、电磁波传播基础知识
双极化天线：由两组正交的辐射单元组成。
进得去， 出得来。
二、天线辐射原理
天线的辐射原理
天
线
的 辐
~
射
原
理
二、天线辐射原理
天线半波振子
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。
1/4 波长 1/4 波长
1/2 波长
半波振子 （电长度）
水平面
垂直面
二、天线辐射原理
半波振子示例：
二、天线辐射原理
天线辐射方向图
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。一般为三维辐射立体图。
Stock Code: 2342.HK
电磁波传播基本知识及天线原理
京信通信 未来无限延伸
一、 电磁波传播基础知识 二、天线辐射原理 三、天线主要性能参数 四、天线分类
一、电磁波传播基础知识
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。
度下降至一半时的角域宽度，也叫3dB波束宽度。 水平面的半功率波束宽度叫水平面波束宽度；垂直面的半功率波束宽度
叫垂直波束宽度。
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
下零点填充 方向图圆度
三、天线主要性能参数
半功率波束宽度：在方向图主瓣范围内，相对最大辐射方向功率密
1、互补（完备不相关。正交/90度） （规划工作）
2、相当（平衡工作。+45/-45）
（胜任工作）
3、高效（XPD。降低损耗）
（专注工作）
一、电磁波传播基础知识
多径传播:电波在传播过程中，除直接传播外，遇到障碍物（例如，山
丘、森林、地面或楼房等高大建筑物），还会产生反射和绕射。因此，到 达接收天线的电磁波，不仅有直射波，还有反射波，绕射波、透射波，这 种现象就叫多径传输。 由于多径传播使得信号场强分布复杂化，波动很大；也由于多径传输的影 响，会使电波的极化方向发生变化（扭转），因此，有的地方信号场强增 强，有的地方信号场强减弱，另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不 同 。为降低多径传输效应的影响，一般采用空间分集或极化分集来接收。
E、H、S 满足右手螺 旋
特例： 垂直的线极 化
随时间变化 随空间变化源自一、电磁波传播基础知识无线电波的传播方向
正交特性；电生磁、磁生电。
一、电磁波传播基础知识
无线电波的波长、频率与传播速度的关系
其中：波长 λ= C/f （式中，C为光速，f为工作频率，λ为波长。）
要点
在相同的介质中，不同频率下，天线的工作波长不同。频率越高， 波长越短。
单个辐射单元
多单元阵列
二、天线辐射原理
天线辐射方向图
实际评判中是其转化成的二维平面图形，即水平 面方向图及垂直面方向图。
水平面 垂直面
二、天线辐射原理
天线组成部件
同一款基站天线有多种设计方案来实现。
设计方案涉及到天线的以下四部分：
1、辐射单元（对称振子 or 贴片[阵元]） 振子
2、反射板（底板）
一般来说，在工作频带宽度内的各个频率点上，天线性能是有差异的。因此， 在相同的指标要求下，工作频带越宽，天线设计难度越大。
三、天线主要性能参数
辐射参数
主瓣； 副瓣； 半功率波束宽度； 增益； 波束下倾角； 前后比； 交叉极化鉴别率； 上旁瓣抑制； 下零点填充；
天线辐射方向图
三、天线主要性能参数
根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：
极化扭转：
一、电磁波传播基础知识
空间分集：单极化天线
极化分集：双极化天线
接 收 信 号 强 度
接收距离
一、电磁波传播基础知识
绕射传播
电波在传播途径上遇到障碍物时，总会力 图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫 做电波的绕射。
信号质量受到影响的程度不仅和接收天线 距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还 和频率有关，频率越高，建筑物越高、越 近，影响越大。相反，频率越低，建筑物 越矮、越远，影响越小。 因此，选择基站场地以及架设天线时，一定要考虑到绕射传播可能产生的 各种不利影响。 （要点：近处、水平/垂直主波束+/-10dB内无遮挡）
天线的电性能与电长度（波长）对应。物理长度则需要进行换算。
一、电磁波传播基础知识
无线电波的极化
无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，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。如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波。 如果电波的电场方向与地面平行，则称为水平极化波。
主馈线（7/8“） 室内超柔馈线
防雷保护器 基站主设备
二、天线辐射原理
天线的定义
能够有效地向空间某特定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。
能量转化
电缆内高频电流
天
效率要求---追 求高效率
线
功
无线电 设备
能
定向辐射（接收）
方向图要求---满足特定空间分布要求
空间电 磁波
京信通信 未来无限延伸
一、 电磁波传播基础知识 二、天线辐射原理 三、天线主要性能参数 四、天线分类
二、天线辐射原理
天馈系统简介
天线调节支架
抱杆
接头密封件 绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带
天线
接地装置
室外馈线
馈线卡 馈线过线窗
基站天线在整个网络建设中占经费比例不到3%，但 它对网络性能的影响却超过60%。 在实际网优工作中，通过天线的选择与调整是简单但收 效最大的方法。强化天线的性能和品质起着四两拨千斤 的作用。
3、功率分配网络（馈电网络）
4、封装防护（天线罩）
反射板
馈电网络
天线罩
京信通信 未来无限延伸
一、 电磁波传播基础知识 二、天线辐射原理 三、天线主要性能参数 四、天线分类
三、天线主要性能参数
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（频带宽度）内工作， 其取决于指标的要求。通常情况下，满足指标要求的频率范围即可为天线的 工作频率。