第3章天线特性参数
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天线的基本参数
6.5 天线的基本参数自强●弘毅●求是●拓新（1）天线的基本参数电偶极子、小电流圆环和半波振子天线辐射场具有共 同的基本特性。
对于一般的天线，无论其结构如何复 杂，它们都有与电偶极子相类似的辐射场结构，即：电偶 极子E ˆ1 0 2 0I0L1 sin jexp jkr r任意 天线＝ 极化·幅度·电流·结构·距离·方向性·相位（1）天线的基本参数其中 极化因子：表示天线辐射场的偏振方向 幅度因子：表示辐射场的常数因子 电流：为馈电点的电流幅度，与发射功率相联系 结构因子：天线体空间几何结构 距离因子：是指天线相位中心点到场点的距离， 表征球面波能量的扩散 方向因子：表示天线辐射场的空间分布的特性 相位因子：表示天线与场点之间的相位差（2）天线的方向性函数天线在空间辐射电磁波具有方向特性，在某些方向上辐射能力强，而在另外一些方向上，辐射能力弱。
利用天线的这一特点实现电磁波信号的定向传输。
天线的方向性函数D 定义为：单位立体角辐射功率与单位立体角平均辐射功率之比。
PdP4πdΩdP S ( , )r 2 d d sin dd（2）天线的方向性函数D , dP PdΩ 4π4πS , r 2 S , r 2sindd4πF 2 , F 2 , sinddF 2 , ss归一化的方向性图表征天线在空间不同方向上辐射电磁能量强弱程度方向性系数F4π2 , sindds方向性系数是天线在空间辐射电磁波能量最强的方向在单 位立体角所辐射电磁波能量与单位立体角平均辐射电磁波 能量之比 .（3）天线的增益函数对理想天线，输入功率也等于天线的辐射功率。
但在实际工程应用上，输入能量并不完全被天线辐射出去，真正用于电磁波辐射的能量是输入功率的一部分。
如果天线的效率为 ，天线辐射的功率为 P Pin ，天线的增益函数G定义为G , dP Pind 4π D , F2 , Pin是输入功率D P dP / d Pin P / 4（3）天线的增益函数天线输入功率不完全被辐射的主要原因有：① 天线阻抗与发射机不匹配，导致电磁波被反射回 发射机； ② 部分变为天线近场的电磁能量； ③ 部分被天线体的非理想导体而热耗散；P辐射电磁波总功率 Pin 发射机输入总功率 （4）波束宽度波束宽度天线的方向性图呈现许多 花瓣形状，一般由主波束和 若干个副波束组成。
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3章 偶极子天线
cos2k
l
j
sh2kl
ch2
a
l
c
os
2k
l
RA jX A
3.3 偶极子天线
3.3 偶极子天线
在偶极子天线长度确定的情况下，随着频率的变化， 方向图或最大辐射方向会改变，副瓣电平可能增大， 阻抗匹配将变坏等。因此，对一个特定的偶极子天线 就应该具有通频带的概念。 阻抗随频率的变化很大，因此经常以阻抗特性来定义 偶极子天线的通频带。天线输入阻抗的变化会引起天 线电压驻波比的变化，通常根据一个天线的工作条件 和要求给出一个允许的最大电压驻波比来定义天线的 通频带。
c
osk
l
c
os
s in
c
os
k
l
2dLeabharlann P1 2I
2 m
R
R
30
2
d
0
0
c
osk
l
cos
s in
c
os
k
l
2
d
3.3 偶极子天线
l , ka 0.1
R 20kl4
3.3 偶极子天线
前面求得的辐射电阻是在远区积分得到的，没有 考虑近区场。如果作一闭合面紧靠振子表面，这 时波印廷矢量沿表面的积分所得的功率应既有实 部又有虚部。实部功率产生脱离振子电流和电荷 的辐射场，虚部表示无功功率，它表示受振子电 流和电荷牵制的，并与电流和电荷形成统一体， 不能分割开的储能场。
3.3 偶极子天线
柱面上的波印廷矢量的法向分量，z方向上的积分为零
Sx
1 2
Ez
H
*
Sz
1 2
Ex H*
l 2
P 2 0 Sxaddz
l
j
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RA jX A
3.3 偶极子天线
3.3 偶极子天线
在偶极子天线长度确定的情况下，随着频率的变化， 方向图或最大辐射方向会改变，副瓣电平可能增大， 阻抗匹配将变坏等。因此，对一个特定的偶极子天线 就应该具有通频带的概念。 阻抗随频率的变化很大，因此经常以阻抗特性来定义 偶极子天线的通频带。天线输入阻抗的变化会引起天 线电压驻波比的变化，通常根据一个天线的工作条件 和要求给出一个允许的最大电压驻波比来定义天线的 通频带。
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3.3 偶极子天线
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3.3 偶极子天线
前面求得的辐射电阻是在远区积分得到的，没有 考虑近区场。如果作一闭合面紧靠振子表面，这 时波印廷矢量沿表面的积分所得的功率应既有实 部又有虚部。实部功率产生脱离振子电流和电荷 的辐射场，虚部表示无功功率，它表示受振子电 流和电荷牵制的，并与电流和电荷形成统一体， 不能分割开的储能场。
3.3 偶极子天线
柱面上的波印廷矢量的法向分量，z方向上的积分为零
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第三章微波传输线教材
线单位长度分布电容为C1, 则
空气微带线传播相速： vp0 c
1 LC0
介质微带线传播相速：vp1
c
r
1 LC1
14:00
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微波技术与天线
第三章 微波传输线
引入微带线等效介电常数 c
2
c
vp0 vp1
C1 C0
设空气微带线特性阻抗为
Z
，则实际微带线特性阻抗为
00
Z0
Z00
cr
只要求得空气微带线的特性阻抗
Z
00
及有效介电常数
,
c
就
可求得介质微带线的特性阻抗。
14:00
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微波技术与天线
第三章 微波传输线
工程上常用的一组实用经验公式:
(1) 导带厚度为零时
59.952ln(8h w ) w 4h
( w 1) 4h
微波技术与天线
第三章 微波传输线
第三章 微波传输线
导波系统中的电磁波按纵向场分量的有无，可分为 以下三种波型(或模)：
(1) 横磁波(TM波)，又称电波(E波)：Hz 0, Ez 0
(2) 横电波(TE波)，又称磁波(H波)：Ez 0, Hz 0
(3) 横电磁波(TEM波)：
Ez 0, Hz 0
Z00
119.904
w 2.42 0.44 h (1 12h)2
h
w
w
( w 1) w：导带宽度 h h：基片厚度
e
r 1
2
r 1 (1
2
12
第3章 天线基本原理与技术
近代天线理论
第三章 加载天线
第一部分
常见的加载天线
20:31
电子科技大学电子工程学院
近代天线理论
第三章 加载天线
天线加载： 顾名思义就是对天线加一种负载。天线加载可以改变天线 上电流分布，使得天线的输入阻抗能按照一种规律分布。 通过天线加载可以缩短天线的尺寸，改变天线的输入带宽 ，这也是天线小型化必不可少的一种方法。 常见的天线加载方式有： 1.顶部加载：这样的加载时可以在顶部加个盘子或者几根线 。这类代表天线是T型或者倒V型。 2.介质加载：它是通过在天线周围加入一种介质来相对缩短 天线长度，缩短长度的效果与介质的相对介电常数及相对 磁导率有关。 3.分布加载：对天线按一定位置函数加载，输入阻抗也会呈 一定规律变化。 4.集总加载：在天线上一个或几个位置加入集总参数元件， 包括电感电容，通过这样的方式来改变天线上电流分布。
第三章 加载天线
集总加载
Loop 1
Loop 2
Loop 3
balun 1 balun 2
CMRR:-14.8 dB
20:31
CMRR:-27.5 dB
CMRR:-36.8 dB
电子科技大学电子工程学院
近代天线理论
第三章 加载天线
Current Distribution (Loop 1)
20:31
近代天线理论
第三章 加载天线
理论推导-短电偶极子
引入电赫兹矢量表示电磁场：
e A t 2 E e e H ( jw ) e 式中：
2 w2 jw
20 20:31
电子科技大学电子工程学院
第三章 加载天线
第三部分
探地雷达
第三章 加载天线
第一部分
常见的加载天线
20:31
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近代天线理论
第三章 加载天线
天线加载： 顾名思义就是对天线加一种负载。天线加载可以改变天线 上电流分布，使得天线的输入阻抗能按照一种规律分布。 通过天线加载可以缩短天线的尺寸，改变天线的输入带宽 ，这也是天线小型化必不可少的一种方法。 常见的天线加载方式有： 1.顶部加载：这样的加载时可以在顶部加个盘子或者几根线 。这类代表天线是T型或者倒V型。 2.介质加载：它是通过在天线周围加入一种介质来相对缩短 天线长度，缩短长度的效果与介质的相对介电常数及相对 磁导率有关。 3.分布加载：对天线按一定位置函数加载，输入阻抗也会呈 一定规律变化。 4.集总加载：在天线上一个或几个位置加入集总参数元件， 包括电感电容，通过这样的方式来改变天线上电流分布。
第三章 加载天线
集总加载
Loop 1
Loop 2
Loop 3
balun 1 balun 2
CMRR:-14.8 dB
20:31
CMRR:-27.5 dB
CMRR:-36.8 dB
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近代天线理论
第三章 加载天线
Current Distribution (Loop 1)
20:31
近代天线理论
第三章 加载天线
理论推导-短电偶极子
引入电赫兹矢量表示电磁场：
e A t 2 E e e H ( jw ) e 式中：
2 w2 jw
20 20:31
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第三章 加载天线
第三部分
探地雷达
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。
第三章《卫星通信》卫星通信的关键技术
数字式时分话音内插系统原理图
28
卫
星
通
信
3．3．1 数字话音内插技术(DSI)
4、数字话音时分内插的工作过程
在发送端，话音检测器依次对各输入话路的工作状态加以识别， 判断它们是否有语音信号通过。
分配信息的传送方式有两种，一种是只发送最新的状态连接信息； 另一种是发送全部连接状态信息。 话路质量不变的情况下，使用m 条话路为n路服务（n>m），则有：
星
通
信
3．2．2 跟踪接收机
跟踪接收机的主要任务是把天线接收来的微波信号（信标信号、 导频信号、误差信号）进行放大，并把他的幅度变换为直流信号，直 流信号的大小对应于微波信号的强弱。
1、信标信号跟踪
信标信号频率高，需要独立的下变频器，，用专门的跟踪接收机 接收信标信号，适用于所有典型的地球站。
2、导频信号跟踪
星的信息：方位和俯仰角误差，并能驱动伺服系统使天线迅速对准卫星。 根据方式不同，可以分为多喇叭跟踪和多模跟踪两种。
等信号法
在偏离天线轴线的方向，寻找两个或者四个对称的点，然后比较 想过户对称点上得信号大小，并以此来判定目标偏离轴线的方向。
优缺点
跟踪精度和速度很高，但设备复杂，成本较高
17
卫
星
通
信
3．2．1 地球站天线跟踪系统体制
3、记忆极值式跟踪系统
记忆极值式跟踪系统与其他步进式跟踪的共同点就是把极大值 记忆下来与实时值进行比较，不同点是记忆极值式系统的电机是连 续转动的，也就是没有搜索步和调整步之分。 优点在于用一般的三相电动机，控制信号不用功率放大，对传 动系统要求也低。
18
卫
天线就是一种高频电波能量与高频信号功率间的换 能器，可以作为发射也可以作为接收。
第3章 行波天线.
l 60 I 0 E j sin e jkze jk ( r z cos )dz 0 r kl j (1cos ) 60 I 0 jkr sin kl j e sin[ [1 cos ]e 2 r 1 cos 2
方向函数为:
kl sin[ (1 cos )] 2 F ( ) sin kl (1 cos ) 2
驻波 行波
T(b1) ＋T/4时刻轴向辐射 场只有Ex 分量。
第 3章
行波天线
总结：
螺旋天线上的电流是行波电流，是圆极化波。 按右手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收右 旋圆极化波； 按左手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收左
旋圆极化波。
若用螺旋天线作抛物面天线的初级馈源，如果抛物面天线接 收右旋圆极化波，则反射后右旋变成左旋，因此螺旋天线
4、在电视中为了克服杂乱反射所产生的重影，也可采用圆极化 天线，因为它只能接收旋向相同的直射波，抑制了反射波传 来的重影信号。
第 3章
行波天线
圆极化波的重要性质
（ 1 ）圆极化波是一等幅旋转场，它可分解为两正交等幅、
相位相差90°的线极化波； （ 2 ）辐射左旋圆极化波的天线，只能接收左旋圆极化波， （ 3 ）当圆极化波入射到一个平面上或球面上时，其反射波 旋向相反，即右旋波变为左旋波，左旋波变为右旋波。
（1）沿轴线方向有最大辐射； （2）辐射场是圆极化波； （3）天线导线上的电流按行波分布； （4）输入阻抗近似为纯电阻； (5
螺旋天线是一种最常用的典型的圆极化天线(Circular
Polarized Antenna)。
第 3章
行波天线
一、
圆极化波的应用
使用一副圆极化天线可以接收任意取向的线极化波。 1、通信的一方或双方处于方向、位置不定的状态，为了提高通 信的可靠性，收发天线之一应采用圆极化天线。 2、在人造卫星和弹道导弹的空间遥测系统中，信号穿过电离层 传播后，产生极化畸变，这也要求地面上安装圆极化天线作 发射或接收天线。 3、为了干扰和侦察对方的通信或雷达目标，需要应用圆极化天 线。
方向函数为:
kl sin[ (1 cos )] 2 F ( ) sin kl (1 cos ) 2
驻波 行波
T(b1) ＋T/4时刻轴向辐射 场只有Ex 分量。
第 3章
行波天线
总结：
螺旋天线上的电流是行波电流，是圆极化波。 按右手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收右 旋圆极化波； 按左手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收左
旋圆极化波。
若用螺旋天线作抛物面天线的初级馈源，如果抛物面天线接 收右旋圆极化波，则反射后右旋变成左旋，因此螺旋天线
4、在电视中为了克服杂乱反射所产生的重影，也可采用圆极化 天线，因为它只能接收旋向相同的直射波，抑制了反射波传 来的重影信号。
第 3章
行波天线
圆极化波的重要性质
（ 1 ）圆极化波是一等幅旋转场，它可分解为两正交等幅、
相位相差90°的线极化波； （ 2 ）辐射左旋圆极化波的天线，只能接收左旋圆极化波， （ 3 ）当圆极化波入射到一个平面上或球面上时，其反射波 旋向相反，即右旋波变为左旋波，左旋波变为右旋波。
（1）沿轴线方向有最大辐射； （2）辐射场是圆极化波； （3）天线导线上的电流按行波分布； （4）输入阻抗近似为纯电阻； (5
螺旋天线是一种最常用的典型的圆极化天线(Circular
Polarized Antenna)。
第 3章
行波天线
一、
圆极化波的应用
使用一副圆极化天线可以接收任意取向的线极化波。 1、通信的一方或双方处于方向、位置不定的状态，为了提高通 信的可靠性，收发天线之一应采用圆极化天线。 2、在人造卫星和弹道导弹的空间遥测系统中，信号穿过电离层 传播后，产生极化畸变，这也要求地面上安装圆极化天线作 发射或接收天线。 3、为了干扰和侦察对方的通信或雷达目标，需要应用圆极化天 线。
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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。
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
rsin
r I d
rsind
rd
S
1 2
E
H
y dsr2sindd
• 所谓方向性，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（子午
角θ、方位角φ）的关系。若天线辐射的
电场强度为E(r,θ,φ)，把电场强度（绝对
值）写成
E(r,,60I f(,)
r
13
3.2 天线的方向性和增益
3.2.1 归一化方向性函数
天线的辐射场强在空间的分布是不均匀的， 即在以天线为中心的球面上，各方向的场 强大小是不同的。对任何天线，在空间的 电场公式均可写成：
R23 l 2
在自由空间中，
R
80 2
l
2
11
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。
P A P P n P n 1 2Im 2R n P 1 2Im 2R
P P AP P P nR R R n
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。
• 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。
19
平面性方向图
它分为H面方向图和E面方向图。 所谓的H面是指在天线辐射的周围空间里，磁场矢量所 在的平面，这个面的方向图就叫H面方向图； 同样，E面是指电场矢量所在的平面，这个面的方向图 就叫天线的E面方向图。
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
电特性参数
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。
E A f , e j( , )e jkr
其中A为与方向无关的因子，取决于天线的类型；
f ,为天线方向性函数；
e e j(,) jkr反映E 的相位特性。
14
为了便于比较不同天线间的方向性差别，常使用的
参数是归一化方向性函数 F(,,定)义为：天线辐射场
与最大方向上的场强值之比。
F ( ,) E , / E m ,a x f , / f m ,a x
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
P r天 线 辐 射 功 率 P 辐 射 电 阻 耗 散 I2R r辐 2射 电 阻
10
Pr＝40
2I
2
l
2
Rr
80 2
l
2
例：求电偶极子的辐射电阻？
电偶极子的辐射功率为：
P
Im2
3
l 2
F(,) 反映了天线在不同方向的场强大小的分布。
F(,)1
功率归一化方 向函数为
F P(,)F2(,)
15
3.2.2 方向图 • 将方向函数用曲线描绘出来，称之为方
向图(Fileld Pattern)。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。 • 依据归一化方向函数而绘出的为归一化 方向图。
• 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。
2
• 天线的分析：救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。
天线上的电流，则该电阻就称为天线的
辐射电阻。
根据定义：
P
1 2
Im2 R
R
2 P
I
2 m
R称为辐射电阻，Im为电流振幅。
9
辐射电阻Rr： 发 P r
发
射
射
Rr
机
机
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R r表述天线
• 变化θ及φ得出的方向图是立体方向图。
16
几种天线的立体归一化方向性图
一个单一电流元具 有面包圈形的方向 图辐射
17
多个对称振子组成的 全向天线具有扁面包 圈形的方向图辐射
多个对称振子组成 的定向天线具有的
方向图
18
平面性方向图
• 在实际中，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。
4wr
sine jkr
Er E 0
传播常数 k w
H
j
Ilk
4r
sine jkr
Hr H 0
7
此处Im为振 幅值，即电 流最大值。
I Imsinwt
将
E
代入，得：
P
Im2
3
l
2
在自由空间，电偶极子的辐射功率为：
P
402
Iml
2
8
2. 辐射电阻：将辐射功率视为一个电阻所
消耗的功率，并使流过电阻的电流等于
x
5
通过小面积ds的功率为
d P Sd 1 2 sE H r2sid nd
H E d P E 2 2 r2sin dd
P
2
0
E2 02
r2 sindd
r2 2
2
d
0
0
E2
sind
W
可用来求任意天线的辐射功率
6
例：求电偶极子的辐射功率？ 电偶极子的辐射场
E
j
Ilk 2
结论：辐射电阻
R
越大。在工程设计中， 往R 往给定，这时就
需要降低 来提R高n 天线的效率。
12
3.2 天线的方向性和增益
• 方向函数
• 由电基本振子的分析可知，天线辐射出 去的电磁波虽然是一球面波，但却不是 均匀球面波，因此，任何一个天线的辐 射场都具有方向性。
为了便于理解，人们以地平面为参考，又将天线的 方向图分为水平面方向图和垂直面方向图。
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• 方向图可用极坐标绘制，角度表示方向， 矢径表示场强大小。这种图形直观性强， 但零点或最小值不易分清。
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。（辐射功率与电流有关，一般有两
种选择，一种是取电流的最大值，此时的辐射电阻称为归于波腹电流
的辐射电阻，一种是取馈电点处的电流值，称为归于输入电流的辐射
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
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。
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
rsin
r I d
rsind
rd
S
1 2
E
H
y dsr2sindd
• 所谓方向性，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（子午
角θ、方位角φ）的关系。若天线辐射的
电场强度为E(r,θ,φ)，把电场强度（绝对
值）写成
E(r,,60I f(,)
r
13
3.2 天线的方向性和增益
3.2.1 归一化方向性函数
天线的辐射场强在空间的分布是不均匀的， 即在以天线为中心的球面上，各方向的场 强大小是不同的。对任何天线，在空间的 电场公式均可写成：
R23 l 2
在自由空间中，
R
80 2
l
2
11
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。
P A P P n P n 1 2Im 2R n P 1 2Im 2R
P P AP P P nR R R n
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。
• 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。
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平面性方向图
它分为H面方向图和E面方向图。 所谓的H面是指在天线辐射的周围空间里，磁场矢量所 在的平面，这个面的方向图就叫H面方向图； 同样，E面是指电场矢量所在的平面，这个面的方向图 就叫天线的E面方向图。
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
电特性参数
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。
E A f , e j( , )e jkr
其中A为与方向无关的因子，取决于天线的类型；
f ,为天线方向性函数；
e e j(,) jkr反映E 的相位特性。
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为了便于比较不同天线间的方向性差别，常使用的
参数是归一化方向性函数 F(,,定)义为：天线辐射场
与最大方向上的场强值之比。
F ( ,) E , / E m ,a x f , / f m ,a x
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
P r天 线 辐 射 功 率 P 辐 射 电 阻 耗 散 I2R r辐 2射 电 阻
10
Pr＝40
2I
2
l
2
Rr
80 2
l
2
例：求电偶极子的辐射电阻？
电偶极子的辐射功率为：
P
Im2
3
l 2
F(,) 反映了天线在不同方向的场强大小的分布。
F(,)1
功率归一化方 向函数为
F P(,)F2(,)
15
3.2.2 方向图 • 将方向函数用曲线描绘出来，称之为方
向图(Fileld Pattern)。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。 • 依据归一化方向函数而绘出的为归一化 方向图。
• 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。
2
• 天线的分析：救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。
天线上的电流，则该电阻就称为天线的
辐射电阻。
根据定义：
P
1 2
Im2 R
R
2 P
I
2 m
R称为辐射电阻，Im为电流振幅。
9
辐射电阻Rr： 发 P r
发
射
射
Rr
机
机
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R r表述天线
• 变化θ及φ得出的方向图是立体方向图。
16
几种天线的立体归一化方向性图
一个单一电流元具 有面包圈形的方向 图辐射
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多个对称振子组成的 全向天线具有扁面包 圈形的方向图辐射
多个对称振子组成 的定向天线具有的
方向图
18
平面性方向图
• 在实际中，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。
4wr
sine jkr
Er E 0
传播常数 k w
H
j
Ilk
4r
sine jkr
Hr H 0
7
此处Im为振 幅值，即电 流最大值。
I Imsinwt
将
E
代入，得：
P
Im2
3
l
2
在自由空间，电偶极子的辐射功率为：
P
402
Iml
2
8
2. 辐射电阻：将辐射功率视为一个电阻所
消耗的功率，并使流过电阻的电流等于
x
5
通过小面积ds的功率为
d P Sd 1 2 sE H r2sid nd
H E d P E 2 2 r2sin dd
P
2
0
E2 02
r2 sindd
r2 2
2
d
0
0
E2
sind
W
可用来求任意天线的辐射功率
6
例：求电偶极子的辐射功率？ 电偶极子的辐射场
E
j
Ilk 2
结论：辐射电阻
R
越大。在工程设计中， 往R 往给定，这时就
需要降低 来提R高n 天线的效率。
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3.2 天线的方向性和增益
• 方向函数
• 由电基本振子的分析可知，天线辐射出 去的电磁波虽然是一球面波，但却不是 均匀球面波，因此，任何一个天线的辐 射场都具有方向性。
为了便于理解，人们以地平面为参考，又将天线的 方向图分为水平面方向图和垂直面方向图。
20
• 方向图可用极坐标绘制，角度表示方向， 矢径表示场强大小。这种图形直观性强， 但零点或最小值不易分清。
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。（辐射功率与电流有关，一般有两
种选择，一种是取电流的最大值，此时的辐射电阻称为归于波腹电流
的辐射电阻，一种是取馈电点处的电流值，称为归于输入电流的辐射
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