天线与电波传播作业
天线与电波传播 (1)
天线与电波传播专题漏波天线理论与设计目录一漏波天线简述二均匀漏波天线辐射原理三周期型漏波天线辐射原理01漏波天线简述漏波天线是一类行波天线，它具有以下特点：➢增益高，方向性强，具有较好的定向辐射特性➢频带宽，具有频率扫描能力如果把漏波天线看成是一个波导，则这个波导至少存在一个模式能沿着传播方向不断向外漏泄能量。
漏波天线最初是以矩形波导的形式出现，通过在矩形波导的侧边开模）在波导表面产生的电流进行扰动，使长直缝隙，对基模（TE10得电磁能量在沿矩形波导传输的过程中逐渐泄漏到空间。
图1 Slotted rectangular waveguide leaky-wave antenna 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）一维漏波天线可以分为两大类结构：➢均匀的➢周期性的传统的矩形波导长缝隙天线就属于均勻结构，是快波天线周期性漏波天线常见的有漏泄同轴电缆和基于微带线或共面波导的周期性漏波天线等，可以是慢波或快波天线快波或慢波是依据行波传播常数b 大致分类的：➢若传播常数b 小于自由空间波数k0，则称之为快波，它可沿着结构在传播过程中不断辐射；➢若传播常数b 大于自由空间波数k0，则称为慢波，它只在结构存在不连续时产生辐射。
02均匀漏波天线辐射原理均匀漏波天线辐射原理如图2所示均匀结构，假设导行波沿+z 方向传播，其相位常数为b z ；而在x 方向产生相位常数为k x 的波。
如果自由空间波数是k 0，那么有如下关系式2220x z k k b =−（1）图2 有限大漏波结构的辐射方向与辐射角度示意图➢当k x是一个正实数时，说明x方向会产生漏波。
所以说，b<k0是这种结构产生漏波的辐射条件。
z➢b z的大小取决于模式，不同的模式b z不一样。
➢可见不同的工作模式，可能是导行波，也可能是漏波，并且可以有不止一个漏波模式。
z z zk j b α=−（2）一旦形成漏波，电磁波就会沿着z 方向衰减，因此，除了相位常数b z ，还需在z 方向上引入衰减系数αz ，漏波沿着z 方向以行波因子e -j zk z 向前传播，其中k z 是z 方向的波数：()()2220z z x x k j k j b αα=−+−（3）设电磁波在x 方向上的衰减系数为αx ，相位常数为k x ，那么公式（1）应表示为因为波要沿z方向传播，所以在z方向上αz 是大于0的。
“天线与电波传播”课程中运用电磁
2022年11月第44期Nov. 2022No.44教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM“天线与电波传播”课程中运用电磁仿真的探索郑月军，丁 亮，陈 强，付云起，刘 燚（国防科技大学 电子科学学院，湖南 长沙 410073）［摘 要 ］“天线与电波传播”是电子信息类本科专业核心课程，是电磁场理论课程的深化与应用拓展，更加注重基础理论与实际应用的结合。
为了提高课程的教学效果，提升课程知识与工程实际联系程度，在课程教学中采用电磁仿真模型、图片、动画、现象对抽象概念和烦琐公式进行具象讲解，让学生掌握使用电磁仿真进行天线仿真设计的方法。
通过在课程中运用电磁仿真有利于化抽象的概念为具象、动态的图像、增加课堂互动，活跃课堂氛围，拓展课程形成性评价的维度，有利于学生运用电磁仿真强化课程知识理解，增强理论与实际的联系，消除对课程学习的恐惧情绪。
运用电磁仿真可有效提升学生学习本课程的效率和兴趣，使学生走出课堂就能走向工程应用。
［关键词］ 天线与电波传播；电磁仿真；HFSS［基金项目］ 2020年度国家自然科学基金委青年基金“基于电磁超构表面的阵列天线辐射散射一体化调控技术研究”（61901493）；2020年度湖南省自然科学基金委青年基金“天线辐射与反射一体化设计技术研究”（2020JJ5676）［作者简介］ 郑月军（1989—），男，江西玉山人，博士，国防科技大学电子科学学院副教授，主要从事电磁功能材料与低可探测天线研究；丁 亮（1985—），男，浙江嘉兴人，博士，国防科技大学电子科学学院副教授，主要从事相变材料与可调天线研究；陈 强（1991—），男，河南信阳人，博士，国防科技大学电子科学学院副研究员，主要从事电磁功能材料与低可探测天线研究。
［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2022）44-0114-04 ［收稿日期］ 2021-11-12“天线与电波传播”是电子信息类本科专业的核心课程，主要学习天线辐射的基本原理、主要参数、典型天线及阵列、电波传播的基础方法及手段等。
北邮微波测量实验+实验总结-(天线与电波传播)
电磁场与微波测量实验实验报告实验名称:班级：姓名：学号：学院：北京邮电大学实验七.天线与电波传播一、 实验目的（1）掌握微波信号发生器及测量放大器的使用方法。
（2）了解水平面接收天线方向性的测量方法。
二、 实验仪器标准信号发生器、选频放大器、喇叭天线、波导调配器、可变衰减器、波导元件。
三、 实验原理及步骤对于辐射波传输方式，最重要的是测试其辐射场幅值分布的方向性，其表征量是天线方向函数及方向图。
1．系统组成图1-1 系统组成原理框图2．喇叭天线工程上常用的喇叭天线是角锥喇叭，原因是其匹配较好而效率接近100%（G ≈D ）。
但是由于其口径场的幅值、相位不是均匀分布，虽然其辐射主向仍是口径面法线方向（波导轴线方向），但是主瓣宽度、方向系数的计算很复杂。
可用以下公式进行估算：E 面（yoz 面）主瓣宽度bE λθ5325.0= （1-1）H 面（xoz 面）主瓣宽度15.0802a H λθ= （1-2）方向系数（最佳尺寸的角锥喇叭）211451.0λπb a D = （1-3）图1-2是角锥喇叭的三维标高方向图。
具体参数喇叭口径1a =5.5λ，1b =2.75λ；波导口径a=0.5λ,b=0.25λ；虚顶点至口径面距离ρ＝2ρ＝6λ。
1 Array图1-2 角锥喇叭的三维标高方向图图1-3为本实验所用喇叭天线示意图：图1-3 实验所用喇叭天线3．测水平面接收天线方向性图1-1为测量喇叭天线方向性的系统组成情况。
测量时改变接收喇叭天线的方位角，可测出喇叭天线水平面的方向性（按接收到信号的强弱）。
严格的测量应在微波暗室中进行，这样可以消除反射波影响。
但在微波段，因其传播方向性较强，而且房屋墙壁吸收较强，地面影响也可略去，因而这样在普通实验室内测量偏差也不很大。
测天线方向图应有专用天线转台，它有精确的角度（水平面方位角，垂直面俯仰角）刻度指示。
本实验主要测水平面即方位方向性。
四、实验内容及数据处理（1）微波天线方向图测试报告旁瓣宽度-3.0db : 26.33 -6.0db : 39.82 -10.0db : 54.30 -15.0db : 225.13五、心得体会本实验即天线与电波传播实验由老师演示，我们只需了解其原理并会分析其数据即可。
天线与电波传播
智能天线的研究及改进摘要智能天线利用数字信号处理技术,产生空间定向波束,使天线主波束对准期望用户信号到达方向,旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向,达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。
智能天线分为两大类切换波束智能天线与自适应阵智能天线。
智能天线技术是第三代移动通信系统的关键技术之一,智能天线技术将会在未来移动通信系统中发挥重要作用。
本文在简要介绍智能天线的基本原理、系统组成的基础上,详细论述了智能天线的自适应算法和技术优势及其在中的应用。
引言随着移动通信产业的高速发展及其用户的飞速增长,市场对移动通信技术的改进和更新提出了更高的要求。
而如何提高无线频谱的使用效率成为近些年来各种新技术所面临解决的核心问题。
第三代移动通信系统是正在全力投入开发的系统,其最基本的特征是智能信号处理技术。
智能信号处理模块将成为它的基本功能模块,实现基于话音业务为主的多媒体数据通信。
目前最典型的智能天线技术是实现移动通信扩大通信容量的关键技术之一。
智能天线技术作为有效解决这一问题的新技术已成功应用于移动通信系统,并通过对无线数字信号的高速时空处理,极大地改善了无线信号的传输,成倍地提高了系统的容量和覆盖范围,从而极大地改善了频谱的使用效率。
1 智能天线的基本概念及组成1.1 智能天线的基本概念智能天线, 即具有一定程度智能性的自适应天线, 由多个天线单元组成, 每一个天线后接一个加权器即乘以某一个系数, 这个系数通常是复数, 既调节幅度又调节相位,而在相控阵雷达中只有相位可调, 最后用相加器进行合并输出, 这种结构的智能天线只能完成空域处理同时具有空域、时域处理能力的智能天线在结构上相对复杂些,每个天线后接的是一个延时抽头加权网结构上与时城均衡器相同。
自适应或智能的主要含义是指这些加权系数可以恰当改变和自适应调整。
上面介绍的是智能天线用作接收天线时的结构,当用它进行发射时结构稍有变化,加权器或加权网络置于天线之前,也没有相加合并器。
天线与电波传播课后作业
的远区辐射场是球面波； 又因为Eθ, Hj与sinθ成正比， 所以 该球面波又是非均匀的。
(4) M点的电场与磁场之间有如下关系：
H
E
ej
E 120π
ej
(5) 从电基本振子的远区辐射场表达式
Hj
j Il
2r
sin
e jkr
E
j 60πIl
r
sin e jkr
H
4 sin 0
40 4 sin 300
20
m
2. 假设在地面上有一个2l=40 m的水平辐射振子， 求使 水平平面内的方向图保持在与振子轴垂直的方向上有最大辐 射和使馈线上的行波系数不低于0.1时， 该天线可以工作的频 率范围。
解 当要求水平平面内的方向图在与振子轴垂直的方向上 有最大辐射， 且馈线上的行波系数不低于0.1时， 天线长度l 应满足如下要求:
E
60πIl
r
sin 60
3 30 8 103
=2.1 103V
m
Hj
E 120π
3.2
30 105 π
5.45 106
A
m
当θ=90°时， 在r=20×103 m处， 有
E
60πIl
r
sin
90
3 10 4 103
2.4 103 V
m
Hj
E 120π
题1解图(二)
2 一电基本振子的辐射功率为25 W， 试求r=20 km处， θ=0°, 60°, 90°的场强，θ为射线与振子轴之间的夹角。
移动通信中的电波传播与天线第四讲_电波传播模型.
第5章移动通信系统中的场强预测模型☐场强预测——所谓场强预测是指根据移动通信的不同环境得到通信范围内的场强分布（路径损耗），建立电波传播的模型，以便对通信网进行规划和设计（天线、基站站址、小区半径、频率……）☐传播模式——分为经验模式、半经验或半确定模式、确定性模式。
经验模式是根据大量测量结果统计分析后导出的公式，应用经验模式可以容易和快速地预测路径损耗，不需要有关环境的详细信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。
确定性模式是对具体现场环境直接应用电磁场理论进行计算，如射线追踪方法，环境的描述可以从地形地物数据库中得到。
半经验或半确定模式是基于把确定性方法用于一般的市区或室内环境中导出的公式，为了改善半经验或半确定模式和实验结果的一致性，有时需要根据实验结果对公式进行修正，得到的公式是天线周围某个规定特性的函数。
传播环境——蜂窝移动通信的最大特点就是小区制。
小区的大小和范围直接和传播条件有关，可以根据需要选择小区的大小和范围。
移动通信系统中主要采用宏小区、微小区（微蜂窝）和微微小区（微微蜂窝）三种形式。
经验模式或半经验模式对具有均匀特性的宏小区是合适的。
半经验模式还适用于均匀的微小区，在那里模式所考虑的参数能很好的表征整个环境。
确定性模式适合于微小区和微微小区不管它们的形状如何。
确定性模式对宏小区是不能胜任的，因为对这种环境所需的计算机CPU时间使人无法忍受☐四种电波传播模型——电波传播模型是指通过对电波传播的环境进行不同方法的分析后所得到的电波传播的某些规律、结论以及具体方法。
利用电波传播模型不仅可以估算服务区内的场强分布，而且还可以对移动通信网进行规划与设计。
统计模型（Statistical Model）——通过对移动通信服务区内的场强进行实地测量，在大量实测数据中用统计的方法总结出场强中值随频率、距离、天线高度等因数的变化规律并用公式或曲线表示出来。
实验模型（Empirical Model）——通过实验方法得出某些电波传播规律，但不像统计模型那样用公式或曲线表示出来。
天线与电波传播（第二版）（宋铮）第8-14章第11章
(11-2-1)
第11章 地面波传播 图 11-2-3 地面波的场结构
第11章 地面波传播
为简化分析，通常使用M.A.列翁托维奇近似边界条件： 若半导电媒质相对复介电常数的绝对值满足下列条件：
| ~r || r j60 | 1
(11-2-2)
则在界面大地一侧的电、磁场水平分量之间满足
由上面的分析可知，由于地面是半导电媒质，低架直立 天线辐射的垂直极化波将在传播方向上存在电场分量，各分 量如图11-2-3所示，yOz面为地平面，波沿z轴方向传播，下 标“1”表示在空气内，下标“2”表示在大地内，利用边界 条件，有
E1z E2z
H1y E1x
H2y
~r E2
x
B1x B 0
根据边界条件式(11-2-1)，得
E2 x
E1x
~r
r
E1x
j60
上述各分量亦可写成
E1z
E2 z
4
2 r
E1x
(60 )2
j
e2
(11-2-7) (11-2-8)
式中
第11章 地面波传播
E2x
E1x
e j
2 r
(60
)2
H1yΒιβλιοθήκη H2yE1x 120π
arctan 60 r
第11章 地面波传播 图 11-4-2 三段不同性质地面传播示意图
第11章 地面波传播 图 11-4-3 三段不同性质地面传播的衰减因子
第11章 地面波传播 图 11-4-4 地面波传播的“起飞-着陆”效应
第11章 地面波传播
习题十一
1. 为什么地面波传播会出现波前倾斜现象？波前倾斜的 程度与哪些因素有关？为什么？
天线与电波传播_完整版
§1.1 辅助函数法
在远场区
E jA E jA E jA Er 0
1 j ˆE ˆ A H r r
天线辐射问题分析过程
§1.2 电基本振子
什么是电基本振子？ 一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于
§1.2 电基本振子
近区场的性质：由于电场和磁场相差90度，故坡印 廷矢量的平均值等于零，这说明无电磁场能量辐射， 称为感应场。 远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
Er E H r H 0 jkr kI 0l e E j sin 4 r kI 0l e jkr H j sin 4 r
§1.2 电基本振子
电基本振子的场辐射
§1.3 磁基本振子
麦克斯韦电磁理论获得了巨大的成功。电和磁的 对称性问题，至今尚未解决。 电的基本单元是电荷。正负电荷可以分开，自由 电荷能单独存在，因而我们可以引进电荷密度和电 流密度的概念。 磁的基本单元是磁偶极矩，它可以看作是正负磁 荷的组合。然而，正负磁荷却不能分开，自由磁荷 不能单独存在。所以，在电磁理论中我们不能引入 磁荷密度和磁流密度等概念。
天线发展简史
五、2000, 移动/手持天线（Mobile/Hand - held Antenna） 工作于800MHz的手持蜂窝电话天线随处可见。 从马可尼时代直到20世纪40年代，天线主要是以 导线为辐射单元，工作频率也提高到UHF。 进入二战期间，随着1GHz以上微波源（如调速 管、磁控管）的发明，天线开始了一个新的纪元。 波导口径天线、喇叭天线和反射面天线等如雨后春 笋般出现。
- 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)。
f 2 ,sindd
s
4 2
2
0
cos2 cos
2
sin2
sind
2
cos2 cos
0
2
sin2
sind
作业 5
令 cos u ，上式可写成
又由于
Rrad
2
1 1
cos2 u
2 1 u2
du
4
1 1 cosu
1 1 u2 du
故上式变为
1 1 u2
1 2
E 0 E0 xˆ yˆe j
式中是两振子上的电流相位差，于是，三种情况下 的电场矢量和极化状态是
作业 6
E
0,
0
E0 xˆ
yˆ
线极化0xˆ
jyˆ ,
圆极化
E
0,
4
E0
xˆ
j
yˆe 4
, 椭圆极化
[解]磁矢位可表示为
A
4
c
Ie x,
y,
z
e jkR R
dl
将电流分布表达式代入磁矢位为
Az
zˆ
I0 4
0 1 2 z e jkR dz l 2 l R
l 0
2
1
2 l
z
e jkR R
dz
由于短对称振子的特性，使得在上面的积分中我
们可以采用近似
Az zˆ I0
4
e jkr r
1
1
u
1
1
u
Rrad 4
1 1
1 2
1 cosu
1u
1
cosudu
1u
4
1 1 cosu du
1 1 u
令 1 u x ，则上式可简化为
Rrad
4
2 1 cosx dx
0
x 4
2 1 cosx
dx
0
x
作业 5
利用已知条件，可得
Rrad
4
Cin 2
（3）天线的增益为
60 D1 Prad r1
60 D2 Prad r2
60 310 10 103
60 D2 10 20 103
D2 12
若要保持与 R 10km 处的场强振幅，方向系数为12。
作业 2
发射天线和接收天线相距 R 1km， f 1GHz，发 射天线增益 Gt 20dB ，接收天线增益 Gr 15dB ，发射天 线输入功率 Pt 150mW ，发射、接收天线的端口匹配。 求（1）天线极化匹配时，接收天线接收到的最大 功率。（2）发射天线为圆极化，接收天线为线极 化时，接收天线接收到的最大功率。 [解]先进行单位转换
4
C
ln2 Ci 2
30 0.5772 1.8379 0.023
30 2.4381
73.1
作业 6
两半波对称振子在空间90°交叉，并且馈以等 幅电流，如果两电流：（a）同相位；（b）90°相 位差；（c）有45°相位差，则在两振子所在平面的 垂直方向上辐射何种极化波？
[解]设两半波电对称振子分别沿x轴和y轴放置，它 们所在平面是xoy平面，则和xoy平面垂直的方向就 是z轴方向，不失一般性，我们只考虑＋z轴方向。 两振子在＋z轴方向辐射的电场矢量可写成
2
因此
E
,2
2
r2
U
,
根据方向系数的定义，可知
D , 4 U ,
Prad
作业 1
因此
E ,
2
D , Prad
60D , Prad
r
r
（1）天线在 R 10km 处的辐射电场强度为
E , r 10 k m
60 10 3 10 103
4.24
10 3 V
m
（2）天线的增益为
G ecd D 0.6 3 1.8 2.55dB
Pt
C 0.3m
f
将上面的参数代入上面的表达式，可得
（1）接收天线的最大接收功率为
Pr
4R
2
G0tG0r Pt
4
0.3
2
1000
100 31.6 0.15
2.7 107W
0.27W
作业 2
（2）假设发射天线沿z轴发射圆极化电磁波，此时圆 极化波一般可表示为
ˆi
xˆ
jyˆ
2
一般线极化波可表示为 ˆr xˆ
极化失配因子为
PLF
ˆi
ˆr
2
1 2
此时接收天线的最大接收功率为
Pr
4R
2
G0tG0r
ˆi
ˆr
2 Pt
1.35107W
0.135W
作业 3
短对称振子的电流分布为
Iz
zˆI
0
1
2 l
z
，利用
辅助函数法求短对称振子辐射的电磁场和辐射电阻，
并和电流元的结果进行比较。
R 1km R 1000m Gt 20dB Gt 100
f 1GHz f 1e9Hz
Gr 15dB Gr 31.6
Pt 150 mW Pt 0.150W
在端口匹配，极化匹配情况下， Friis传输方程有
作业 2
其中
Pr Pt
4R
2
G0tG0r
Pr
4R
2
G0tG0r
作业 1
已知某天线的辐射功率为10W，方向系数为3。 试求：（1） R 10km 处的辐射电场强度；（2）若天 线效率 ecd 0.6 ，天线增益的分贝数；（3）R 20km 处 的电场强度，若要保持与 R 10km 处的场强相等，
天线的方向系数。
[解]根据辐射强度的定义，我们可知
U , S , r2 1 E , 2 r2
Rrad
20
2
l
2
作业 4
分别绘出下列对称振子的电流分布： l 4,l 2,l 3 2
作业 5
计算半波振子的辐射电阻。（提示：利用下面的积 分公式）
2
0
1
cos x
x
dx
C
ln
2
Ci
2
其中
C 0.5772 ,Ci 2 0.023
[解]由辐射电阻的表达式可得
Rrad
4 2
0 1 2 zdz l 2 l
l 0
2
1
2 l
zdz
作业 3
积分得
Az zˆ I0l e jkr
2 4r
与电基本振子相比，短对称振子得磁矢量位的大小 恰好是电基本振子的一半，因此，可以直接写出其 辐射电磁场：
E
j
kI0le jkr
8r
s in
H
j
kI0le jkr
8r
s in
由辐射功率的定义可知，短对阵振子的辐射功率是 对应电基本振子的 1 4 ，辐射电阻也是对应电基本振 子的 1 4 ，即