第4章现代无线通信原理天线基础PPT课件

k 2 1 2 kr
j
1 e jkr kr
E H r H 0
18
II 基本电流元的场区划分
❖ 近区： kr1 ，“电抗场”或“束缚场”
❖ 远区： kr1 ，“辐射场”
E
j 0 Il sin e jkr 2r
H
j Il sin e jkr 2r
❖ 中间区：介于远区与近区之间
19
3
储能 电感
储能 电容
4
4.1 天线的工作机理、 功能与特性
5
4.1.1 天线的工作机理
具有加速度的载流子产生形成波动电磁场结构 封闭的传输线不能辐射电磁波
I
Zg
H
E
Vg
Z L d
2
图4-1 平行双线传输线的电流与场结构
6
天线结构具有开放性。
闭合的传输线结构到开放的自由空间的渐变 段。
完成无线电波与导行电磁波之间的转化。
E
发射机 导行电磁波
天线
均匀平面波
接收机
无线电波
天线
导行电磁波
图4-2 无线通信天线收发电磁波示意图
7
λ/4
λ/4
λ/4
~
~
~
天线结构的演变过程 8
电磁波的传播
振 子
电场
磁场
电场 电波传输方向
磁场
电场
9
4.1.2 天线的功能与特性
天线要满足一定的阻抗条件 天线应当具备适当的极化方式 天线的辐射或接收具有特定的方向性 天线要有一定的带宽
第4章 天线基础
1
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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2
引言
天线：可以辐射或接收无线电波的装置， 雷达与通信设备射频前端的重要组件。
最早的天线：“振荡偶极子”——1887年， 德国青年科学家赫兹。
的电性能参数 。
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❖ 辐射阻抗：
天线和馈线的连接端，即馈电点两端感应的信号电压
与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。输入阻抗有
电阻分量和电抗分量。输入阻抗的电抗分量会减少从
面Hale Waihona Puke Baidu。
❖ 天线辐射场幅度可表示为
EEmf
,ejkr
r
20
4.2.2 基本磁流元、基本电流环与基本缝隙元
❖ 磁流是虚拟的源的场结构（对偶性原理）
H r
I Ml cos 2 0
k 2
j
1 3 kr
1
2
e
jk r
kr
H
I Ml sin 4 0
k 2
j
1
3
kr
1
2
kr
天线辐射场的基本特征
❖ 第一、E、H与波传播方向 rˆ 三者互相正交，呈
右手螺旋关系；
❖ 第二、 E、H同相，其幅度比等于自由空间波 阻抗；
❖ 第三、场量幅度正比于1/r；
❖ 第四、辐射场正比于sinθ ，具有方向性；
❖ 第五、场分量等相面是以r为半径的球面； ❖ 第六、当r→∞时，电磁波在局部近似为均匀平
H
r Pr,,
E
lI
y
x
图4-3 基本电流元及其场强方向 17
I 基本电流元场结构（矢量位法求解）
Er
Il cos 2
E
Il sin 2
Il sin
H
2
0 0
k 2
j
1
3
kr
1
2
e
jkr
kr
0 0
k 2
j
1
3
kr
1
2
kr
j 1 e jkr kr
0 0
垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收；水平极化 波要用具有水平极化特性的天线来接收；
右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收；而左
旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当来波的极
化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要
产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用
线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失，
即只能接收到来波的一半能量；
14
思考题
❖ 产生辐射的客观存在的源是什么？ ❖ 简述天线的工作机理 ❖ 天线有哪些特性？
15
4.2 基本辐射元
16
4.2.1 基本电流元
❖ l 的等幅同相正
弦电流 i Iejt
❖ 也称为“基本电振子”
z
Er
10
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。无线电波的电场方向称为电 波的极化方向。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，则称它为水平极 化波。
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天线的极化
天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化 方向
垂直极化
水平极化
+ 45度倾斜的极化
- 45度倾斜的极化
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双极化天线
❖ 两个天线为一个整体 ❖ 传输两个独立的波
V/H (垂直/水平)
13
倾斜 (+/- 45°)
圆极化波
如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆
极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们 就叫它为圆极化波。向传播方向看去顺时针方向旋转的叫右旋圆 极化波，反时针方向旋转的叫做左旋圆极化波。
j 1 e jkr kr
E
I Ml sin 4
k 2
1
2
kr
j
1
e
jk r
kr
H E Er 0
21
基本磁流元的辐射场
H
j
I M l sin 2r 0
e jkr
E
j
I M l sin 2r
e jkr
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等效为基本磁流元的辐射结构
lw
a
Ip
(a) 基本电流环
E mt
Ip
IM
l
金属板
IMl j0IpS
(b)
基本缝隙元
IM 2Emt
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4.2.3 基本辐射元的组合
❖ 单向辐射元
E j 2 0 Ir yle jk r(1 c o s)[ˆsin ˆc o s]
z
Pr,, E
r
E
I yl
y
90
60
120
30
150
180
0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 0
210
x
I
M x
l
240
330
单向辐射元
270
300
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❖ 基本圆极化天线 E A e jk re j[ˆˆjc o s]
θ=0或π ：旋向相反的圆极 化；
0<θ< π/2或π/2 <θ< π：旋 向相反的椭圆极化；
θ=π/2，线极化（旋转场）。
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❖ 惠更斯面元 Iyl(Hxd)d x yHxds IxMl(Eyd)ydxEyds
26
思考题
❖ 天线有哪些特性？ ❖ 什么是基本电流元、基本磁流元？ ❖ 近区场有什么特性？ ❖ 辐射场有什么特性？ ❖ 什么结构可等效为基本磁流元？ ❖ 描述基本圆极化天线不同方位角上的极化方
式？
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4.3 天线的电参数
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❖ 天线的收发互 易性
无源天线 可等效为无源 线性网络；
天线用作 发射和用作接 收时具有相同