天线与电波传播课后作业分析
《天线与电波传播》课程的教改实践
《 天线与电波传播》 课程的教改实践
雷文太
（ 中南大学
信息科学与工程学 院 ， 湖南
长沙
４０ ８ ） １０ ３
摘要 ： 为通信 工程 专业 的一 门必修课 ，天 线与 电波传播》 作 《 在教 学过程 中存在 学生学习兴趣 不高 、 无法正确 把握该课程在无 线通信领域的地位 与作 用等 问题。为改善这一 问题 ， 笔者在《 天线与 电波传播 》 的教 学过程 中， 通
教学 。
理 、几何等具体实例 的分 析和数学抽象 ，将 其归纳为 “ 函数 平均变化 率 的极 限 ” 这一数 学模型 ， 从而导 出导 数概念 ；继而将这一模 型和解决 问题 的思 想应用到诸 如“ 经济 函数 的边缘 分布” 等实际 问题 的解 决与分析之 中； 不仅仅使 导数 的定义形成得 自然 ， 也促 进 了学生对 导数定义 的深刻理解。 （ ） 二 考核方式的改革 我校《 数学分析 》 程的考核方式 一向采用传统 的 课 考试模 式 ， 平时成绩 ×２％＋ 末成绩 ×８％＝ 即“ ０ 期 ０ 最终 成 绩” 这 种考核 方式 的缺点 日益 凸显 出来 ， ， 现在学 生
一
基 础理论的推导有畏难情绪 ，无法正 确把握该课 程在 无线 通信 中的重要地位 。 笔者尝试开展天线测量实验 ，
二、 数学分析课程教学改革的实践
＋
一－ 一 — － ＋
－ ＋ － ＋－ —一 ＋
－・ 一 ＋ ・ — － — ｒ
（ ） 一 把数学建模的思想融入 到数学分析 的教学 中 在《 数学 分析 》 教学 中渗人数 学建模 思想方 法 ， 结 合适 当的数 学模型 ， 展现数学思想 的来 龙去脉 ， 枯燥 把 的知识和丰富 的现实架起桥梁 ，既有利于展现知 识发 生的过程 ， 又能增强数学知识 的 目的性 ， 体现数学 知识 的应用价值 ， 对培养学生 的兴趣 、 提高数学 素质有 重要 意义。在教学 中， 我们通 过将数学建模思想与具体教学 内容互相贯通 ， 对培养学生 的数学建模意识 ， 到了重 起 要 的作 用 。例 如在 “ 数 的定 义 ” 导 的教 学 中 ， 通过 对物
天线与电波传播学习体会
天线与电波传播学习体会
随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术己引起了人们的极大关注，在整个无线通讯系统中，天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。
快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能（多频段、多极化）、高性能的天线。
微带天线作为天线家祖的重要一员，经过近几十年的发展，已经取得了可喜的进步，在移动终端中采用内置微带天线，不但可以减小天线对于人体的辐射，还可使手机的外形设计多样化，因此内置微带天线将是未来手机天线技术的发展方向之一，但其固有的窄带特性（常规微带天线约为百分之二左右）在很多情况下成了制约其应用的一个瓶颈，因此设计出具有宽频带小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而
且具有重要的应用价值，这也成为当前国际天线界研究的热点之一。
天线问题的严格分析是一个电磁场边值型问题，需要根据其边界条件确定麦克斯韦方程的特解。
因此微带天线的严格分析将是非常复杂的，而通常根据微带天线的实际特征做某些方面的假设和近似进而得出分析模型则不失为一种简单有效的处理手段。
由麦克斯韦方程的不同解法发展了多种分析微带天线的解析方法，这里我们主要介绍以下三种模型，它们由于其简单实用而在规则贴片天线的分析中获得了广泛的应用。
复习课--天线与电波传播(精华)
E 0 120
H
0
等相面为球面 球面波，且相位随 r 增大 不断滞后；在 r 极大的空间近似TEM波
场dl量与幅值相E比 ，拟H，频dl率，越有高效天辐线射尺发寸生越条小件。：
时变电流元的电磁场讨论
辐射场场量幅值 E ，H具有方向性，方向函数： F(,) sin
方向图：
z
F ( )
2
cos
(
1 r3
j
r2
)e
j
r
E
jIdl
4
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r
H
Idl
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E
0
H
r
0
H 0
r
Er
0
E
j
Idl
2r
0 sin e jr 0
H
j Idl sin e jr 2r
时变电流元的电磁场讨论
时变电流元在空间引发的远区场
Er
主向、主瓣、副瓣、 主瓣宽度 、主瓣张角P227
最大副瓣 副瓣或旁瓣
主瓣
0
主向
主瓣宽度20.5 主瓣张角 20
波瓣
栅瓣
天线辐射波的极化
天线的极化特性是由天线发射时天线辐射波的极 化特性来描述的。
➢ 线极化：辐射波电场矢量端点的轨迹为直线 ➢ 圆极化：辐射波电场矢量端点的轨迹为圆 ➢ 椭圆极化：辐射波电场矢量端点的轨迹为椭圆 收发天线之间主向对准、极化方向一致。P228
电磁波的产生
1.1.1时变场源区域电磁场的激发 变化的电场产生变化的磁场 变化的磁场产生变化的电场 交互变化的电磁场在空间传播——电磁波 1.1.2天线电流和空间电磁场相互作用 天线电流激发空间电磁场（发射天线） 电磁场又反过来作用到天线电流上，影响天线电
天线与电波传播_第五章
§5.1 引言
【非频变天线的分类】
天线的形状仅由角度来确定，可在连续变化的频率 上得到非频变特性。如无限长双锥天线、平面等角 螺旋天线以及阿基米德螺旋天线等。 天线的尺寸按某一特定的比例因子τ变化，天线在f和 τf 两频率上的性能是相同的，在从 f 到τf 的中间频率 上，天线性能是变化的，只要 f 与τf 的频率间隔不大， 在中间频率上，天线的性能变化也不会太大，用这 种方法构造的天线是宽频带的。这种结构的一个典 型例子是对数周期天线。
§5.1 引言
非频变天线需满足的条件？ 【终端效应弱】 实际天线的尺寸总是有限的，与无限长天线的区别就在 于它有一个终端的限制。若天线上电流衰减得快，则决定天 线辐射特性的主要部分是载有较大电流的部分，而其延伸部 分的作用很小，若将其截除，对天线的电性能不会造成显著 的影响。在这种情况下，有限长天线就具有无限长天线的电 性能，这种现象就是终端效应弱的表现，反之则为终端效应 强。 【注】由于实际结构不可能是无线长，使得实际有限长天线 有一工作频率范围，工作频率的下限是截断点处的电流变得 可以忽略的频率，而存在工作频率的上限是由于馈电端不能 再视为一点，通常约为1/8高端截止波长。
Q
O
P
P’
(b)
5.4 对数周期天线
【对数周期天线】（Log Periodic Antenna, LPA）于 1957年提出，是非频变天线的另一类型，它基于相似 概念：当天线按某一比例因子 变换后仍等于它原 来的结构，则天线的频率为 f 和 f 时性能相同。 对数周期天线有多种型式，其中1960年提出的对 数周期振子阵天线 （Log Periodic Dipole Antenna, LPDA），因具有极宽的频带特性，而且结构比较简 单，所以很快在短波、超短波和微波波段得到了广 泛应用。
天线与电波传播
可与多种军用接力机、电台连接使 用从而提高抗扰能力。
波束切换天X-XXXX
0
方向系数D是说明天 线方向性的用数值表 示天线的方向性大小 的值。
方向图是用方向函数画出来的图形。实际情况要考 虑地面的影响，情况较复杂。
4、增益系数（实际测试）
G EI EO
2
2
Pin 相同
G D A
log
例如：半波 D=2.6
10log2.6=4.15dB
绝对增益：用点源作为对比标准得出的增益系数 (G≤3dB);
相对增益：用其他天线作为对比标准得出的增益系数
5、极化：发射天线的极化是指在最大辐射方 向上电场矢量端点运动的轨迹。 *线极化 (线天线)
*圆极化（相位差90度，垂直放置线天线）
*椭圆极化（螺旋天线、
微带天线、喇叭天线）
天线的其他参数：工作带宽、功率容量、 VSWR、 有效高度等。
二、天线新技术
FDTD(finite-difference time-domain)时域有限差分，是现代电磁场领域应用数值分析的一种新方法 。在设计上实现了天线和微波网络的CAD(computer aided design)
3、高频结构仿真HFSS
短波螺旋天线仿真图
4、新天线
a.螺旋天线
b、智能天线
智能天线（Smart Antenna）
（1）平衡馈电
（2）平衡与不平衡馈电
二、天线参数与天线新技术
（一）天线电参数 1、效率 P n
Pin
电波传播与天线专业调查报告
电波传播与天线专业调查报告背景介绍电波传播与天线是通信领域的重要学科，研究电磁波在空间中的传播、辐射和接收。
电波传播与天线的技术应用广泛，包括无线通信、电视广播、雷达系统等。
本文将通过调查研究，对电波传播与天线专业的相关内容进行分析和总结。
调查目的本次调查的目的是了解电波传播与天线专业的学科设置、课程内容、实验设备以及专业发展方向，以及对未来行业的需求。
调查方法本次调查采用了问卷调查的方法，共向20名电波传播与天线专业的学生进行了调查。
问卷覆盖了学科设置、课程内容、实验设备、实践教学、实习实训等方面的问题。
调查数据经过统计分析和定性分析。
调查结果学科设置调查结果显示，电波传播与天线专业的学科设置主要包括电磁场理论、电波传播原理、天线理论与技术、微波技术、射频与高频电子技术等方面的课程。
课程内容调查结果显示，学生普遍认为电波传播与天线专业的课程内容较为系统和全面。
重点课程包括电磁场理论、电磁波传播、天线理论与技术、微波技术等。
实验设备调查结果显示，学校为电波传播与天线专业配备了较为齐全的实验设备，如示波器、功率计、频谱分析仪等。
学生认为这些设备能够满足实验教学的需要。
实践教学调查结果显示，学校开展了一系列的实践教学活动，包括天线制作实验、无线通信系统设计、信号测量与分析等。
学生普遍对实践教学活动表示满意。
实习实训调查结果显示，学校与相关企事业单位合作，为学生提供了实习实训机会。
学生在实习实训中能够接触到实际项目，提升了实际操作能力和解决问题的能力。
专业发展方向调查结果显示，电波传播与天线专业的学生普遍认为未来的行业需求广阔，有无线通信、雷达系统、电视广播、卫星通信等多个发展方向。
学生表示有信心在相关领域取得好的职业发展。
结论通过本次调查，我们了解了电波传播与天线专业的学科设置、课程内容、实验设备以及专业发展方向。
调查结果显示，电波传播与天线专业在学科建设和教学实践方面较为完善，为学生提供了良好的学习环境和发展机会。
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。
《天线与电波传播》课件
电波在自由空间中传播时，能量随距离的平 方成正比地衰减。
穿透损耗
电波在穿透建筑物、墙体等障碍物时，会受 到损耗。
地面吸收损耗
电波在传播过程中，会受到地面的吸收作用 ，导致能量衰减。
散射损耗
由于散射体的散射作用，导致电波传播过程 中的能量衰减。
03
天线设计与应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
Hale Waihona Puke 天线的定义与分类总结词
天线的定义是指能够将电磁波能量转换为导行波能量或将导行波能量转换为电磁波能量 的装置。天线根据不同的分类标准可以分为多种类型。
详细描述
天线是一种能够将电磁波能量转换为导行波能量或将导行波能量转换为电磁波能量的装 置。根据不同的分类标准，天线可以分为多种类型，如按工作性质可以分为发射天线和 接收天线，按方向性可以分为定向天线和全向天线，按频段可以分为超长波天线、长波
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
《天线与电波传播》ppt课
件
• 天线基础知识 • 电波传播基础 • 天线设计与应用 • 电波传播的干扰与防护 • 未来发展与展望
目录
CONTENTS
01
天线基础知识
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
设备干扰
影响设备的正常运行，可能导致设 备故障或性能下降。
04
干扰的防护与抑制
频率管理
通过合理规划和管理无线电频谱，减少不同无线电业务之间的干扰。
天线隔离
通过合理设置天线位置和方向，降低不同无线电设备之间的干扰。
滤波技术
采用滤波器对信号进行筛选和处理，减少干扰信号的影响。
天线与电波传播
天线与电波传播天线部分：引言天线是一种用来发射或接收电磁波的器件，是任何无线电系统中的基本组成部分。
换句话说，发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波，接收天线则与此相反。
于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输，可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。
人类最大的自然资源之一就是电磁波谱，而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。
第一讲：传输线基础知识在通信系统中，传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。
为了更好的了解天线的性能与参数，首先简单介绍有关传输线的基础知识。
传输线根据频率的使用范围区分有两种类型：1、低频传输线；2、微波传输线。
这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识，主要包括反映传输线任一点特性的参量：反射系数Γ、阻抗Z 和驻波比ρ。
一、反射系数Γ这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为()()''''''''2()()()00j z j z j zl U z z U z U z e Uzee βββ-+--+-Γ=====Γ (1)由上式可以看出，反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，即 ()'l z Γ=Γ (2) 此外，反射系数呈周期性，即()()''/2g z m z λΓ+=Γ (3) 二、阻抗Z这里定义传输线上任一点处的阻抗为 ()()()'''U z Z z I z =(4)经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式()''00'0tan tan l l Z jZ z Z z Z Z jZ zββ+=+ (5) 三、驻波比ρ(VSWR)这里定义传输线上任一点处的驻波比为 ()()'max 'minU z U zρ=(6)经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式 11l lρ+Γ=-Γ (7)此外，这里还给出反射系数与阻抗的关系表达式()()()()()()''''''011z Z z Z z Z z Z z Z z Z +Γ=-Γ-Γ=+ (8)这里还简单介绍一下传输线理论所要用到的一些基本参数，例如特性阻抗0Z 以与相位常数β，具体表达式如下： 02,L Z LC C πβωλ===(9) 此外，不同的系统有不同的特性阻抗0Z ，为了统一和便于研究，常常提出归一化的概念，即阻抗()'0Z z Z 称为归一化阻抗()()''Z z Z z Z =(10)第二讲：基本振子的辐射一、电基本振子的辐射电基本振子(Electric short Dipole)又称电流元，无穷小振子或赫兹电偶极子， 它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l 远小于波长λ，其半径a 远小于l ，同时振子沿线的电流I 处处等幅同相。
天线与电波传播
天线与电波传播天线部分:引言天线是一种用来发射或接收电磁波的器件，是任何无线电系统中的基本组成部分。
换句话说，发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波，接收天线则与此相反。
于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输，可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。
人类最大的自然资源之一就是电磁波谱，而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。
第一讲:传输线基础知识在通信系统中，传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。
为了更好的了解天线的性能及参数，首先简单介绍有关传输线的基础知识。
传输线根据频率的使用范围区分有两种类型:1、低频传输线;2、微波传输线。
这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识，主要包括反映传输线任Z一点特性的参量:反射系数、阻抗和驻波比,。
,一、反射系数 ,这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为,'Uz()',,()z，'Uz()'jz,,,',Uze0，， (1) ,'jz，',,Uze0，，'jz,2,,,el由上式可以看出，反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，即',,,z (2) ，，l此外，反射系数呈周期性，即'',，,,zmz,/2 (3) ，，，，gZ二、阻抗appearance of the weld appearance quality technical requirements of the project must not have a molten metal stream does not melt the base metal to weld, weld seam and heat-affected zone surface must not have cracks, pores, defects such as crater and ash, surface smoothing, weld and base metal should be evenly smooth transition. Width 2-3 mm from the edge of weld Groove. Surface reinforcement should be less than or equal to 1 + 0.2 times the slope edge width, and should not be greater than 4 mm. Depth of undercut should be less than or equal to 0.5 mm, total length of the welds on both sides undercut not exceed 10% of the weld length, and long continuous should not be greater than 100 mm. Wrongside should be less than or at 0.2T, and should not be greater than 2 mm (wall thickness mm t) incomplete or not allow 7.5 7.5.1 installation quality process standards of the electrical enclosure Cabinet surface is clean, neat, no significant phenomenon of convex, close to nature, close the door. 7.5.2 Cabinet Cabinet face paints no paint, returned to rusted, consistent color. 7.5.3 uniform indirect gap from top to bottom, slot width <1.5mm 7.5.4 adjacent Cabinet surface roughness is 0. 7.5.5 the cabinets firmly fixed, crafts beautiful. 7.5.6 Cabinet surface gauge, switch cabinet mark clear, neat, firm paste. 7.5.7 Terminal row of neat, is reliable, the appearance is clean and not damaged. 7.5.8 cables neat and clean, solid binding, binding process in appearance. 7.5.9 the first cable production firm, crafts beautiful, clear signage does not fade.7.5.10 fireproof plugging tight, no cracks and pores. 7.6 7.6.1 of thestandard electrical wiring quality technology cable a, the multi-core wire bunch arrangement should be parallel to each other, horizontal wire harness or wire should be perpendicular to the longitudinal multi-core wire bunch. The distance between the wire harness and wire harness symmetry, and as close as possible. B-core wiring harness into round, multi-core wire bunch used g wire binding, fastening这里定义传输线上任一点处的阻抗为'Uz，，' (4) Zz,，，'Iz，，经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式'ZjZz，tan,'l0 (5) ZzZ,，，0'ZjZz，tan,l0三、驻波比(VSWR) ,这里定义传输线上任一点处的驻波比为'Uz，，max,, (6) 'Uz，，min经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式1，,l (7) ,,1,,l此外，这里还给出反射系数与阻抗的关系表达式'1，,z，，'ZzZ,，，0'1,,z，，(8) 'ZzZ,，，0',,z，，'ZzZ，，，0这里还简单介绍一下传输线理论所要用到的一些基本参数，例如特性阻抗Z0 以及相位常数，具体表达式如下: ,L2,,,,ZLC, (9) ,,0C,Z此外，不同的系统有不同的特性阻抗，为了统一和便于研究，常常提出归一化0'Zz，，的概念，即阻抗称为归一化阻抗 Z0'Zz，，'Zz, (10) ，，Z0第二讲:基本振子的辐射appearance of the weld appearance quality technical requirements of the project must not have a molten metal stream does not melt the base metal to weld, weld seam and heat-affected zone surface must not have cracks, pores, defects such as crater and ash, surface smoothing, weld and base metal should be evenly smooth transition. Width 2-3 mm from the edge of weld Groove. Surface reinforcement should be less than or equal to 1 + 0.2 times the slope edge width, and should not be greater than 4 mm. Depth of undercut should be less than or equal to 0.5 mm, total length of the welds on both sides undercut not exceed 10% of the weld length, and long continuous should not be greater than 100 mm. Wrongside should be less than or at 0.2T, and should not be greater than 2 mm (wall thickness mm t) incomplete or not allow 7.5 7.5.1 installation quality process standards of the electrical enclosure Cabinet surface is clean, neat, no significant phenomenon of convex, close to nature, close the door. 7.5.2 Cabinet Cabinet face paints no paint, returned to rusted, consistent color. 7.5.3 uniform indirect gap from top to bottom, slot width <1.5mm 7.5.4 adjacent Cabinet surface roughness is 0. 7.5.5 the cabinets firmly fixed, crafts beautiful. 7.5.6 Cabinet surface gauge, switch cabinet mark clear, neat, firm paste. 7.5.7 Terminal row of neat, is reliable, the appearance is clean and not damaged. 7.5.8 cables neat and clean, solid binding, binding process in appearance. 7.5.9 the first cable production firm, crafts beautiful, clear signage does not fade.7.5.10 fireproof plugging tight, no cracks and pores. 7.6 7.6.1 of the standard electrical wiring quality technology cable a, the multi-core wire bunch arrangement should be parallel to each other, horizontal wire harness or wire should be perpendicular to the longitudinal multi-core wire bunch. The distance between the wire harness and wire harness symmetry, and as close as possible. B-core wiring harness into round, multi-core wire bunch used g wire binding, fastening一、电基本振子的辐射电基本振子(Electric short Dipole)又称电流元，无穷小振子或赫兹电偶极子，l,l它是指一段理想的高频电流直导线，其长度远小于波长，其半径远小于，a 同时振子沿线的电流处处等幅同相。