电波与天线(20)§6.4 平面口面辐射场特性的一般讨论
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。
天线理论与设计
3.轴向模螺旋天线上沿螺旋线行进的行波的相速度比在 自由空间时平面波的速度 （大或小），这种螺旋线 导行的波被称为 。 4.根据第六章宽带天线所学内容说出三种具有宽带特性的 天线型式： ， 和 。
10.天线辐射方向图,按不同辐射特性主要定义为 方向图,二者关系的数学表示是 。
概念原理复习
11.发射天线是垂直极化，接收天线为水平极化，则极化失配 因子等于 ；发射天线是圆极化，接收天线为水平极化， 则极化失配因子等于 。 12.均匀激励等间距线阵，当N较大时第一副瓣电平趋于 余弦渐削分布的旁瓣电平为 dB。 13.天线的远区场角分布与 无关,电场与磁场满随着振子长度的增加,方向性系数 方向图开裂,方向性系数急剧下降。 15．等幅同相二元阵间距大于
,但振子长度超过
方向图将出现多瓣。
概念原理复习
三、试叙述微带贴片天线的结构，辐射机理及其优缺点。 四、试叙述八木－宇田天线的结构及其工作原理。 五、试叙述对数周期振子阵的结构及辐射机理。
概念原理复习
相似原理（缩比原理）: 指天线的所有尺寸和工作频率（或波长）按相同的比例 变化，天线的性能将保持不变。（换言之，若天线的电 尺寸保持不变，天线的性能也将不变。）
方向性系数:最大辐射方向上的方向性值
概念原理复习
一、填空题
1.根据天线产生场的特性可以将离天线从近到远的空间 区域划分为 、 和 三个场区。一般天线方向图 是在 场区定义。
六、利用一在轨卫星上36 dB增益的天线，以点波束指向最远2000km外地 球上的用户，系统在频率3GHz时能发射的功率最大可达7W。如果用户的 2 dB增益天线指向卫星，为使其在最大距离处至少收到100dBm功率， 求卫星所需的发射功率，且系统发射功率是否满足所需功率要求？
电波与天线(15)§5-8蝙蝠翼天线
三、蝙蝠翼天线的技术特点
1、安装要求： 安装要求： (1)为保证蝙蝠翼天线各振子能达到同相位馈电要 (1)为保ห้องสมุดไป่ตู้蝙蝠翼天线各振子能达到同相位馈电要 求，蝙蝠翼天线靠近支撑杆的垂直支撑架两端需 用金属导体短路，且短路导体要和支撑杆保持良 好的接触导通状态，严禁相互绝缘，以防分馈线 上电压驻波过大而烧坏分馈线。 (2)为保证蝙蝠翼天线在水平面内辐射场的均匀性， (2)为保证蝙蝠翼天线在水平面内辐射场的均匀性， 主支撑杆不能太粗。为达到此目的，在多付天线 共塔使用时，蝙蝠翼天线一般都安装在最顶部。
5588蝙蝠翼天线蝙蝠翼天线一蝙蝠翼天线的结构原理二蝙蝠翼天线的特性三蝙蝠翼天线的技术特性问题的提出一蝙蝠翼天线的结构原理二蝙蝠翼天线的特性三蝙蝠翼天线的技术特性问题的提出一一xx形振子构成的引向天线形振子构成的引向天线一蝙蝠翼天线的结构原理蝙蝠翼天线从其结构上来看可以看成是一种特殊的电对称振子或者说是由电对称振子演变而成的其演变过程如图一蝙蝠翼天线的结构原理蝙蝠翼天线从其结构上来看可以看成是一种特殊的电对称振子或者说是由电对称振子演变而成的其演变过程如图558811所示
§5-8蝙蝠翼天线
一、蝙蝠翼天线的结构原理 二、蝙蝠翼天线的特性 三、蝙蝠翼天线的技术特性问题的提出
一、X形振子构成的引向天线
一、蝙蝠翼天线的结构原理 蝙蝠翼天线从其结构上来看， 蝙蝠翼天线从其结构上来看，可以看成 是一种特殊的电对称振子， 是一种特殊的电对称振子，或者说是由 电对称振子演变而成的， 电对称振子演变而成的，其演变过程如 所示。 图5-8-1所示。
②从电路角度分析
如从电路角度分析超短波段的这样一种馈电方式，可以把 图5-8-5连接方式中的复杂高频耦合看成是由图5-8-6所示电 连接方式中的复杂高频耦合看成是由图5 路构成。即把通过“ 型接头” 路构成。即把通过“T型接头”连接的两根分馈线和主馈 线与振子两接点之间的阻抗变换和电磁耦合作用等效成图 5-8-6所示的阻抗变换器的耦合。初级（主馈线端）芯线对 外皮（即对地）处于不对称状态，而次级（振子端）由于 其结构特点，相当于左、右振子对大地电压保持相等，同 时又保证了在左、右振子之间电压和初级芯线和地之间电 压相等的关系，从而保证了左、右振子上的电流耦合和主 馈线上供给的电流基本相等，也达到了左、右振子上电流 同相位馈电要求，完成了由不平衡向平衡的转换作用
电磁场与电磁波第六章平面电磁波
y
频率也是电磁转化的条件
H J jE E jH
结论：只有较高的频率，才能确保电磁有效转化 例： 集中电路参数系统和分布参数电路系统 波动性还与媒质有关 例：微波炉不能用铁制容器。 结论：如果存在电磁能量的转化，时空的变换，并 且有足够高的频率和合适的媒质，就能够产生电磁 波。
1 H az E ，由此可见电场、
2. 坡印廷矢量
坡印廷定理 质量为m，带电量为q的带电粒子在电磁场 中运动，其受到的洛伦兹力： d (mv ) F q( E v B) qE qv B dt dv d (mv ) 又： m F 带电粒子动能： dWp 1 d (v v ) dt dt 1 2 m Wp mv dt 2 dt 洛伦兹力等于动量关于 2
j x1
A2 A2me jx 2
Ex A1me
j( kz x1 )
A2me
j( kz x 2 )
Ex ( z, t ) A1m cos(t kz x1 ) A2 m cos(t kz x 2 )
后向行波 同理：Ey A1me j( kz y1 ) A2m e j( kz y 2 ) 或
平面电磁波
引言
一、时变电磁场的波动方程
二、均匀平面波在无耗介质中的传播特性 三、均匀平面波在有耗媒质中的传播规律 四、均匀平面波的极化特性 五、均匀平面波对平面边界的垂直入射 六、多层介质分界面上的垂直入射 七、均匀平面波对平面边界的斜入射
引言
从maxwell方程组的物理意义谈电磁波产生 的条件。
坡印亭定理 ( E H ) dS E JdV
工程电磁场导论：第6章 平面电磁波的传播
•示对为于E沿 任r,意t方向传E播m的co正s弦均t匀平K面 波•电r场矢量e 可 表
第六章
平面电磁波的传播
• 例题：已知自由空间中电磁波的电场强度表达
式为
E
50 cos(
6π 108t
x)e y
V/m
•
a.是否为均匀平面电磁波
试求: b. f ,v,,及传播方向；c. E 和 S。
• d.若在x=x0处水平放置一半径R=2.5m的圆环，求垂 直穿过圆环的电磁功率。
平面电磁波的传播
w
1 2
(
Ey
)2
1 2
(H
Z
)2
(E
y
)2
(
H
Z
)2
反射波能量密度
w
1 2
(
E
y
)2
1 2
(
H
Z
)2
(
E
y
)
2
(
H
Z
)2
入射波功率流密度
S
E H
E
y
H
z ex
反射波功率流密度
(
H
z
)2
ex
vwex
S
E H
E
y
H
z ex
(
H
z
)2
ex
vwex
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电磁波的频率是由波源决定的，它始终与源的频率相 同，但是电磁波的相速与介质特性有关。因此，电磁 波的波长与介质特性有关。
第六章
6.2.4 沿任意方向传播的均匀平面波
平面电磁波的传播
波矢量K：大小为相位常数β，方向为波的传播方向。
2
《天线技术》教学大纲
《天线技术》课程教学大纲课程编号：课程名称：天线课程类型：专业课学分数： 2 学时数：64 其中:实验/上机／实训学时: 无先修课程：电磁波与电磁场理论后续课程: 现代通信技术适用专业：信息与通信等理工科专业开课单位：信息工程学院一、课程性质、目的和任务本门课程遵循面向21世纪、能力为本、培养应用型人才的原则，力求做到取材精练、重点突出、概念清楚、基本理论分析简明易懂，注重对实际工程设计和实际应用的介绍，同时还增加了对近年来的新技术和新应用的介绍.各章的最后均留有习题，以方便学生学习、理解和掌握所学的内容。
二、课程建议学时分配三、课程教学内容和基本要求本门课程首先简要介绍了天线在无线通信系统中的重要作用、无线电波传播的基本知识，包括地面波传播，空间波传播，以及视距传播等，以及天线辐射与接收的基本理论和主要特性参数，然后从通信工程应用的角度出发，介绍了各种类型天线的设计及应用的有关知识和技术，这些天线包括：对称天线、折合天线、单极天线、阵列天线、引向天线、电视发射天线、移动通信基站天线、喇叭天线、抛物面天线、卡塞格伦天线、各种类型的宽频带天线、智能天线、缝隙天线和微带天线等。
同时，还介绍了天线测试技术及天线的安装与调试技术. （一）绪论（4学时：其中理论4学时）1、教学主要内容1．1 天线在无线通信系统中的作用1．2 天线的分类1．3无线电波的传播1.3。
1电波传播的基本知识1。
3。
2视距传播1.3.3空间波传播1.3。
4地面波传播1。
3.5多经传播及衰落问题2、教学基本要求理解天线在无线通信系统中的作用；了解天线的分类以及电波传播的基本知识；掌握无线电波的传播方式：视距传播空间波传播地面波传播；了解电波在传播中会遇到的常见问题：多径传播及衰落问题3、教学重点和难点重点：三种电波的传播方式难点：多径传播及衰落的概念4、思考与练习章节思考与练习1，7,9题。
（二）天线辐射与接收的基本理论及主要特性参数（4学时:其中理论4学时）1、教学主要内容2.1 天线辐射的基本原理2.1.1 电基本振子的辐射2。
精品课件-电波与天线(张照峰)-第8章
d1>>λ，d2>>λ时，辐射场能量主要集中在z轴附近较小的θ 角范围内，因此在分析主瓣特性时，可认
为
。于是，可以近似地只考虑阵因子，
且由于FE(θ)与FH(θ)的形式完全相同，因此可统一地表示E
面及H面的方向性函数为
F ( ) sin
(8－18)
项目八 用HFSS仿真喇叭天线
式中：
1
d1
2
s in
(8－1) (8－2)
为了便于分析，先求φ=0°及φ=90°的两个主平面的电场 强度。
项目八 用HFSS仿真喇叭天线
在φ=0°的平面上（H面，即xOz平面）的空间任意一点M 由基本电振子和基本磁振子产生的场强推导如下。
对于基本电振子，此平面为垂直于基本电振子轴的平面， 射线与振子轴所成之角度为90°，此平面为电流元的最大辐射 平面，因此它在该平面上M
2
(8－15)
按上式可画出E面和H面的方向图如图8－3所示。
项目八 用HFSS仿真喇叭天线 图8－3
项目八 用HFSS仿真喇叭天线
由图8－3可知，惠更斯元具有单向辐射特性，其最大辐射 方向在θ=0°方向上，即最大辐射方向与面元垂直。
面元是面天线的基本辐射单元，正如线元与线天线的关系 一样。面天线是由很多面元构成的，它们是一种连续阵。因此， 计算面天线在空间的辐射场时需要采取积分的方法。
项目八 用HFSS仿真喇叭天线 项目八 用HFSS仿真喇叭天线
8.1 面天线辐射的基本原理 8.2 喇叭天线
项目八 用HFSS仿真喇叭天线 8.1 面天线辐射的基本原理
8.1.1 面元的辐射 如图8－1所示，面天线的结构包括金属导体S′、金属导体
的开口面S（即口径面）及由S′和S所构成的封闭曲面内的辐射 源。
天线PPT课件(完整版)
10
电磁频谱与无线电频段
天线概念
天线是无线系统的重要部件，它是现代信息社会的电子眼、 电子耳。 定义 — 用来辐射或接收无线电波的装置，导行波与自由空 间波互相转换区域的结构，转换器件或换能器 — 能量转换。 电路的观点 — 从传输线看向天线这一段等效于一个电阻 Rr ， 是从空间耦合到天线终端的电阻，与天线结构自身的任何电阻 无关。
7
天线发展简史
三、1980, 超大阵列（VLA）抛物面天线（Very Large Array Steerable Parabolic Dish Antennas） 位于美国新墨西哥州（Socorro, New Mexico）的超大阵 列天线由27面直径为25米的抛物面按Y型方式排列组成，是 世界第一个射电天文望远镜。其分辨率相当于36千米跨度的 天线，而灵敏度相当于直径为130米的碟型天线。
1 H A
A
因此，知道
A
1 E jA jA j A
§1.1 辅助函数法
A 4 e jkR J x, y , z dv －体电流 R v e jkR J s x, y , z ds －面电流 R s e jkR I e x, y, z dl R c
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。
讲义-口径天线基础
第十一章口径天线基础之前我们讨论的是线状天线，其特点是天线呈直线、折线或曲线状，且天线的尺寸为波长的几分之一或数个波长。
所构成的基本理论称之为线天线理论。
即使开槽缝隙天线，在分析时也是借助了缝隙天线的互补天线—金属线天线来分析。
在实际工作中，还将遇到金属导体或介质构成的口径天线和反射面天线。
有时我们统称为口面天线。
面天线，顾名思义因为这类天线所载的电流是分布在金属面或介质面上的，而且其口径尺寸远大于工作波长，可以是波长的十几到几十倍以上。
主要包括：喇叭天线、透镜天线、抛物面天线、双反射面的卡塞格伦天线等。
天线通常由两部分组成：一是初级源，例如抛物面天线的喇叭馈源；一是形成方向性的部件，例如抛物面反射器。
(a) 喇叭天线(b) 龙伯透镜天线(c) 抛物面天线(d) 卡塞格伦天线图11.1 常见口径天线在微波通信中，由于波长很短，往往采用口径面天线来辐射(或接收)电磁能量。
所有口径面天线都有一个明显的口径面（简称口面），电磁能量通过口面辐射（或接收）。
如图所示喇叭天线的口面为矩形平面，抛物面天线的口面的口面为圆形平面。
对于面天线而言，由于辐射（或接收）的电磁能量都必须经过其口面，因此，有理由将口面看成是面天线辐射场的（等效）源。
口面天线的分析模型如下图所示：图11.2 口径天线分析模型1S 为天线金属导体面，2S 为开口面，1S ＋2S 构成一个封闭面，封闭面内有一源。
对这样一个分析模型，要求解空间某点p 处的电磁场p p H E v v 、，一般采用两种近似求解方法。
（1）面电流法：以馈源的初级辐射电磁场在金属表面产生的表面电流为依据，计算辐射场。
表面电流密度与馈源的初级辐射场之间近似满足如下关系：i S H nJ v v ×=ˆ (11.1) 式中：S J v 为金属反射面的表面电流密度；i H v 为金属表面处馈源的初级辐射磁场；ˆn为金属表面的法向单位矢量。
上式仅对于平面波入射到无限大金属平面的情况才是精确的，所以面电流法是一种近似方法。
电磁场与电磁波第6章平面电磁波
（2）瞬时坡印廷矢量
E Em cos(t kz e ) 电磁场的瞬时形式为： H H m cos(t kz m ) S EH Em H m cos(t kz e ) cos(t kz m ) 1 Em H m [cos( e m ) cos(2t 2kz e m )] 2
E H t
Ex , z t E y H x , z t E 0 z t H y
H x ˆx ˆ a ay z z z Hz
E y Ex Ez E ˆ ˆ ˆ ( ax ay az ) t t t t
上式两边在给定的体积V内积分,有
1 2 1 2 ( E H )dV ( E H )dV J c EdV V V t V 2 2
电磁场与电磁波
第6章 平面电磁波 欧姆功率损耗
由高斯定律得：
1 2 1 2 ( E H )dV ( E H ) dS J c EdV S V t V 2 2 ——坡印廷定理 坡印廷矢量：流出单位面积的功率密度。 S EH
的复数表示形式；(7)波的平均功率密度。 解 (1)相对介电常数 由电场 E 强度的表达式可知:
k 0 0 r
r
109 rad/s, k 5 rad/m
0 0
25 1018 (3 108 ) 2 2.25
25 1018
(2)传播速度为 (3)本质阻抗为 (4)波长为
可见：EZ 与时间 t 无关，说明电场中没有EZ分量
Ez 0
结论：电场只有 Ex 和 Ey 分量，说明电场矢量位于xOy 平面上。