电磁场电磁波论文

HEFEI UNIVERSITY

电磁场电磁波课程综述报告

题目：电磁场电磁波课程综述报告

系别：电子信息与电气工程

专业班级： 11通信工程（1）班

学号： 1105021006 姓名：郭丽丽

导师：李翠花

成绩：

2014年 5 月17 日

目录

1、天线的基本知识 (2)

1.1什么是天线 (2)

1.2天线的分类 (2)

1.3天线的参数 (2)

1.3.1方向性函数和方向图 (2)

1.3.2方向性系数 (3)

1.3.3辐射效率 (4)

1.3.4增益系数 (4)

1.3.5天线的极化特性 (4)

1.3.6输入阻抗 (4)

1.3.7天线的辐射阻抗 (5)

1.4天线的作用和地位 (5)

2、天线的工作原理 (6)

3、天线的应用 (7)

3.1双频双工双极化天线的新应用 (7)

3.2八字型全向变形天线应用 (7)

3.3心型全向变形天线应用 (7)

3.4窄波束高增益天线的应用 (8)

3.5低增益天线的应用 (8)

3.6全向天线的基本应用 (8)

4、总结 (9)

1、天线的基本知识

1.1什么是天线

天线是一种用来发射或接收无线电波的电子器件。从物理学上讲，天线是一个或多个导体的组合，由它可因施加的交变电压和相关联交变电流而产生辐射的电磁场，或者可以将它放置在电磁场中，由于场的感应而在天线内部产生交变电流并在其终端产生交变电压。天线应用于广播和电视、点对点无线电通信、雷达和空间探索等系统。天线通常在空气和外层空间中工作，也可以在水下运行，甚至在某些频率下工作于土壤和岩石之中。

1.2天线的分类

天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。 对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：

按用途分类 可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；

按工作频段分类 可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；

按方向性分类 可分为全向天线、定向天线等；

按外形分类 可分为线状天线、面状天线等.

1.3天线的参数

1.3.1方向性函数和方向图

天线的方向性函数是描述天线辐射场的大小与空间方向之间关系的函数，也就是天线的辐射作用在空间的相对分布情况的数学表达式。把方向性函数用图形表示出来就是方向图，也就是方向性函数的图解形式。

场强振幅的方向性函数是表示在以天线为中心，远区场某以恒定半径的球面上辐射场强的相对分布情况。场强振幅的归一化方向性函数一般表示为：

()()

max ,,E E F φθφθ=

式中，()φθ,E 为天线在任意方向上的辐射场强，max E 为天线在其最大辐射方向上的辐射场强。

单元偶极子的方向图

辐射的方向性用两个相互垂直的主平面上的方向图表示，E 平面(电场所在r e r l I E βθθωεβj 02sin π4j -∆= r e r l I H βφθβj sin π4j -∆=

平面) 和 H 平面(磁场所在平面)。E 平面与H 平面的归一化方向函数分别为：

实际天线比上图复杂，方向图可能包括多个波瓣，分别称为主瓣、副瓣和后瓣。如图所示某天线的极坐标形式方向图：

说明：主瓣最大辐射方向两侧的两个半功率点（即功率密度下降为最大值的一半，或场强下降为最大值的 ）的矢径之间的夹角，称为主瓣宽度，表示为 ，主瓣宽度愈窄，说明天线辐射的能量愈集中，定向性愈好。方向图的副瓣和后瓣是指不需要辐射的区域，所以应尽可能小。

1.3.2方向性系数

某一天线的方向系数是它在最大辐射方向上某一距离处的辐射功率密度和辐射功率相同的无方向性天线在同一距离处的辐射功率密度之比值，用D 表示 。

在同一距离及相同辐射功率下，某天线在最大辐射方向上的功率流密度Smax 和无方向性天线的功率流密度S 0的比值。

在同一距离处产生相同的辐射场，某天线在辐射功率和无方向性天线辐射功率之比。

由方向性系数定义，可以得到方向性系数计算公式 主瓣

x

z

02θ0.52θ副瓣 1.0 后瓣

天线方向图的波瓣

0.707 θθθθθθSin E E F E ==max )()()(1)()()(max ==φφφφφH H F H 215.02θ

(Pr=Pr 0) D 的第一表达式 202max 0max ||||E E S S D ==r r P P D 0=(|Emax|=|E0|) D 的第二表达式 ()22004 , sin sin (D F d d d d d πππθφθθφθθφ==Ω⎰⎰

立体角）D 的第三表达式

1.3.3辐射效率

天线的辐射效率表征天线能否有效的转换能量，定义为天线的辐射效率与输入到天线上的功率(输入功率)之比：

1.3.4增益系数

在定义天线的方向性系数时，我们使用的是天线辐射功率，由于辐射功率通常由理论计算得出，这就在实际应用中带来一些不便。采用天线的输入功率作类似定义，则得出的对应参数称为天线的增益。它是天线的重要指标之一。

天线增益是这样定义的。即输入功率相同时，某天线在某一方向上的远区产生的功率流密度S 1与理想点源（无方向性）天线在同一方向同一距离处产生的功率流密度S 0的比值，称为该天线在该方向上的增益系数，简称增益，常用G 表示。天线增益在不加特别说明时，指天线在最大辐射方向上的增益系数。上述定义可用数学形式表示为

Pin 0和Pin 1分别为理想点源天线和实际天线的输入功率。

1.3.5天线的极化特性

天线的极化特性是以天线辐射的电磁波在最大辐射方向上电磁强度矢量的空间取向来定义的，分为线极化、圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化和垂直极化；圆极化又分为左旋极化和右旋极化。

天线不能接收与其正交的极化分量，线极化天线不能接收来波中与极化方向垂直的线极化波；圆极化天线不能接收来波中与其旋转方向相反的圆极化分量。

1.3.6输入阻抗

天线通过传输线与发射机相连，天线作为传输线的负载，与传输线之间存在阻抗匹配的问题。

天线与传输线连接处称为天线的输入端，天线输入端呈现的阻抗值定义为天线的输入阻抗，用Zin 表示

天线的输入阻抗决定于天线的结构、工作频率以及周围的环境。输入阻抗的计算是比较in in

in U Z I ==输入电阻，对应有功功率，以辐射和损耗两种

方式耗散掉

输入电抗，对应无功功率，贮存在近区中 in p ()P ()A η∑=辐射功率输入功率（Pin 1=Pin 0） 222121E E S S G ==10in in P P G =(E 1=E 0时) 或