天线基本理论.ppt

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1、天线基础知识与微带天线天线是无线电技术设备中用来辐射或接受电磁波的装置，是任何无线电通信系统都离不开的重要前端器件，它广泛地应用于无线电通讯、雷达、导航、遥感、电子对抗和射电天文等领域中，担负着换能器的任务，即把高频电流或导波形式的能量转换成空间电磁波能量，并定向地辐射（这过程称为发射）或相反的转换过程（称为接收）。由于天线在无线电通信系统的重要作用，其本身的质量直接影响着无线电系统的整体性能。1.天线的分类天线的种类繁多，可以从不同角度对天线进行分类。如按照用途不同，可将它们分为通讯天线、广播天线、电视天线、雷达天线、导航天线和测向天线等。按工作波长的不同可分为长波天线、中波天线、短波天线、

2、超短波天线和微波天线等；按天线的特色不同可分为圆极化天线、线极化天线、超宽频带天线和波束控制天线等。从便于分析和讨论天线的性能出发，比较合理的分类方法是把大部分天线按其结构分成两大类：一类是导线或金属棒构成的线状天线，主要用于长波、短波、超短波；另一类是金属面或介质面构成的面状天线，主要用于微波波段。2．天线的特性参数天线的特性参数是评价一副天线性能好坏的指标。根据电磁场中提到的“收发互易原理”，同一副天线在用作发射或接收时，其基本特性是相同的，只是含义有所不同。本节主要介绍发射天线电参数，然后再介绍反映天线接收性能的两个参数。1）发射天线的电参数(1)方向性函数和方向图天线的方向性函数是描写

3、天线的辐射作用在空间的相对分布的数学表示式，方向图则是相应的图解表示。场强振幅的归一化方向性函数定义为(1)式中为天线在任意方向上的场强；为在最大辐射方向上的场强。例如：由电磁场理论，电基本振子的电磁场表示式简化为(1.1a)(1.1b)(1.1c)由式（1）可知，电基本振子的方向性函数为(2)按方向性函数画得的几何图形即为方向图。一般说来，天线的方向图是一个立体图形，画起来较复杂，在大多数情况下也没有必要。通常只需画出两个相互垂直的主平面上的平面方向图。例如对于电基本振子，所取的两个主平面，一个是包含振子的面，该面与电场矢量相平行故称为E平面;另一个是与振子正交的面，它与磁场矢量相平行，故称

4、为H平面。电基本振子在E面的方向图成“”字形，具有明显的方向性，在的方向上场强为零，而在方向上场强值为最大，如图7-4(a)所示；电基本振子在H面的方向图是一个圆，这是因为方向性函数与无关，如图7-4(b)所示；电基本振子的立体方向图如图1所示。对于定向天线,其方向图一般呈花瓣状,且包含有多个波瓣,最大辐射方向上的瓣称为主瓣,其余的瓣称为副瓣或旁瓣。常用主瓣宽度和旁瓣电平来描写天线辐射能量的集中程度。主瓣宽度指主瓣最大值两侧功率密度等于最大方向上功率密度一半的两个方向间的夹角。在E面和H面上对应的主瓣半功率宽度常以表示，相应的场强降至最大值的0.707倍。旁瓣电平指旁瓣最大值和主瓣最大值之比，

5、记为,常以分贝数表示之式中下标“1”和“0”分别表示副瓣和主瓣对应的值。若主瓣宽度愈小，旁瓣电平愈低，则说明该天线的方向性或定向性能愈好。(2)方向系数方向图形象地表示出了天线的方向性，为了更精确地比较不同天线的方向性，有必要再规定一个表示方向性的电参数——方向系数。它的定义是:在辐射功率相同的条件下，被研究天线在它的最大辐射方向上某一距离处的辐射功率密度与无方向性天线（参考天线）在同一距离处辐射功率密度之比值，并记为D。由这个定义出发，可导出方向系数的基本计算公式。设被研究天线的辐射功率为，它在最大辐射方向上距离r处产生的辐射功率密度和场强分别为和；又设有一辐射功率相同的无方向性天线，它在相

6、同距离上产生的辐射功率密度和场强分别为和。则按方向系数的定义，有(3)对于无方向性天线，它产生的辐射功率密度可表示为功率密度和场强间的关系式为因而有(4)将式（4）代入式（3）得(5)式中的也是所讨论的天线的辐射功率，设其归一化方向函数为，则其任意方向的场强与功率密度分别为在半径为r的球面上对功率密度进行面积分，就得到辐射功率为将上式代入（5），即得(6)式（6）是计算方向系数的一个重要公式。由公式可以看出，如果天线的辐射散布在较大的角度范围内，也就是天线的主瓣较宽，上式的分母积分值就较大，天线的方向系数就较小。对于理想无方向性天线，其归一化方向函数为于是按式（6）得其方向系数为这是一个理所当

7、然的结果。对于基本振子，其归一化方向函数为则其方向系数为下面讨论方向系数的物理意义。由式（5）得(7)对于无方向性天线，D=1,式（7）写为(8)比较式（7）与（8），可以看出：某天线的方向系数，表征该天线在其最大辐射方向上比起无方向性天线来说把辐射功率增大的倍数。譬如，为了在一定距离的点M处产生一定的场强，在使用无方向时，需馈给天线100（w）的辐射功率，但若使用方向系数D=100的强方向天线，