天线的基础与设计

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1、天线原理与设计摘要：天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波变换成在无介媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。本论文重点论述了使用和设计天线所必备的最基本原理和方法，不过多罗列个别天线的设计细节，重点论述各原理、方法

2、的核心思想，主要结论，指出其局限性及发展动向。关键词：天线、设计、原理、基本参数、作用一、天线在无线电工程中的作用天线已随处可见，它已与我们的日常生活密切相关。例如，收听无线电广播的收音机需要天线，电视机需要天线，手机也需要天线。在一些建筑物、汽车、轮船、飞机上等都可以看见各种形式的天线。收音机、电视机使用的天线一般是接收天线，广播电视台的天线则为发射天线。而手机天线则收发共用，但须经过移动通信基站天线转收和转发。实际上，一切无线电设备(包括无线电通讯、广播、电视、雷达、导航等系统)都是利用无线电波来进行工作的，而从几MHz的超长波到四十多GHz的毫米波段电磁波的发射和接收都要通过天线来

3、实现。天线是这样一个部件，作发射时，它将电路中的高频电流或馈电传输线上的导行波有效地转换成某种极化的空间电磁波，向规定的方向发射出去；作接收时，则将来自空间特定方向的某种极化的电磁波有效地转换为电路中的高频电流或传输线上的导行波。综上所述，天线的作用主要有两点：1、能量转换对于发射天线，天线应将电路中的高频电流能量或传输线上的导行波能量尽可能多地转换为空间的电磁波能量辐射出去。对于接收天线，天线应将接收的电磁波能量最大限度地转换为电路中的高频电流能量输送到接收机。这就要求天线与发射机源或与接收机负载尽可能好的匹配。一副好的天线，就是一个好的能量转换器。2、定向辐射或接收对于发射天线，辐射

4、的电磁波能量应尽可能集中在指定的方向上，而在其它方向不辐射或辐射很弱。对于接收天线，只接收来自指定方向上的的电磁波，在其它方向接收能力很弱或不接收。例如，就雷达而言，它的任务是搜索和跟踪特定的目标。如果雷达天线不具有尖锐的方向性，就无法辨别和测定目标的位置。而且如果天线没有方向性，或方向性弱，则对发射天线来说，它所辐射的能量中只有一少部分到达指定方向，大部分能量浪费在不需要的方向上。对接收天线来说，在接收到所需要信号的同时，还将接收到来自其它方向的干扰信号或噪声信号，致使所需信号完全淹没在干扰和噪声中。因此，一副好的天线应该具有完成某种任务而要求的方向性。如果我们要接收卫星电视等信号，由

5、于距离远，则必须采用定向性好，增益很高的一类天线，如旋转抛物面天线、卡塞格仑天线、阵列天线等。一副天线的收和发是互易的。根据电磁学中的互易原理可以证明，只要天线和馈电网络中不含非线性器件(如铁氧体器件)，则同一副天线用作发射和接收时，其基本特性保持不变。因此，在分析接收天线的特性时，可以采用分析发射天线的方法。二、天线的分类天线的形式很多。为了便于讨论，可根据不同情况分类：1.按工作性质分类可分为发射天线、接收天线和收发共用天线。2.按用途分类有通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线、导航天线、测向天线等。3.按天线特性分类从方向性分：有强方向性天线、弱方向性天线、定向天线、全向天线、针

6、状波束天线、扇形波束天线等。从极化特性分：有线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化天线又分为垂直极化和水平极化天线。从频带特性分：有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。4.按天线上电流分布分类有行波天线、驻波天线。5.按使用波段分类有长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。6.按载体分有车载天线、机载天线、星载天线，弹载天线等。7.按天线外形分类有鞭状天线、T形天线、Γ形天线、V形天线、菱形天线、环天线、螺旋天线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线等。另外，还有八木天线，对数周期天线、阵列天线。阵列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表面的

7、共形阵列天线等。从便于分析和研究天线的性能出发，可以将大部分天线按其结构形式分为两大类：一类是由金属导线构成的线天线，一类是由尺寸远大于波长的金属面或口径面构成的面状天线，简称口面天线，此外还有介质天线。三、天线的发展概况天线发展虽然已有一百多年时间，但有关天线的各个方面还在不断发展。例如：(一)在天线理论方面除了分析天线的矩量法、几何绕射法、平面波谱展开法之外，以后又相继出现了有限元法、时域有限差分法等用于天线分析。有名的天线分析