天线原理与设计_讲义1

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1、天线原理与设计教师：王建电子工程学院二系绪论0.1天线在无线电工程中的作用一切无线电设备都离不开天线。▲无线电通讯▲无线电广播▲电视▲雷达▲导航▲制导▲无线电探测等系统天线的作用是：作发射时，它将电路中的高频电流或传输线上的导行波转换为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或传输线上的导行波。(1)能量转换(2)定向辐射或接收简言之：天线的功能主要有两点：无线电通讯线路中的辐射和接收天线示意：发射系统等效电路：天线

2、等效电路中最主要的一个参数——辐射电阻Rr。可以认为天线辐射的电磁波能量全部由Rr吸收。发射天线空间辐射方向图。●典型的空间三维方向图●典型的二维方向图各种各样的方向图是由各种各样的天线实现的。0.2天线的分类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。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。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。

3、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。按天线上电流分布分类有行波天线、驻波天线。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、微波天线和毫米波天线。按载体分有车载天线、机载天线、星载天线，弹载天线等。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

4、体表面的共形阵列天线等。为便于分析和研究天线性能出发，天线可以分为如下几大类：(1)线天线(WireAntennas)——(1～6)章(2)口径天线(ApertureAntennas)——(8～10章)(3)阵列天线(ArrayAntennas)—(1章部分，5章)(4)透镜天线(LensAntennas)—(10章部分)(5)反射器天线(ReflectorAntennas)—(11～12章)(6)微带天线(MicrostripAntennas)—(14章)0.3天线的发展自1886年德国物理学家

5、Hertz在实验室采用一个长度为半波长的偶极子传送一个电火花脉冲，并在附近的谐振圆环内检测，证实了Maxwell方程以来，天线的发展已经历了120多年的时间。但是，天线一直在新技术的推动下发展着。在1940以前，天线的发展是在广播、电视和通信技术的推动下发展的，那时候有关长波、中波和短波线形天线的理论大体上已经成熟。一些主要天线形式直到现在还在使用。在第二次世界大战期间，随着电子技术和雷达技术的发展，超短波与微波天线得到了飞速的发展。如喇叭天线、反射面天线、透镜天线、介质棒天线、波导缝隙天线、阵列

6、天线等。第二次世界大战之后，无线电技术的发展更加迅速，微波中继通信、散射通信、广播、电视技术的发展对天线提出了许多新的要求。上世纪五十年代提出了非频变天线理论，相继出现了对数周期、等角螺旋、阿基米德螺旋等宽带天线。五十年代末人造卫星上天、洲际导弹出现后，人类进入了宇宙空间时代，航空航天技术的发展对天线的研究又提出了许多新的课题，这时要求解决天线的高增益、圆极化、宽频带、快速扫描和精密跟踪等问题。六十和七十年代是天线发展的鼎盛时期。这个时期在天线理论方法方面以及各项技术的应用方面都在突飞猛进的发展。

7、(1)在天线理论方法方面■几何绕射理论■平面波谱展开法■矩量法■有限元法■时域有限差分法■时域积分方程法■天线近场测量理论■阵列分析与综合理论这些理论方法为天线的工程设计奠定了坚实的基础，随着计算机技术的发展大都形成了计算机仿真的电子自动化设计软件。■HFSS软件■CST软件■IE3D软件■FIDELITY软件■FEKO软件(2)在天线技术应用方面卫星通信技术发展推动了卫星天线和大型地面站天线的发展，出现了大型平面阵、卡塞格仑天线及各种反射面天线馈源。雷达制导、搜索、跟踪、预警技术的应用推动了单脉

8、冲雷达天线、相控阵天线，多波束天线的发展。半导体技术的发展使无线电技术向毫米波、亚毫米波甚至更高频率发展，对天线提出了小型化、集成化、宽带化等一系列要求，出现了有源天线、微带天线和印刷天线、印制板开槽天线、表面波天线、共形阵列天线等。微带天线和印刷天线由于其具有小型化、低剖面、便于集成，成本低、天线图案千变万化，所以至今仍在发展，其方向包括阵列、极化、宽带、高效率、双频和多频谐振等。有源天线的发展形成了现在非常先进的有源相控阵雷达天线。二维有源相控阵已装备在最先进的猛禽F22第四代