《微波技术》PPT课件(I)

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1、第10章天线电磁波是通信、雷达、遥感、遥控、导航、目标探测与定位、环境监测、资源勘探、灾害预报等的理论和技术基础，是现代能源（电能）的重要组成部分。涉及人类生活的各个方面，经济建设的各个部门，科技发展的各个领域。作为信息的载体广泛应用于通信、电视等电磁波作为探测的手段广泛应用于雷达、遥感等电磁波能量广泛应用社会、经济方方面面电磁波的产生:电磁波应用的基础时变电流或加速运动的电荷向空间辐射电磁波为获得各种不同应用要求的电磁波，需要设计不同时变电流的空间分布。这种用于产生或接受特殊要求的电磁波的装置称为——天线。磁场力线电场力线电磁波不

2、同时变电流的空间分布将辐射不同分布的电磁波相控阵天线电偶极子天线微带天线缝隙天线面天线卫星天线10.1概述天线：辐射和接收电磁波的装置天线的作用：发射天线：把高频电流能量转化为在预定方向的电磁波接收天线：把空间的电磁波转化为高频电流电压天线的地位：高频电流能量和电磁波的接口无线电波的出口和入口天线的分类：按用途：通信天线、导航天线、雷达天线、广播天线按波段：长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线按频宽：窄带天线、宽带天线、超宽带天线按功能：发射天线、接收天线按极化方式：线极化天线、圆极化天线、椭圆极化天线按时用环境：基地

3、站天线、移动台天线按方向性：全向天线、定向天线、强方向性天线、弱方向性天线按结构：线天线、口径天线按工作原理：驻波天线、行波天线、阵列天线、漏波天线对天线的要求：有较强的辐射电磁波能力一定的方向性高的转换效率一定的极化方式一定的带宽天线常用的性能指标：方向性图方向性系数增益输入阻抗驻波系数效率影响天线性能指标的关键因素天线电尺寸天线的形状和结构10.2电流元辐射电流元：长度远小于波长的一段电流，电流均匀分布，天线可看成由电流元组成。天线的辐射可由各电流元的辐射叠加产生电流元辐射等同于电偶极子辐射电流元辐射的计算中间区：介乎远场区与近

4、场区之间，储能与辐射都不占优势。对于天线问题，我们主要关心远场辐射区磁流磁荷不存在，引入后令其为0，不影响方程电流产生的场的场方程经过变量代换变为磁流产生的场的场方程磁流产生的场的场方程经过变量代换变为电流产生的场的场方程电流产生的场分布经过变量代换变为磁流产生的场分布磁流产生的场分布经过变量代换变为电流产生的场分布磁流元的辐射场可从电流元的辐射场作变量代换得到电流元辐射磁流元辐射变量代换方向特性与电流元辐射相同磁流元辐射磁流元、电流环辐射与电流元辐射的方向特性相同对称振子上电流近似为正弦分布，末端为0。对称振子上电荷近似为余弦分布

5、，末端最大。方向性函数方向性函数：辐射场与方向之间的关系函数。方向性图：用图形表示的方向性函数天线增益通常也以分贝表示，即目前卫星通讯地面站使用的大型抛物面天线，方向性很强，且效率也很高，其增益通常高达50dB以上。3.对称天线辐射对称天线是一根中心馈电的，长度可与波长相比拟的载流导线，如下图示。LLdzyxIm其电流分布以导线中点为对称，因此被称为对称天线。若导线直径d<<，电流沿线分布可以近似认为具有正弦驻波特性。因为对称天线两端开路，电流为零，形成电流驻波的波节。电流驻波的波腹位置取决于对称天线的长度。设对称天线的半长为L，

6、在直角坐标系中沿z轴放置，中点位于坐标原点，则电流空间分布函数可以表示为LLdzyxIm式中Im为电流驻波的空间最大值或称为波腹电流，常数。既然对称天线的电流分布为正弦驻波，对称天线可以看成是由很多电流振幅不等但相位相同的电流元排成一条直线形成的。这样，利用电流元的远区场公式即可直接计算对称天线的辐射场。已知电流元产生的远区电场强度应为由于观察距离，可以认为组成对称天线的每个电流元对于观察点P的指向是相同的，即，如左图示。zyxPrdz'z'z'cosr'那么，各个电流元在P点产生的远区电场方向相同，合成电场为各个电流元远区电场

7、的标量和，即考虑到，可以近似认为。但是含在相位因子中的不能以r代替r，由于，可以认为zyxPrdz'z'z'cosr'对称天线若周围媒质为理想介质，那么远区辐射电场为方向性因子为由此可见，对称天线的方向性因子与方位角无关，仅为方位角的函数。LLdzyxIm电流分布2L=/22L=2L=22L=3/2四种长度的对称天线方向图半波天线全波天线辐射功率：天线向外辐射的电磁功率S可取以天线为球心，半径远大于波长的大球面。对于高频电流来说，天线相当于一个负载，天线辐射出去的能量相当于该负载在消耗能量。辐射电阻：一个等效电阻

8、，当天线上的电流流过该电阻时所消耗的功率等于天线的辐射功率。如果天线上的电流分布不均匀时，辐射电阻的计算与所取的电流有关。辐射电阻的大小反映天线辐射能力强弱天线电尺寸越大，辐射能力越强对称振子辐射电阻随长度振荡上升，长度越长，辐射能力