八、天线基础

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1、第八章天线基础8.1天线导引定义：Websters字典：用来发送或接受无线电波的金属棒或电线。IEEE：一种用来发送或接受无线电波的工具。图8.1.1天线8.1.1天线的类型1、线形天线2、口径天线3、微带天线4、阵列天线5、反射器天线6、透镜天线8.1.2辐射机理取一导线，很薄，则电流又可以表示成则电流公式可写为假如导线的长度为l,则这个公式简单地说明要产生辐射就必须有一个时变的电流或者具有加速度的电荷。我们经常谈到的电流是在时谐状态下的，而电荷往往是讨论其瞬间的情况。为了使电荷产生加速度，必须使导线弯曲或者使其成V形，还可将其表面制成非连续型或使其具有终端。当在时谐条件下振荡

2、时，电荷就会产生周期性的加速度，或者产生时变电流。时域，可以得到如下结论：1.假如没有电荷运动，就不可能产生电流，也不会有辐射。2.假如电荷在导线内作匀速运动：a.如果导线是笔直无限长的，就不会有辐射。b.如果导线被弯曲或制成V形，使其具有终点或将其截断，以及将其表面制成非连续型都将产生辐射。3.假如电荷在瞬时状态下振动，即便导线是笔直的也将产生辐射。8.2电偶极子的辐射在几何长度远小于波长的线元上载有等幅同相的电流，这就是电偶极子。关于电偶极子产生的电磁场的分析计算，是线形天线工程计算的基础。设线元上的电流随时间作正弦变化，表示为如图8.2.1所示，电偶极子沿z轴放置，中心在坐

3、标原点。元的长度为l、横截面积为，故有则用替换，载流线元在点P产生的矢量位为电偶极子考虑到l<

4、的辐射磁偶极子又称磁流元，其实际模型是一个小电流圆环，它的周长远小于波长，且环上载有的时谐电流处处等福同相，表示为8.3.1小电流环及其等效磁矩磁荷为：磁极间的假象电荷为根据电磁对偶原理，自由空间的磁偶极子与自由空间的电偶极子取如下的对偶关系：8.4天线的基本参数通常是以发射天线来定义天线的基本参数的，这些参数将描述天线把高频电流能量转换成电磁波能量并按要求辐射出去的能力。1.方向性函数和方向性图天线辐射特性与空间坐标之间的函数关系式称为天线的方向性函数.根据方向性函数绘制的图形则称为天线的方向性图。定义天线的方向性函数：在离开天线一定距离处，描述天线辐射场的相对值与空间方向的函

5、数关系，称为方向性函数，表示为。为便于比较不同天线的方向特性，通常采用归一化方向性函数。定义为式中的为指定距离上某方向的电场强度值，为同一距离上的最大电场强度值；为方向性函数的最大值。实际应用的天线的方向性图要比电偶极子的方向性复杂，出现很多波瓣，分别称为主瓣和副瓣，有时还将主瓣正后方的波瓣称为后瓣。1.0半功率点主瓣轴0.50.5副瓣半功率波束宽度(HPBW)图8.4.1典型的功率方向图图8.4.1典型的功率方向图通常考虑以下几个参数：（1）主瓣宽度主瓣轴线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（E面）或（H

6、面）。主瓣宽度愈小，说明天线辐射的能量愈集中，定向性愈好。电偶极子的主瓣宽度为。2）副瓣电平最大副瓣的功率密度S1和主瓣功率密度S0之比的对数值，称为副瓣电平表示为通常要求副瓣电平尽可能低。（3）前后比主瓣功率密度S0与后瓣功率密度Sb之比的对数值，称为前后比。表示为通常要求前后比尽可能大。2．方向性系数在相等的辐射功率下，受试天线在其最大辐射方向上某点产生的功率密度与一理想的无方向性天线在同一点产生的功率密度的比值，定义为受试天线的方向性系数。表示为式中的Pr和Pr0分别为受试天线和理想的无方向性天线的辐射功率。故而理想的无方向性天线的辐射功率为故则上式为计算天线方向性系数的公

7、式。则而即对于无方向性天线，D=1,得比较上两式可看出，受试天线的方向性系数，表征该天线在其最大辐射方向上比无方向性天线而言将辐射功率增大的倍数。例8.4.1计算电偶极子的方向性系数解：电偶极子的归一化方向性函数为故若用分贝表示，则为D=10lg1.5=1.76dB.3.效率天线的效率定义为天线的辐射功率Pr与输入功率Pin的比值，表示为式中的PL为天线的总损耗功率，通常包括天线导体中的损耗和介质材料中的损耗。若把天线向外辐射的功率看作是被某个电阻吸收的功率，该电阻称为辐射电阻R