天线原理第三章天线基本参数.ppt

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1、第三章天线基本参数1、方向性函数2、方向图（RadiationPattern）3、方向图参数4、方向系数（Directivity）5、天线效率6、增益（Gain）7、极化（Polarization）8、有效长度9、输入阻抗（InputImpedance）10、辐射阻抗（RadiationResistance）11、频带宽度（Bandwidth)天线方向图的定义：天线辐射方向图或天线方向图定义为“天线的辐射参量随空间坐标的变化图形”，辐射参量包括天线辐射的功率通量密度、场强、相位和极化。通常天线方向图在远场区确定，并表示为空间方向坐标的函数——方向（图）函数，此时方向图

2、的形状就与距离无关。一般我们最关心的是功率方向图和场强方向图。辐射方向图§3.1方向性函数任何天线辐射的电磁波都不是均匀平面波，其辐射场都具有方向性。所谓的方向性函数，就是在相同距离的条件下天线的辐射场的相对值与空间方向的关系，一般用来表示。天线在空间任意方向的电场强度的大小可以表示为：与方向无关的常数就是场强方向图函数，并且只是的函数方向性函数定义为：以基本电振子为例，其辐射电场强度可以表示成：分量表达式对称振子的方向图函数为为便于比较，通常采用归一化方向性函数来表示，即：对于一个理想的点源，其辐射场是无方向性的，在相同距离处，任何方向场强大小均相等，归一化方向性函

3、数。基本电振子的归一化方向性函数为：基本振子归一化功率方向图功率通量密度也就是复坡印廷矢量的幅值显然可得功率归一化方向图与场强归一化方向图的关系：§3.2方向图（RadiationPattern）将方向性函数以曲线方式描绘出来，称之为方向图。它是描述天线辐射场在空间相对分布随方向变化的图形。通常指归一化方向图。1.方向图分类三维方向图二维方向图极坐标方向图直角坐标方向图主平面：E面方向图、H面方向图幅度分贝球坐标方向图直角坐标方向图2.立体方向图（三维）变化和得到的方向图为立体方向图，它综合描述了天线在各个方向上的辐射情况。下图是基本电振子的立体方向图。基本电振子的3

4、D方向图半波对称振子与基本电振子的方向图区别？(a)7元八木天线(b)三维球坐标场强方向图(c)三维直角坐标场强方向图3.E面、H面方向图E面—包含最大辐射方向的电场矢量所在的平面。用E面去截取立体方向图，则得到E面方向图。H面—包含最大辐射方向的磁场矢量所在的平面。用H面去截取立体方向图，则得到H面方向图。圆极化天线没有E面和H面？对于基本电振子，E面是包含z轴的任一平面，例如XOZ平面，此面上，方向函数为。而H面为XOY平面，此面上，方向函数为。§3.3方向图参数实际天线或者阵列天线的方向图比较复杂，通常有多个波瓣，包括主瓣（主波束）、多个副瓣（旁瓣）和后瓣（尾瓣

5、），如图所示。1.半功率波瓣宽度（Half-powerBeamwidth）半功率波瓣宽度又称主瓣宽度或3dB波瓣宽度，是指主瓣最大值两边场强等于最大值的0.707倍（最大功率密度下降一半）的两辐射方向之间的夹角，通常用表示。3.副瓣电平（SideLobeLevel）定义：副瓣最大值与主瓣最大值之比，一般用分贝表示，即：2.零功率波瓣宽度（FirstNullBeamwidth）主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角，通常用表示。主瓣宽度又称为半功率波束宽度或3dB波束宽度。一般情况下，天线的E面和H面方向图的主瓣宽度不等，可分别记为2θ0.5E和2θ0.5H。通常，最靠

6、近主瓣的第一个副瓣是所有副瓣中最大的，为衡量辐射功率集中于主瓣的程度，引入第一副瓣电平（FirstSideLobeLevel）的概念，它是第一副瓣最大值与主瓣最大值之比。副瓣电平通常指第一副瓣电平。副瓣方向通常是不需要辐射或接收能量的方向。因此，天线副瓣电平愈低，表明天线在不需要方向上辐射或接收的能量愈弱，或者说在这些方向上对杂散的来波抑制能力愈强，抗干扰能力就愈强。因此，在天线设计中常有低副瓣设计要求如基站的上旁瓣、雷达天线。4.前后比主瓣最大值与后瓣最大值之比，用分贝表示。不同用途要求天线有不同的方向图。例如，广播电视发射天线，移动通讯基站天线等，要求在水平面内为

7、全向方向图，而在垂直面内有一定的方向性以提高天线增益，见下图(a)；对微波中继通讯、远程雷达、射电天文、卫星接收等用途的天线，要求为笔形波束方向图，见下图(b)；对搜索雷达、警戒雷达天线则要求天线方向图为扇形波束。(a)水平全向方向图(b)笔形波束方向图(c)余割平方波束方向图立体角——单位，立体弧度球面的面积对应的立体角为4πsr。在球坐标系中，球面的面积元：所对应的立体角元：天线在某方向的辐射强度是该方向单位立体角的辐射功率。§3.4方向系数（Directivity）■辐射强度U(θ,φ)定义：给定方向上的辐射强度定义为天线在单位立体角内所辐射的