微波技术与天线课件3 (2).ppt

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1、第三章天线阵的方向特性和阻抗特性天线阵的定义：将若干个相同的天线按一定规律排列起来，并给予适当的激励，构成天线阵。阵元：组成天线的独立单元称为阵元。构成天线阵的目的：为了增强天线的方向性，提高天线的增益系数。决定天线阵辐射特性的因素主要包括：阵元的类型、数目、排列方式、阵元间距以及阵元上的电流振幅和相位分布。天线阵需要解决的两类问题：（1）已知阵元的类型、数目、排练方式、阵元间距等参数以及阵元上的电流振幅和相位分布，求天线阵的方向性——天线的分析。（2）给定所需的方向性，求能构成这种天线方向性的天线阵的各种参数以及阵元上的电流振幅和相位分布——综

2、合3.1二元天线阵二元天线阵的方向图（1）方向图的乘法原理二元阵：由两个天线单元组成的天线阵，阵元的类型、尺寸和空间放置方向相同（例如：均为对称振子，振子臂2l相等，均沿z轴放置）。空间位置如图3－1所示：振子类型相同、尺寸相同、空间位置相同阵轴两振子电流关系上式表明振子B上的电流的振幅是振子A上电流振幅的m倍，且振子B上电流的相位比振子A上电流的相位超前ξ合成电场的计算远区M处的辐射场：是两振子辐射场的矢量和。为计算引入的近似条件：1、rA//rB,两天线中心到观察点的波程差为:为rB和阵轴（天线单元中点连线）间夹角。2、两天线在M处产生的辐射

3、电场矢量EA和EB方向近似相同，且方向性函数相同：激励相位差波程差因此相位差Ψ表示两阵元辐射场的相位差，它由波程差引起的相位差和激励相位差（电流激励）两部分组成。EA，EB表示阵元单独作用时的辐射场辐射场的乘法定理：天线阵合成场由两部分相乘得到。第一部分：为元函数EA（天线阵元A在M处产生的电场），它仅与天线阵元的类型、尺寸和取向有关。第二部分：为阵因子，取决于两天线间的间距和电流关系，与阵元本身无关。方向图的乘法定理二元天线阵辐射场的模：与连续分布源的辐射场比较总结：由相同阵元构成的天线阵的方向性函数（或方向图），等于单个天线阵元的方向性函数（

4、或方向图）与阵因子（方向图）的乘积。——天线阵方向图的乘法定理。阵方向图：由阵因子得到的方向图，它是关于阵轴的旋转对称图形。因为：归一化方向性函数对归一化：（2）常见二元阵的方向性暂不考虑阵元，仅仅考虑阵因子等幅、同相二元阵（）（边射阵）等幅——令阵元电流幅度相等，即m=1同相——令阵元电流相位相等，即求二元阵归一化方向性函数：分类主要由阵元电流区分★二元阵归一化方向性函数整理等幅、反相二元阵阵因子的归一化方向性函数等幅、相差-90度二元阵（端射阵）等幅同相最大辐射方向位于阵轴两侧——边射阵最大振幅方向位于阵轴一端——端射阵图形如下图等幅反相端射

5、阵结论：（1）阵因子只是观察方向与阵轴夹角的函数。（2）等幅同相情况：最大辐射方向位于阵轴两侧，因此称方向图为侧射阵或边射阵。（3）等幅、相差-90度情况：最大辐射方向位于阵轴一端，称为端射阵。端射阵中，最大方向朝B，那么B称为引向器。A称为反向器。其他等幅二元阵方向图变化规律：对于相同电流相差，当阵元间距d不同时，方向图形式变化很大。d较小时，波瓣数目少，反之波瓣数目多。有时形成栅瓣。d（3）方向图乘法定理应用实例xyzBAλ/4已知：阵元为半波振子，相距d=λ/4，沿z轴平行并列放置，两个阵元上的电流关系为：求该二元阵的方向性函数和E、H平面

6、的方向图分析：二元阵的方向性函数可以利用乘法原理得到。阵因子是等幅、相差-π/2的二元阵，元函数是半波振子的方向性函数。端射阵解：由方向图乘法原理，二元阵的归一化方向性函数元函数（半波长对称振子归一化方向性函数）：阵因子：E、H平面的判定该天线阵的最大辐射方向为x轴方向，电场方向为θ方向，磁场方向为φ方向，根据E、H平面的定义，可以判定xoz平面为E平面，xoy平面为H平面。1、在E平面内——阵方向图阵元-半波长对称振子归一化方向性函数阵因子-等幅，相位差-90度，归一化方向性函数两个Z轴零点一个-X轴零点由方向图乘法原理可得，阵方向图x阵元-半

7、波长对称振子方向图阵因子-端射阵方向图2、在H平面内（xoy面）元函数：阵因子:阵方向性函数：二元振子阵的阻抗特性二元阵中的天线振子，除了受本身电流产生的电磁场作用外，还受另一天线电流产生的电磁场的影响，导致天线特性与孤立的振子特性不同。此时，天线阻抗由两部分构成：自阻抗——不考虑相互影响时，本身的阻抗。互阻抗——相互感应而产生的阻抗。（1）二元振子阵的辐射互阻抗和自阻抗求解方法——利用感应电动势法求出思路：振子A振子B①振子A上的z1处的线元dz1在振子B上电流的作用下会产生感应电场E12，它是切向分量。因此，产生的感应电动势为：dE2z1=E

8、12dz1②为了保证导体表面切向电场等于零的边界条件，振子A上的电流在该线元上会产生相反的感应电势dE1z1dE1z1=-E12dz1③