第8章天线基础ppt课件.ppt

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1、第8章天线基础引言天线：可以辐射或接收无线电波的装置，雷达与通信设备射频前端的重要组件。最早的天线：“振荡偶极子”——1887年，德国青年科学家赫兹。8.1天线的工作机理、功能与特性具有加速度的载流子产生形成波动电磁场结构封闭的传输线不能辐射电磁波图8-1平行双线传输线的电流与场结构8.1.1天线的工作机理天线结构具有开放性。闭合的传输线结构到开放的自由空间的渐变段。完成无线电波与导行电磁波之间的转化。发射机接收机导行电磁波天线无线电波均匀平面波导行电磁波天线图8-2无线通信天线收发电磁波示意图天线要满足

2、一定的阻抗条件天线应当具备适当的极化方式天线的辐射或接收具有特定的方向性天线要有一定的带宽8.1.2天线的功能与特性思考题产生辐射的客观存在的源是什么？简述天线的工作机理天线有哪些特性？8.2基本辐射元的等幅同相正弦电流也称为“基本电振子”图8-3基本电流元及其场强方向8.2.1基本电流元基本电流元场结构（矢量位法求解）基本电流元的场区划分近区：，“电抗场”或“束缚场”远区：，“辐射场”中间区：介于远区与近区之间天线辐射场的基本特征第一，E、H与波传播方向三者互相正交，呈右手螺旋关系；第二，E、H同相，其

3、幅度比等于自由空间波阻抗；第三，场量幅度正比于1/r；第四，辐射场正比于sinθ，具有方向性；第五，场分量等相面是以r为半径的球面；第六，当r→∞时，电磁波在局部近似为均匀平面波。天线辐射场幅度可表示为8.2.2基本磁流元、基本电流环与基本缝隙元磁流是虚拟的源的场结构（对偶性原理）基本磁流元的辐射场等效为基本磁流元的辐射结构基本电流环基本缝隙元金属板(a)(b)8.2.3基本辐射元的组合单向辐射元单向辐射元基本圆极化天线θ=0或π：旋向相反的圆极化；0<θ<π/2或π/2<θ<π：旋向相反的椭圆极化；θ=

4、π/2，线极化（旋转场）。惠更斯面元思考题天线有哪些特性？什么是基本电流元、基本磁流元？近区场有什么特性？辐射场有什么特性？什么结构可等效为基本磁流元？描述基本圆极化天线不同方位角上的极化方式？8.3天线的电参数天线的收发互易性无源天线可等效为无源线性网络；天线用作发射和用作接收时具有相同的电性能参数。辐射阻抗：天线辐射能力强弱的表征输入阻抗与驻波比：方向图：波瓣图，描述天线在与之距离r一定的球面上的场幅度、相位或功率密度与球坐标方位角关系的三维图形，数学表示式称为方向图函数。归一化幅度方向图函数：归一化

5、功率方向图函数：归一化幅度方向图函数（dB）：波束立体角与主波束效率方向性系数、效率和增益有效口径有效长度或有效高度极化方式：线极化、圆极化、椭圆极化椭圆极化示意图轴比：+圆极化天线接收示意图右旋圆极化波带宽：天线的阻抗、极化、方向图等电参数可保持在允许值范围内的频率跨度。相位中心天线可等效为一个点源，该点源辐射具有方向性的球面波，其位置就是天线的相位中心。噪声温度接收功率与Friis传输公式设发射机输入功率Pt，发射天线增益为Gt，有效口径为Aet，接收天线增益为Gr，有效口径为Aer，收发天线间距为r

6、（满足远区条件），互以最大方向对准，极化形式一致，工作波长为λ思考题简述天线收发互易性。长度为百分之一波长的基本电流元辐射阻抗是多少？简述天线方向性系数与辐射方向图间的关系。解释极化匹配的概念。了解天线相位中心的概念。天线增益、有效面积间有什么关系？是推倒Friis传输公式。如何降低天线噪声？8.4常用天线与基本特点基本特点：结构简单，极化纯度高，辐射能力较强，应用广泛；分析方法：微元法；电流假设：（近似分布）对称振子空间场计算8.4.1振子天线辐射场：方向图函数：半波振子辐射电阻：Rf=73Ω方向性系数

7、：D=1.64常见馈电形式：平行双线、电缆（需要设计巴伦）典型应用：若干振子串联组阵，构成较高增益全向天线用50欧姆馈线对半波振子馈电开路短路八木天线八木—宇田天线具有单向辐能力射的一种引向天线。平板缝隙天线s决定输入阻抗:s≈0.05λ时，Zin≈50Ω缝隙天线8.4.2缝隙天线波导缝隙天线典型应用：由于波导能承载功率较大，这种缝隙天线经常被用于雷达上。喇叭天线形式轴轴喇叭天线是波导口的延伸，结构简单、频带较宽、功率容量大、易于制造和调整，增益一般为10-30dB，既可以作为单独的天线应用，也可以作为反

8、射面天线或透镜天线的馈源。8.4.3喇叭天线角锥喇叭δ的取值：在喇叭E面通常限定，在喇叭H面通常限定目的：使口径场相位近似均匀，避免出现栅瓣最佳尺寸原则：具有最佳增益体积比角锥喇叭结构图基本特点：反射面天线在馈源辐射方向上采用了具有较大或很大电尺寸的反射面，实现高增益和大的前后比。典型的反射面天线：旋转抛物面天线、卡塞格伦天线、柱反射面天线、二面角反射面天线、平面反射面。8.4.4反射面天线旋转抛物面天线对馈源的要求：必须具有