第3章 天线基本原理与技术ppt课件.ppt

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1、第一部分常见的加载天线天线加载：顾名思义就是对天线加一种负载。天线加载可以改变天线上电流分布，使得天线的输入阻抗能按照一种规律分布。通过天线加载可以缩短天线的尺寸，改变天线的输入带宽，这也是天线小型化必不可少的一种方法。常见的天线加载方式有：1.顶部加载：这样的加载时可以在顶部加个盘子或者几根线。这类代表天线是T型或者倒V型。2.介质加载：它是通过在天线周围加入一种介质来相对缩短天线长度，缩短长度的效果与介质的相对介电常数及相对磁导率有关。3.分布加载：对天线按一定位置函数加载，输入阻抗也会呈一定规律变化。4.集总加载：在天线上一个或几个位置加入集总参数元件，包括电感电容，通过这样的方式来改变

2、天线上电流分布。顶部加载Gain:2.9dB分布加载Four-layerPIFA分布加载集总加载CMRR:-14.8dBCMRR:-27.5dBCMRR:-36.8dBbalun1balun2Loop1Loop2Loop3集总加载CurrentDistribution(Loop1)集总加载集总加载介质加载多个加载天线实例FourResistorsLoadedPIFAforBackRadiationSuppressingConventionalPIFAFourResistorloadedPIFAGain:4.75dB,FBRatio:5.1dBGain:3.85dB,FBRatio:15.5dB

3、50ohmMITSUBISHI:BluetoothAntennaEZYMITSUBISHI:BluetoothAntenna150MHz第二部分导电媒质中的天线天线实例天线周围的环境改变，等效为天线的加载18理论推导无限大均匀有耗煤质：时谐场表达式：19理论推导-短电偶极子引入电赫兹矢量表示电磁场：20理论推导-短电偶极子21理论推导-磁偶极子22辐射功率对于电偶极子其总的辐射功率为：23输入阻抗海伦电流积分方程:24双包层天线的计算天线的金属导体部分（半径为a，臂长l）天线的绝缘外层（半径为b）玻璃或塑料套管（半径为c）导电媒质已知区域1为良导体，其波数：已知区域2为良介质，波数为已知区域

4、3为良介质，波数为区域4为良导体，其波数：假定，偶极子的臂长内导体上的电流应满足方程：式中复波数为(1)传播常数为传播常数为式中yL为每单位长度的并联电纳。对于双层介质此处当区域3不存在时，双包层天线简化为单包层天线，此时c=b，，此处和是区域1和4导体内每单位长度的阻抗，而为（单层或双层）介质每单位长度的阻抗，文献给出：将，，带入式（1）中，可以得到归一化的波数：式中对于单包层天线，，可以简化为当区域1和4为理想导体时，上式变为即此时同轴线上电流的波数与介质场的波数相同。电流波动方程的零阶解为为同轴线的特性阻抗。对于单包层天线，上式变为因此，绝缘偶极子的输入导纳为电场、磁场即可根据电流分布函

5、数I(z)得到。第三部分探地雷达探地雷达：天线自身加载，且在导电媒质环境下工作天线要满足:在工作频带内阻抗一致，天线上的电流呈行波分布；在工作频带内天线的相位中心一致；在工作频带内天线的最大辐射方向一致；在工作频带内天线的幅频响应一致，相频响应线性。由上面可以看出，基于探地雷达的时域天线是一种宽带天线，下面就对宽带天线的基本知识做简要的叙述。展宽天线带宽的主要方法1．插入匹配网络将电抗元件、电阻元件、介质材料或有源器件置于天线的某一部分之中，其目的或者是为了减小天线尺寸，或者是提高效率，但最主要是为了展宽天线的带宽。这些元件可以放置在天线内部或天线的馈电端。从广义上讲，天线阻抗匹配网络是一种加

6、载方式，用以补偿（或变换）天线阻抗随频率的变化，从而展宽阻抗带宽。2．宽带结构对于电振子天线，为了展宽带宽，通常使振子具有较大的截面，即降低振子的长度直径比，此举特别对改善工作频带内的阻抗特性有明显的效果。3．加载技术在天线末端端接匹配电阻，可以吸收由于天线末端与自由空间失配而引起的反射波能量，这种天线通常被称为加载行波天线。4．非频变天线非频变天线包括平面螺旋、圆锥螺旋天线，对数周期天线等。对数周期天线较常用。常用的时域宽带天线渐近线喇叭天线双锥天线眼状天线/水滴天线领结型时域宽带天线设计时域脉冲天线天线对时域信号的微分作用脉冲领结天线一般选择张角在60-90o之间天线的臂长是决定天线低端频

7、率的重要参数，天线臂越长，天线低频覆盖性能越好设计步骤分析信号频谱，确定天线的工作频段；根据天线的频率要求，确定领结天线的长度；根据带宽要求和雷达系统尺寸要求，确定天线张角；张角在60-90o之间天线的带宽较宽。为了系统的小型化，选择领结天线的张角为60o，天线臂长为23cm。对于4ns的高斯脉冲信号，天线工作频段为125MHz─505MHz，信号最强频点为315MHz。脉冲信号的最大拖尾电平为主