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1、第1章天线基础知识1.1基本振子的辐射1.2发射天线的电参数1.3互易定理与接收天线的电参数1.1天线在无线通信系统中的作用通信是当今信息社会进行信息传输、信息交换、信息资源共享的不可缺少的重要手段。根据信息传递媒质的不同，可大致将通信系统分为两大类：一类是在相互联系的网络中用各种传输线来传递信息的有线通信,如电话、计算机局域网等有线通信系统；另一类是利用无线电波来传递信息的无线通信，如电视、广播、雷达、导航、移动通信、卫星等无线通信系统。图1-1-1无线电通信系统框图发射系统由发射机、馈线和发射天线组成；接收系统由接收天线、馈线和接收机组成。无线通信系统的信息传递过程是：
2、信号经发射机调制成高频电流能量（或导波能量），经馈线传输到发射天线，通过发射天线将其转换为某种极化的电磁波能量，并辐射到预定方向;电波经过一定方式的传播到达接收点后，接收天线将其又转换为已调制的高频电流能量，经馈线输送至接收机输入端;经接收机解调后取出信号，就完成了信息的传送。从通信系统信息传递过程看，天线的作用主要有：(1)完成高频电流或导行波与空间无线电波能量之间的转换，因此称天线为能量转换器。(2)为了有效地完成这种能量转换,要求天线是一个良好的“电磁开放系统”，还要求天线与它的源或负载匹配。(3)天线的选择与设计是否合理，对整个无线电通信系统的性能有很大的影
3、响。(4)天线应能发射和接收预定极化的电磁波，并应有足够的工作频率范围。1.2天线的分类天线的种类很多，主要有以下一些分类方法：(1)按用途可将天线分为通信天线、导航天线、广播电视天线、雷达天线和卫星天线等。(2)按工作波长可将天线分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等。(3)按辐射元的类型可将天线分为两大类：线天线和面天线。线天线由半径远小于波长的金属导线构成，主要用于长波、中波和短波波段；面天线由尺寸大于波长的金属或介质面构成，主要用于微波波段。这两种天线都可用于超短波波段。(4)按天线特性分类：按方向特性分，有定向天线、全向天线、
4、强方向性天线和弱方向性天线；按极化特性分，有线极化(垂直极化和水平极化)天线和圆极化天线；按频带特性分，有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。(5)按馈电方式分，有对称天线和非对称天线。(6)按天线上的电流分，有行波天线和驻波天线。(7)按天线外形分，有V形天线、菱形天线、环行天线、螺旋天线、喇叭天线和反射面天线等。天线的分析方法:麦克斯韦电磁场方程(“场”分析法)“路”分析法:将系统看成由分立元件及连接导线组成.“场”分析法:将系统看成分布系统.“场”:在全部或部分空间里的每一个点,都对应某个物理量的一个确定的值,称为在这个空间确定了该物理量的场.如:温度场,引力
5、场,电场等上述方程组中D和E,J和E及B和H的关系,决定于媒质特性。对于各向同性媒质,则有麦克斯韦方程组描写了D、E、B和H几个场矢量之间的基本关系,因此它是研究和分析电磁场和电磁波的依据。1.3电磁场与电磁波的基本原理一、电磁场中的基本场矢量电磁场中的基本场矢量有四个:电场强度E,电位移矢量D,磁感应强度B和磁场强度H。(一)电场强度E场中某点的电场强度E定义为单位正电荷在该点所受的力,即在上式中q为检验电荷的电量,它必须足够小,不致会影响原来的电场。F为q所受到的电场力。在国际单位制(SI)中,力F的单位为牛顿(N),电量q的单位为库仑(C),电场强度E的单位为伏/米(
6、V/m)。(二)电位移矢量D如果电介质中存在电场,则电介质中分子将被极化,极化的程度用极化强度P来表示。此时电介质中的电场必须用电位移矢量D来描写。它定义为式中ε0为真空或空气的介电常数,ε0=885×10-12法拉/米(F/m)。在SI单位制中,D的单位为库仑/米2(C/m2)。对于线性媒质,某点的电极化强度P正比于该点的电场强度E。在各向同性媒质中某点的P和E方向相同,即式中χe为电极化率,它是没有量纲的纯数,不同的介质就有不同的χe。式中ε=ε0(1+χe)称为介质的介电常数,而εr=1+χe称为介质的相对介电常数。(三)磁感应强度B磁感应强度B是描写磁场性质的基本物
7、理量。它表示运动电荷在磁场中某点受洛仑兹力的大小。假如,一个速度为v的电荷q在磁场中运动经过该点时,运动电荷q受到磁场力F的作用,则该点的磁感应强度B定义为(四)磁场强度H如果磁介质中有磁场,则磁介质被磁化。描写磁介质磁化的程度用磁化强度M来表示。此时磁介质中的磁场必须引入磁场强度H来描写,它定义为式中μ0为真空或空气的磁导率μ0=4π×10-7亨利/米(H/m)。M和H的单位为安培/米(A/m)。在各向同性媒质中,M和H方向相同。即有B=μ0(H+M)=μ0(1+χm)H=μ0μrH=μH式中χm称为媒质的磁极
