天线的基本原理研究

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1、《高等电磁理论》课程论文天线的基本原理研究摘要：本文对天线的基本原理以及性能参数进行了简单的分析和介绍，并对天线的研究趋势进行了展望。关键词：天线；方向图；输入阻抗；极化特性1、引言天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件，是任何无线电收发系统中必不可少的组件，其功能是辐射或接收来自自由空间的无线电波。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。在发射终

2、端中，末级回路的高频电流经过馈线送到发射天线。此时，天线的作用是将高频电流变换成电磁波发射出去。反之，接收天线的作用是将来自某一方向的无线电波还原成高频电流，通过馈线送回接收机。通过接收设备高频放大器放大，本地振荡器混频，中频放大，检波，最后通过终端设备输出语言、音乐、文字、图像、数据等各种信号。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。2、天线的发展历史一切无线电通信、广播、雷达、导航等工程系统都是利用无线

3、电波来进行工作的。而无线电波的发射与接收，则依靠天线来完成。天线是无线电波的出口与入口。所以，天线的作用就是对高频电流和电磁波进行转换。1887年，德国物理学家赫兹为验证数学家麦克斯韦预言电磁波存在的理论而设计出了第一款天线。其发射天线是两根30cm长的金属杆，杆的终端连接两块40cm的金属板，采用火花放电激励电磁波，接收天线是环天线。1901年，意大利物理学家马可尼采用一种大型天线实现了远洋通信，其发射天线采用了50根下垂铜线组成的扇形结构，顶部用水平横线连在一起，横线挂在两个高150英尺，相距200英尺的塔上，电火花放电式发射机接在天线和地之间。这是真正付

4、诸实用的第一副单极垂直接地天线。早期无线电的主要应用是长波越洋通信，因此天线的发展也集中在长波波段。这种天线的特点是使用的功率大、结构庞大，而效率则很低。从1925年后，无线电广播开始盛行，这导致中波天线的发展。最早采用的中波天线型式和长波天线的型式相似，是T型、-11-《高等电磁理论》课程论文型和伞型天线。后来为了克服天线衰落现象引起的失真，设计出自立式和拉线式的铁塔天线。这种垂直接地天线能将天线辐射的能量集中到沿地面的方向，从而减小高仰角的辐射。早期天线的发展受到振荡源的限制。大约到1920年三极管可以产生1MHz连续波之后，谐振式的半波天线才有可能实现，

5、在1925年前后，人们发现了利用电离层可以进行短波远距离通信，从而使天线需要的功率大为减小。到了1940年前后，有关长、中、短波线形天线的理论大体上成熟，主要的天线型式一直到现在还在采用。在20世纪50年代到60年代，人类进入了太空时代和信息时代，对天线提出了许多新的要求，出现了许多新型天线Error!Referencesourcenotfound.。20世纪70年代，第一批实用的微带天线研制成功。3、研究趋势近年来，随着无线通信的飞速发展，网络覆盖区域的不断增多，各种数据业务的需求也急剧增加，以往的通信设备和模式已经无法适应现代通信多业务、高速率、高质量的要

6、求，天线设计正面临着新的挑战。为适应现代无线通信的发展要求，目前国内外天线的研发主要朝着以下几个方面进行:小型化、宽频带和多频段。小型化要求天线减小自身尺寸，适应电子设备集成度不断提高、体积越来越小的发展趋势。而如何在不影响天线性能的前提下减小天线尺寸是一项富有挑战性的工作。国内外很多学者和专家也对天线进行了很多优化设计，美国加州大学的J.MichaelJohnson和YahyaRahmat-samii于1994年将遗传算法引入进天线的优化设计中Error!Referencesourcenotfound.，为改进天线的设计迈出了一大步。现在，通过遗传算法对天线

7、进行优化的研究已经是天线小型化研究中的一个重要手段Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.Error!Referencesourcenotfound.。4、天线的分类①按工作性质可分为发射天线、接收天线和收发共用天线。②按用途可分为通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线、导航天线和测向天线等。③按工作波长可分为超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、

8、微波天线等。-11-《高等电磁理论》课