天线理论与设计基本概念
天线理论与设计
3.轴向模螺旋天线上沿螺旋线行进的行波的相速度比在 自由空间时平面波的速度 （大或小），这种螺旋线 导行的波被称为 。 4.根据第六章宽带天线所学内容说出三种具有宽带特性的 天线型式： ， 和 。
10.天线辐射方向图,按不同辐射特性主要定义为 方向图,二者关系的数学表示是 。
概念原理复习
11.发射天线是垂直极化，接收天线为水平极化，则极化失配 因子等于 ；发射天线是圆极化，接收天线为水平极化， 则极化失配因子等于 。 12.均匀激励等间距线阵，当N较大时第一副瓣电平趋于 余弦渐削分布的旁瓣电平为 dB。 13.天线的远区场角分布与 无关,电场与磁场满随着振子长度的增加,方向性系数 方向图开裂,方向性系数急剧下降。 15．等幅同相二元阵间距大于
,但振子长度超过
方向图将出现多瓣。
概念原理复习
三、试叙述微带贴片天线的结构，辐射机理及其优缺点。 四、试叙述八木－宇田天线的结构及其工作原理。 五、试叙述对数周期振子阵的结构及辐射机理。
概念原理复习
相似原理（缩比原理）: 指天线的所有尺寸和工作频率（或波长）按相同的比例 变化，天线的性能将保持不变。（换言之，若天线的电 尺寸保持不变，天线的性能也将不变。）
方向性系数:最大辐射方向上的方向性值
概念原理复习
一、填空题
1.根据天线产生场的特性可以将离天线从近到远的空间 区域划分为 、 和 三个场区。一般天线方向图 是在 场区定义。
六、利用一在轨卫星上36 dB增益的天线，以点波束指向最远2000km外地 球上的用户，系统在频率3GHz时能发射的功率最大可达7W。如果用户的 2 dB增益天线指向卫星，为使其在最大距离处至少收到100dBm功率， 求卫星所需的发射功率，且系统发射功率是否满足所需功率要求？
天线理论与设计—第二章
n 0,1,2, 顺时针 n 0,1,2,逆时针
左旋圆极化波为逆时针，右旋圆极化波为顺时针
第二章
3，椭圆极化 A.
Ex Ey , 45
Ex Ey , 45
n
n
n 0,1,2
n 0,1,2
B.
1 2n 2 1 2n 2
第二章
波瓣
主瓣、副瓣、旁瓣和背瓣
第二章
第二章
波瓣宽度 半功率波瓣宽度：从方向图的原点过辐射强度是最大值一
半(对应场强是最大值的 1
2 )的点的
矢量所夹的角度。（3dB波瓣宽度） E面和 H面的半功率波瓣宽度分别用2HPE 和2HPH表示。 第一零陷波瓣宽度：从方向图的原点与主瓣的根部相切的 矢量所夹的角度。用20表示 副瓣电平（SLL）：副瓣峰值与主瓣最大值之比。 以分贝表示为
2 40 ° 2 70 °
3 00 °
(a ) 极 坐 标 表 示 的 H面 方 向 图
E
1 0 .9 0 .8 0 .7 0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2 0 .1 0 0 －5 －10 －15 －20 －25 －30 －35 20 40 6 0 8 0 1 00 1 20 1 40 1 60 1 80 / ° (b ) 直 角 坐 标 H面 方 向 图
Pin 1 2 I in Rr 2 e 1 1 2 2 I in Rr I in Rl 2 2 e
r
Rr Rr Rl
对于电小天线
1 Rl Rr e 2
Rr Rin
对于一些口径天线
e 1
第二章
2.2.2 辐射方向图 定义：天线的辐射特性随空间坐标的变化图形。 通常辐射方向图在远区确定，辐射特 性包括场强、辐射强度、相位或极化。
天线理论与设计2
最简单的电小天线是短振子，一段馈电点在中心 的导线。由于振子的两臂很像昆虫的触角或触须 (antennae),导致使用天线(antenna)这一名称。短 振子的电流分布形状接近于图1-20b的三角形模型。 这是因为在细导线天线(直径<<λ)上的电流分布近 似为正弦，且在导线两端必须为零。由于短振子 的臂只有波长的几分之一，臂上出现的电流只是 正弦波的一小部分，因此近似为直线。
天线理论与设计2
华东师大电子系
第二章 若干简单的辐射系统与天线实践
本章介绍由电小振子、半波振子和电小环构成的 简单天线。这些天线对天线的实际是基础。
本章还谈到镜象理论，用于考察存在完纯导电接 地平面时天线的工作。
本章也讨论了无线通信系统，通过显示天线是如 何常常被用于实际而提供进一步学习天线的动力。
元因子g(θ)=sinθ以及归一化方向图因子
2.3 完纯地面上方的天线
迄今，我们对天线的处理，都是在自由空间环境。 在实践中，对升高了的高增益天线，环境影响是 小的。不过，宽波束天线的辐射性能却受到其周 围环境的影响。方向图与阻抗都因为近旁物体的 存在而受影响。最常碰到的物体就是地面。真实 的地球面是一个平面。理想的地面是一个平面， 无限延伸，完纯导电，被称为完纯地面。完纯导 电的假定不是很严的，任何良导体诸如铝或铜都 是完纯导体的精确模型。而无限延伸的假定则更 苛刻些。有限尺寸地面的精确计算可以用矩量法 或几何绕射理论求得
在实践中，与理想偶极子均匀电流相关联的较大 的辐射电阻可如此实现：在导线两端提供使电荷
聚集的机制。一个实现办法是在导线的末端放上
两个金属板。这称为电容板天线，或顶帽加载振 子天线。图2-3示出该天线的结构及其上的电流与 电荷分布。如果Δz<<λ，板上的径向电流产生的
天线设计该如何入门
引言概述：天线设计是无线通信领域中非常重要的一部分。
随着无线通信技术的不断发展和应用需求的增加，天线设计也变得越来越重要。
本文将介绍如何入门天线设计，并提供一些实用的技巧和建议。
正文内容：一、了解天线基础知识1. 学习天线的基本原理和工作原理，包括辐射机制、功率传输和接收信号。
深入了解天线参数，如增益、方向性和频率响应等。
2. 研究不同类型的天线，包括单极天线、双极天线和多极天线等。
了解它们的优缺点和适用场景，以及不同频率的选择。
3. 学习天线设计中常见的工具和软件，如天线模拟软件和测试设备。
掌握使用这些工具进行天线设计和测试的方法。
4. 了解天线设计中的一些基本概念和标准，如驻波比、频带宽度和效率等。
掌握如何计算和优化这些参数以满足设计要求。
5. 通过阅读相关的学术论文和专业书籍，了解天线设计领域的最新进展和研究方向。
参加相关的学术会议和研讨会，与领域专家交流和学习。
二、掌握天线设计流程1. 定义设计目标和需求，包括频率范围、增益要求和方向性要求等。
根据实际应用场景，确定天线的物理尺寸和材料选择。
2. 使用天线模拟软件进行初始设计，根据设计目标和需求，选择合适的天线结构和参数。
进行电磁仿真和优化，以满足设计要求。
3. 制作和测试原型天线，包括选取适当的材料和制作工艺。
使用天线测试设备进行性能测试，如增益、工作频率和方向图等。
4. 根据测试结果，对原型天线进行调整和优化。
通过修改天线结构或参数，进一步改善性能和满足设计要求。
5. 进行天线的性能评估和验证，包括频率响应、辐射效率和阻抗匹配等。
与实际应用场景进行对比和测试，确保天线的性能和可靠性。
三、了解常见的天线设计技巧和优化方法1. 使用多个发射和接收元素，以增加天线的增益和方向性。
选择合适的阵列结构和波束控制方法，优化天线的辐射特性。
2. 针对特定应用场景，使用宽带天线设计方法，以实现更宽的工作频带。
采用匹配网路和调频器件，以确保天线在整个频率范围内的性能稳定。
天线原理及设计复习
λ
分析对称振子天线的已知条件是什么？ 对称振子天线上的正弦电流分布是基于什么原理得到的？ 正弦电流分布 I ( z ) = I m sin[ β (l − | z |)] , − l ≤ z ≤ l 三角形电流分布 I ( z ) = I m (1− | z | / l ) , − l ≤ z ≤ l 单行波天线上的电流分布 I ( z ) = I 0e − j β ′z ,
6
cos( sin θ ) 2 yz 面： f (θ ) = , 0 cosθ
π
⎛ βd ⎞ ⎛π ⎞ f12 (θ ) = 2 cos ⎜ sin θ ⎟ = 2 cos ⎜ sin θ ⎟ ⎝ 2 ⎠ ⎝2 ⎠
0 ≤θ ≤π
⎛π ⎞ f12,1' 2 ' (θ ) = 2 sin ( β H cos θ ) = 2 sin ⎜ cosθ ⎟ , ⎝2 ⎠
Байду номын сангаас
2l
ρ
) − 1] ，输入阻抗随长度的
5 、二元耦合振子天线的阻抗方程总辐射阻抗
⎧U1 = I1m Z11 + I 2 m Z12 阻抗方程 ⎨ ⎩U 2 = I1m Z 21 + I 2 m Z 22
7
I 2m ⎧ Z = Z + Z12 1 11 r ⎪ I1m ⎪ 单元的辐射阻抗 ⎨ ⎪ Z = I1m Z + Z r2 21 22 ⎪ I 2m ⎩ 总辐射阻抗 Z ∑ = Z r1 + Z r 2
f12 = 2 sin(
βd
2
cos θ ) ；
cos θ ) ；
βd
2
■形成心脏形方向图的二元阵阵因子：
(α = ±
π
天线理论与设计基本概念
天线理论与设计基本概念波导理论是天线理论与设计的核心内容之一、波导是一种能够传输电磁波的结构，它包括导体壳体和介质。
波导理论研究在导体壳体内的电磁波传输问题。
波导理论研究的是电磁波在导体壳体内的传输模式、传输特性以及与界面的相互作用。
波导理论对于天线的设计与优化起着重要的指导作用。
辐射场理论是天线理论与设计的另一个重要概念。
辐射场是指天线辐射电磁波的空间分布。
辐射场理论研究的是天线辐射电磁波的传播方向、辐射功率以及辐射场分布特性等问题。
辐射场理论对于天线的辐射效率、方向性以及覆盖范围等方面进行了研究与分析。
天线参数是天线理论与设计中的基本概念之一、天线参数包括辐射功率、辐射效率、增益、方向性、驻波比等。
辐射功率是指天线辐射的功率大小，辐射效率是指天线将输入的电能转换为电磁波辐射的能量百分比。
增益是指天线辐射功率与单极点辐射功率之比，可以衡量天线输出信号强度的大小。
方向性是指天线在一些方向上辐射功率明显大于其他方向的性质。
驻波比是指天线输入端反射波与传输波之间的电压或电流的比值，是天线工作状态的一个重要参数。
天线理论与设计的基本概念还包括阻抗匹配、谐振频率、辐射模式等内容。
阻抗匹配是指将无源天线的输入阻抗与信源的输出阻抗匹配，以提高天线的工作效果。
谐振频率是指天线工作时的频率，是天线设计中的重要参数。
辐射模式是指天线在不同方向上辐射功率分布的形态。
综上所述，天线理论与设计的基本概念包括波导理论、辐射场理论、天线参数等内容。
这些基本概念对于天线设计优化、无线通信系统优化等具有重要的指导作用。
在实际应用中，需要结合具体的需求和条件，综合考虑各个参数与要求，进行天线的设计与调试，以提高天线的性能与可靠性。
天线基本原理
第一讲天线基本原理一、天线的基本概念1．天线的作用在任何无线电通信设备中,总存在一个向空间辐射电磁能量与从空间接收电磁能量的装置,这个装置就就是天线。
天线的作用就就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间无线信道,或从空间无线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。
2．天线问题的实质从电磁场理论出发,天线问题实质上就就是研究天线所产生的空间电磁场分布,以及由空间电磁场分布所决定的电特性。
空间任何一点的电磁场满足电磁场方程——麦克斯韦方程及其边界条件。
因此,天线问题就是时变电磁场问题的一种特殊形式。
从信号系统的角度出发,天线问题可以理解为考察由一个电磁波激励源产生的电磁响应特性。
从通信系统的角度出发,天线可以理解为信号发射与接收器,收发天线之间的无线电信号强度满足通道传输方程与多径衰落特性。
3．对天线结构的概念理解采用不同的模型,对天线可以有不同的理解。
典型的模型比如:●开放的电容[思考] 野外电台或电视发射塔,无线电视或电台接收机,为什么能构成一个天线,其电流回路在什么地方？●开放的传输线从传输线理论理解,天线可以瞧做就是将终端开路的传输线终端掰开。
●TM mn型波导将天线辐射瞧做就是在4π空间管道中传输的波导,则对应的传输波型就是TM型波,但在传输过程中不断遇到波导的不连续性,因此不断激励高次模。
由电磁波源与电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构波的形成都需要波源与传输媒质。
在一盆水中形成机械波纹,可以使用点激励源产生波,并在水面上传播。
波的传播特性只与媒质特性有关而与波源无关。
将一个肉包子扔出去,这个肉包子可能产生不同的结果,或者被狗吃了,或者掉在什么地方了,都与扔包子的人不再有任何关系。
而对天线来说,馈点的激励源就就是这种波源,天线导体与外界空间就就是传输媒质。
不过电磁波的传输媒质可以就是真空。
[思考] 电磁波具有波粒二象性。
频率越低,波动性越强;频率越高,粒子性越强。
所以光波主要表现出粒子性,而长波表现出波动性。
天线理论与设计3
4、在径向线截取ψ。
由ψ到θ的非线性变换的图解法
5、重复3-4，直到所有所需在相应射线上的截点 都确定。
6、用光滑的曲线把这些截点连接起来，形成方 向图。
通过考察普遍阵因子表示式(3-18)，可以得出若干 普遍性质，从而有助于进行方向图作图。首先，阵 因子是以ψ为变量的周期函数，周期为2π。
与电路类似，天线领域也可分成数字处理和模拟 处理两类。连续的电大天线属于模拟部分，必须 用积分方法分析，往往难以计算。天线阵构成数 字部分，可以用简单的加法分析。
天线阵的辐射方向图取决于单个阵元的类型、指 向、在空间的位置、以及激励它们的电流的幅度 与相位。为简化我们对天线的讨论，我们先令天 线阵的每个元都是各向同性的点源。这样产生的 方向图称为阵因子。
定义相位因子
此阵因子是ψ的函数，而且是傅立叶级数。也称通用方向 图。该形式很便于计算，不过我们经常需要以极坐标角θ 作变量的场图。
由ψ到θ的非线性变换的图解法
1、画出作为ψ的函数的一个典型阵因子的幅度图。 2、下方作了个圆，半径等于βd，中心处于ψ=α。 3、对一给定值θ，将从圆心出发的径向线与半圆
3.2.1 阵因子的表达式 等间距直线阵的一个很重要的实际情况就是均匀
激励阵。这是阵元电流振幅相同的阵，所以 A0=A1=A2=…… 考虑由阵元间相移α引起的线性形式的阵元相位，
A ( 2 ) F A n e j ( n 2 ) A n e je n j 2 n A n e jn A ( )
沿z轴的直线阵的阵因子是θ的函数，但不是φ的函 数。即阵因子是以阵直线为轴旋转对称的方向图。 因此，其完整结构由如下区间中它的值所确定
这就是所谓的可见区。它相应于-1<cosθ<1或βd<βd cosθ<βd，或
天线理论与设计—资料
I z e
'
L 2 L 2
jkz' cos
dz
'
将直角坐标系转化到球坐标系
Ar Az cos ,
E jA
jkr
A Az sin
A 0
ˆjA sin E z
' e ' jkz cos ' ˆ j sin I z e dz 4r
L 0 z 2 L ' 0 z 2
'
L ' I m sin k z 2
z'
L 2
/4处波腹， /2处波节
第四章
辐射场 求解方法，边界问题求解，用矢量位法
' e jkR ' A J r dv 4R V
Pr
1 2 2 E r sin dd 2
1 2 2 2 60I m 0 0 f sin dd 2
1 2 2 I m 60 f sin d 0 2
第四章
1 2 1 I m 60c lnkL Ci (kL) sin kLSi2kL 2 SikL 2 2
1 kL coskLC ln Ci (2kL) 2Ci kL 2 2
其中C=0.57721，Si(x) 和Ci(x) 是正弦积分和 余弦积分
Si x
Ci x
x
x
sin
0
d
d
Ci x
由于 / k
kL kL cos cos cos e jkr 2 2 f j 60I m r sin
天线理论与设计基本概念
基本电振子(赫兹偶极子)电基本振子是一段长度l远小于波长, 电流I等幅同相的直线电流元i(t)=I cosωt, 它是线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。
立体角：定义：立体角是以圆锥体的顶点为球心，半径为1的球面被锥面所截得的面积来度量的，度量单位称为“立体弧度”。
和平面角的定义类似。
在平面上我们定义一段弧微分S与其矢量半径r的比值为其对应的圆心角记作dθ=ds/r；所以整个圆周对应的圆心角就是2π；与此类似，定义立体角为曲面上面积微元ds与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体角记作dΩ=ds/r^2；由此可得，闭合球面的立体角都是4π。
单位：steradian->sr=stereos+radian球坐标系中计算：d= ds /R2= ds=sin *d * d (sr)辐射强度定义：给定方向上单位立体角辐射的功率。
计算：物理意义：反应在给定方向上辐射的大小辐射功率：定义：辐射效率定义：天线的输入功率仅有一部分转换为辐射功率，其余被天线及其附近结构所吸收。
辐射效率定义为天线的辐射功率与净输入功率之比。
其中：为辐射电阻，为损耗电阻。
场强方向图：定义：在固定距离r=r0的球面上，辐射电场强度随着角坐标的相对变化(函数)图形为场强方向图。
方向图函数作图二维平面图：○极坐标图○直角坐标图功率方向图：在固定距离r=r0的球面上，波印廷矢量的r分量随着角坐标的相对变化(函数关系)图形为功率方向图。
方向图函数记为按方向图特征的天线分类各向同性天线：天线向各个方向均匀辐射。
方向性天线：天线在某些方向的辐射比其他方向的辐射强得多全向天线：天线在某个平面内的辐射为无方向性，在其正交面具有方向性波瓣：半功率波瓣宽度：定义：从方向图的原点过辐射强度是最大值一半(对应场强是最大值的)的点的矢量所夹的角度。
（3dB波瓣宽度）。
E面和H面的半功率波瓣宽度分别用2HPE 和2HPH 表示。
天线基础概念
天线已随处可见，它已与我们的日常生活密切相关。
例如，收听无线电广播的收音机需要天线，电视机需要天线，手机也需要天线。
在一些建筑物，汽车，轮船，飞机上都可以看见各种形式的天线。
天线就像人得嘴与耳朵一样，相互之间不停地传递着信息，方便了人类社会生活的信息交流。
从电磁场理论出发，天线问题实质上就是研究天线所产生的可见电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的电特性。
空间任何一点的电磁场满足电磁场方程——麦克斯韦方程及其边界条件。
因此，天线问题是时变电磁场问题的一种特殊形式。
从信号系统的角度出发，天线问题可以理解为考察由一个电磁波激励源产生的当初响应特性。
从通信系统的角度出发，天线可以理解为信号发射和接收器，收发天线之间的无线电信号强度满足通道传输方程和多径衰落特性。
电磁场可以脱离电荷、电流而独立存在，它具有能量，是物质的一种形态。
电磁场这种物质形态具有自己的特点，这就是它存在于电荷、电流周围的空间，并以波的形式传播。
电磁波是由时变电荷及电流激发出来的，时变电荷和电流是电磁波的源。
理论和实践证明，电磁波的能量可以脱离源向外传播。
电磁能量向外传播不再返回波源的现象称为电磁辐射，辐射电磁能量的装置称为天线。
由此可见天线的功能：①天线应能将高频电流能量尽可能多地转变为电磁波能量。
这首先要求是一个良好的“电磁开放系统”，其次要求天线与发射机（源）匹配或与接收机（负载）匹配。
②天线应使电磁波尽可能集中于所需的方向上，或对所需方向的来波有最大的接收，即天线有方向性。
③天线应有发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。
（波的极化是指电场强度矢量E 在垂直于传播方向平面内随时间变化的方式，亦即电场矢量在空间的取向。
）④天线应有足够的工作频带。
电偶极子是一段载有均匀同相随时间变化电流I （t ）的导线，其直径d 远小于长度△l 又远小于波长λ及观察距离r 。
（这里所谓的均匀同相电流是指线上的各点的电流振幅相等，相位相同。
天线基础知识全
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50年代-70年代
• 人造地球卫星和洲际导弹研制成功对天线提出了一系列新的课 题，要求天线有高增益、高分辨率、圆极化、宽频带、快速扫 描和精确跟踪等性能。从60年代到70年代初期，天线的发展空 前迅速。
最早的天线
最早的发射天线是赫兹在1887年为了验证麦克斯韦根据理论推导所作 关于存在电磁波的预言而设计的。它是两个约为30厘米长、位于一直 线上的金属杆，其远离的两端分别与两个约40厘米2的正方形金属板 相连接，靠近的两端分别连接两个金属球并接到一个感应线圈的两端， 利用金属球之间的火花放电来产生振荡。当时，赫兹用的接收天线是 单圈金属方形环状天线，根据方环端点之间空隙出现火花来指示收到 了信号。
1909年马可尼获得诺贝尔物理学奖，后来享有“无线电之父”的美誉。
1933年12月7日至12日，马可尼曾到我国访问，并在南京停留，宣传普及无线电知识，他特 别讲到：“贵国地大民众，无线电最有用处，望贵国人士深明此意，联络民众，交换情感， 可造成一强大无匹之国家”。
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线天线时期
• 在这一时期，天线的理论工作也得到了发展。 • H.C.波克林顿在1897年建立了线天线的积分方程，证明了细线天
线上的电流近似正弦分布。由于数学上的困难，他并未解出这一 方程。 • 后来E.海伦利用δ函数源来激励对称天线得到积分方程的解。 • 同时，A.A.皮斯托尔哥尔斯提出了计算线天线阻抗的感应电动势 法和二重性原理。 • R.W.P.金继海伦之后又对线天线作了大量理论研究和计算工作。 • 将对称天线作为边值问题并用分离变量法来求解的有S.A.谢昆穆诺 夫、H.朱尔特、J.A.斯特拉顿和朱兰成等。
天线原理介绍
可能产生的五阶交调 频段（MHz） 850~900
897~992
920~945 942~972 1765~1865 1820~1870 2100~2175 2080~2155
结论
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
三阶不落入到Rx的接收 范围，五阶落入到Rx的
接收范围
三阶、五阶都不落入到 Rx的接收范围
垂直面波束宽度7度
垂直面波束宽度 14度 7度
上3dB覆盖点 667.84米 307.19米
主瓣顶点 198.49米 198.49米
下 3dB覆盖点 114.48米 145.79米
主瓣覆盖距离 553.36米 161.4米
天线原理—天线基本概念
天线辐射参数
辐射参数: 主瓣； 副瓣； 半功率波束宽度； 前后比； 交叉极化鉴别率； 增益； 上旁瓣抑制； 下零点填充； 波束下倾角；
将天线放倒，测得RSSI值为-110dBm
小结：最终判定为外界干扰信号所致。
天线指标测试
天线辐射参数的测试
天线指标测试
电路参数的测试
交调测试仪
网络分析仪
天线指标测试
可靠性能的测试
振动试验
风洞试验
天线指标测试
高低温湿热试验
汽车模拟试验
淋水试验
Thanks!
上行频段 （MHz） 825~835
890~909
885-890 909~915 1710~1730 1745~1755 1940~1955 1920~1935
可能产生的三阶交调 频段（MHz） 860~890
916~973
925~940 948~966 1785~1845 1830~1860 2115~2160 2095~2140
天线设计原理基础
6
《天线原理与设计基础》
空间中电场矢量和磁场矢量是相互正交的，所以 E 面和 H 面也是相互正交的。 例如，前面所示的方向图是七单元八木天线天线的 H 面方向图，当然也可
以绘出其 E 面方向图。下面就以八木天线和角锥喇叭天线为例来说明如何判断 天线的两个主面 E 面和 H 面，见下图 0-3。
0.4 天线的基本参数
要了解天线或从事天线理论研究或工程设计方面的工作，就应当了解天线的 基本参数。天线基本参数的术语和含义，是我们在天线方面互相交流的基础。另 一方面，天线的性能需要一套电气指标来衡量，这些电气指标由天线的特性参数 来描述。例如，要设计一副雷达天线，往往需要给出这样一些电气指标：方向图 形状、主瓣宽度、副瓣电平、增益、极化、输入阻抗、工作频率和频带宽度等。 由这些指标指导设计者进行天线的设计。
有长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。 6. 按载体分 有车载天线、机载天线、星载天线，弹载天线等。 7. 按天线外形分类
有鞭状天线、T 形天线、Γ形天线、V 形天线、菱形天线、环天线、螺旋天 线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线等。
另外，还有八木天线，对数周期天线、阵列天线。阵列天线又有直线阵天线、 平面阵天线、附在某些载体表面的共形阵列天线等。
实际上，一切无线电设备(包括无线电通讯、广播、电视、雷达、导航等系 统)都是利用无线电波来进行工作的，而从几 MHz 的超长波到四十多 GHz 的毫 米波段电磁波的发射和接收都要通过天线来实现。天线是这样一个部件，作发射 时，它将电路中的高频电流或馈电传输线上的导行波有效地转换成某种极化的空 间电磁波，向规定的方向发射出去；作接收时，则将来自空间特定方向的某种极 化的电磁波有效地转换为电路中的高频电流或传输线上的导行波。
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G , U ,
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4U ,
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������ ������, ������ = ������������(������, ������) 极化： 定义：天线在给定方向的极化定义为“天线被激励时辐射波的极化，或在天线输出端得 到最大可用功率时的给定方向上入射波的极化” 未规定方向时，极化为最大增益方向的极化。 辐射波的极化定义为“描述电磁波电场矢量的方向和相对幅度的时变特性，确切地说， 就是在空间固定位置沿传播方向观察到的电场矢量的端点随时间变化的轨迹”。 电小天线 尺寸相对于工作频率所对应的波长比较小的天线就是电小天线，它也是最基本的天线。 最简单的电小天线是短振子，是一段馈电点在中心的导线。
1 极坐标图○ 2 直角坐标图 作图二维平面图：○
功率方向图： 在固定距离 r=r0 的球面上，波印廷矢量的 r 分量随着角坐标的相对变化(函数关系)图形 为功率方向图。方向图函数记为P ������, ������ 按方向图特征的天线分类 各向同性天线：天线向各个方向均匀辐射。 方向性天线：天线在某些方向的辐射比其他方向的辐射强得多
2 4 F , A
波瓣立体角 定义：天线的波瓣立体角是一个立体角，如果所有功率均通过此立体角辐射，在此立体 角内辐射强度均匀并等于最大值
A F , d
2
A
F , d 1 U m F , d`
2 2
Um
功率增益： 定义:任意方向上的辐射强度与无耗各向同性参考天线的辐射强度之比
������ ������, ������ ������٠=
������ ������, ������ ������������������������ ∗ ������������������������
辐射效率 定义：天线的输入功率仅有一部分转换为辐射功率，其余被天线及其附近结构所吸收。 辐射效率定义为天线的辐射功率与净输入功率之比。 ������������ ������������ ������������ e= = = ������������������ ������������������ ������������ + ������������ 其中：������������ 为辐射电阻，������������ 为损耗电阻。 场强方向图： 定义：在固定距离 r=r0 的球面上，辐射电场强度随着角坐标的相对变化(函数)图形为场 强方向图。方向图函数������ ������, φ ������ (������, φ) ������ ������, φ = ������������ (������0 , φ0 )
1 ������������ 2
������× ������∗ ������������
������������ ������ 2
= ������������ ������ × ������∗ ������ 2 ������
2
1
物理意义：反应在给定方向上辐射的大小 辐射功率： 定义：������r =
全向天线：天线在某个平面内的辐射为无方向性，在其正交面具有方向性 波瓣： 半功率波瓣宽度： 定义：从方向图的原点过辐射强度是最大值一半(对应场强是最大值的√2)的点的矢量所 夹的角度。 （3dB 波瓣宽度） 。E 面和 H 面的半功率波瓣宽度分别用 2HPE 和 2HPH 表示。 第一零陷波瓣宽度： 定义：从方向图的原点与主瓣的根部相切的矢量所夹的角度。用 20 表示 副瓣电平（SLL） ： 定义：副瓣峰值与主瓣最大值之比。
辐射电阻： 先求波印廷矢量->功率密度->辐射功率->辐射电阻 辐射电阻与 L 关系图：
完纯导电地平面 无限大的理想导电平面，良导体的金属面或栅网，当尺寸比天线大几倍时，可近似为理 想地面。 镜像原理 相似源： 组成天线阵的各单元不仅型式相同，而且在空间的放置姿态（或取向）也相同。各单元 具有相同的电流分布，但激励电流的幅度和相位可不同。 宽频带天线: 若天线的方向图和阻抗在约一个倍频程或更宽频带内无显著变化， 则该天线即属宽频带 天线。
短振子与理想偶极子的辐射电阻： 理想偶极子的辐射电阻是短振子的辐射电阻的 4 倍
Rr
பைடு நூலகம்Pr
1 2 I 2
l 80
2
2
理想偶极子
对称振子： 定义： 由两根等长的直金属线或金属筒构成，中间有馈线。沿 Z 轴取向，长为 L 且中心 馈电，如图可将其视为开路双线传输线由末端长 L/2 处弯折 90 度而成。 电流分布: 假设弯折部分电流分布不变，引入电流分布 ������������ ′ = ������������ sin k
������������ 2 ������������ 2
������������������������ − cos (2) ������������������2 ������
������������
������������
������������������������ − ������������������( 2 ) ������������������������
1
方向性 定义：天线在某方向的辐射强度与参考天线的辐射强度之比。 参考天线：与实际天线具有相同的辐射功率，并且均匀辐射。 ������ ������, ������ = ������(������, ������)/������������������ 1 ������ ������, ������ = ������������ ������ × ������∗ ������ ∗ ������ 2 = ������ ������, ������ ∗ ������ 2 = ������������ ������, ������ ∗ ������������ 2
������
������ − ������ ′ 2
, ������ ′ ≤
������ 2
因为在 ������ ′ = 2处开路，所以该处的电流一定为 0。参考微波技术基础传输线理论。 辐射场：远场取仅保持横向分量 ,及 1/r 阶分量 ������ −������������������ 2������������ cos ������������ = ������ ������������������������������������������ 4������������ ������ 归一化方向图函数： ������ ������ = 半功率波瓣宽度 天线长度 1 ������ < ������ 4 1 ������ 4 1 ������ 2 3 ������ 4 ������ 当 L>1.25 ������时，出现多瓣图。 半功率波瓣宽度 90 87 78 64 47.8 ������������������
基本电振子(赫兹偶极子) 电基本振子是一段长度 l 远小于波长, 电流 I 等幅同相的直线电流元 i(t)=Icosωt, 它是线 天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。 立体角： 定义： 立体角是以圆锥体的顶点为球心， 半径为 1 的球面被锥面所截得的面积来度量的， 度量单位称为“立体弧度”。和平面角的定义类似。在平面上我们定义一段弧微分 S 与其矢量 半径 r 的比值为其对应的圆心角记作 dθ=ds/r；所以整个圆周对应的圆心角就是 2π；与此类 似，定义立体角为曲面上面积微元 ds 与其矢量半径的二次方的比值为此面微元对应的立体 角记作 dΩ=ds/r^2；由此可得，闭合球面的立体角都是 4π。 单位：steradian->sr=stereos+radian 球坐标系中计算：d= ds /R2= ds=sin *d* d(sr) 辐射强度 定义：给定方向上单位立体角辐射的功率。 计算：������ ������, ������ =