微波技术与天线课件第6章汇编
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天线基本理论《微波技术与天线》培训讲解
粒子群算法
基于群体行为原理，通过个体间的协 作和竞争，寻找最优解。
模拟退火算法
基于物理退火过程，通过随机搜索， 寻找最优解。
天线优化算法与实现
梯度优化算法
基于梯度信息，通过迭代计算，寻找 最优解。包括最速下降法、牛顿法等。
随机优化算法
基于随机搜索，通过大量随机尝试， 寻找最优解。包括遗传算法、粒子群 算法等。
具有定向辐射特性的天线，通过螺旋形状的结构实现圆极化。
详细描述
螺旋天线广泛应用于卫星通信、雷达探测等领域。它可以实现圆极化波的发射和接收，增强信号的抗 干扰能力。螺旋天线的方向图可以通过改变螺旋的匝数和直径进行调整，以满足不同应用需求。
微带天线
总结词
一种薄型、轻量级的天线，由介质基片 上金属贴片构成。
均匀线阵列
均匀线阵列是指天线单元在一 条直线上等间距排列形成的阵 列。
在均匀线阵列中，各天线单元 的激励幅度相等，相位则根据 阵列的波束指向和天线单元的 排列位置确定。
均匀线阵列的主瓣宽度和副瓣 电平取决于阵列的单元数目、 单元间距以及波长等因素。
均匀圆阵列
均匀圆阵列是指天线单元在圆周上等 间距排列形成的阵列。
天线阻抗匹配与馈电系统
总结词
天线阻抗匹配是指天线输入阻抗与馈线阻抗相等的状态 ，馈电系统则是将信号功率传输到天线的装置。
详细描述
天线阻抗匹配是实现高效传输的关键，通过调整馈线的 特性阻抗可以使其与天线输入阻抗相匹配，从而提高信 号传输效率。馈电系统包括馈线和连接器等元件，其设 计应考虑信号传输的稳定性、可靠性和效率。在实际应 用中，需要根据天线的类型和规格选择合适的馈电系统 ，以确保信号传输的质量和稳定性。
导电材料
如铜、铝等，用于制作天线的辐射单元和反射面。
基于群体行为原理，通过个体间的协 作和竞争，寻找最优解。
模拟退火算法
基于物理退火过程，通过随机搜索， 寻找最优解。
天线优化算法与实现
梯度优化算法
基于梯度信息，通过迭代计算，寻找 最优解。包括最速下降法、牛顿法等。
随机优化算法
基于随机搜索，通过大量随机尝试， 寻找最优解。包括遗传算法、粒子群 算法等。
具有定向辐射特性的天线，通过螺旋形状的结构实现圆极化。
详细描述
螺旋天线广泛应用于卫星通信、雷达探测等领域。它可以实现圆极化波的发射和接收，增强信号的抗 干扰能力。螺旋天线的方向图可以通过改变螺旋的匝数和直径进行调整，以满足不同应用需求。
微带天线
总结词
一种薄型、轻量级的天线，由介质基片 上金属贴片构成。
均匀线阵列
均匀线阵列是指天线单元在一 条直线上等间距排列形成的阵 列。
在均匀线阵列中，各天线单元 的激励幅度相等，相位则根据 阵列的波束指向和天线单元的 排列位置确定。
均匀线阵列的主瓣宽度和副瓣 电平取决于阵列的单元数目、 单元间距以及波长等因素。
均匀圆阵列
均匀圆阵列是指天线单元在圆周上等 间距排列形成的阵列。
天线阻抗匹配与馈电系统
总结词
天线阻抗匹配是指天线输入阻抗与馈线阻抗相等的状态 ，馈电系统则是将信号功率传输到天线的装置。
详细描述
天线阻抗匹配是实现高效传输的关键，通过调整馈线的 特性阻抗可以使其与天线输入阻抗相匹配，从而提高信 号传输效率。馈电系统包括馈线和连接器等元件，其设 计应考虑信号传输的稳定性、可靠性和效率。在实际应 用中，需要根据天线的类型和规格选择合适的馈电系统 ，以确保信号传输的质量和稳定性。
导电材料
如铜、铝等，用于制作天线的辐射单元和反射面。
微波技术与天线课件
定,是无耗互易网络,每对端口相互隔离:
其中一对匹配:
S12 S34 0 S11 S22 0
(20-6) (20-7)
符合上述条件的即可称为定向耦合器，其［S］矩阵是
微波技术与天线课件
三、四口网络的一般性质
0 0 S13 S14
[S]
0
0
S23
S24
S13 S14
S23 S24
微波技术与天线课件
多口元件
如图：假设有N个端口。我们大概就用这样一个S 矩阵来分析多端口元件。
s11 s12
s21
s22
sn1
sn 2
s1n a1 b1
s2n
a2
b2
snn
an
bn
微波技术与天线课件
多口元件
它的物理概念非常清楚，由入射进去的激励
波 a1,a2……an ， 通 过 网 络 ， 出 来 变 成 b1,b2……bn 。 因 此 上 面 矩 阵 可 以 简 化 为
口网络的三个端口不可能同时匹配。除了三端口
以外，二端口以上的微波网技术络与天都线课可件以全匹配。
一、三口网络的一般性质
2. 无耗非互易三口网络 无耗非互易网络：Sij≠Sji ［性质］无耗非互易三口网络的三个端口可以完全匹配。 典型的就是环形器,有两种典型的理想矩阵对应不同 的环行器：
微波技术与天线课件
平
等 端
分相位
幅输入 反相等
二、三口元件
2. 铁氧体环行器——环行元件
3
1
2
0 0 1 [S] 1 0 0
0 1 0
理想s矩阵
[例1] 理想环行器端口③接匹配负载 L，即o 可构成二 端口隔离器。
其中一对匹配:
S12 S34 0 S11 S22 0
(20-6) (20-7)
符合上述条件的即可称为定向耦合器，其［S］矩阵是
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三、四口网络的一般性质
0 0 S13 S14
[S]
0
0
S23
S24
S13 S14
S23 S24
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多口元件
如图：假设有N个端口。我们大概就用这样一个S 矩阵来分析多端口元件。
s11 s12
s21
s22
sn1
sn 2
s1n a1 b1
s2n
a2
b2
snn
an
bn
微波技术与天线课件
多口元件
它的物理概念非常清楚，由入射进去的激励
波 a1,a2……an ， 通 过 网 络 ， 出 来 变 成 b1,b2……bn 。 因 此 上 面 矩 阵 可 以 简 化 为
口网络的三个端口不可能同时匹配。除了三端口
以外，二端口以上的微波网技术络与天都线课可件以全匹配。
一、三口网络的一般性质
2. 无耗非互易三口网络 无耗非互易网络：Sij≠Sji ［性质］无耗非互易三口网络的三个端口可以完全匹配。 典型的就是环形器,有两种典型的理想矩阵对应不同 的环行器：
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平
等 端
分相位
幅输入 反相等
二、三口元件
2. 铁氧体环行器——环行元件
3
1
2
0 0 1 [S] 1 0 0
0 1 0
理想s矩阵
[例1] 理想环行器端口③接匹配负载 L，即o 可构成二 端口隔离器。
第六章 天线基本原理与技术
0 0
分贝数表示为：D 10lg1.5 1.76(dB)
19:22
电子科技大学电子工程学院
微波技术与天线
第六章
天线基本原理与技术
6.4.5
输入阻抗
输入阻抗和输入电压 U in 和电流 I in的关系是
U in Z in Rin X in I in
注：输入阻抗取决于天线本身的结构与尺寸、工作频率以及邻近天 线周围物体等的影响。 1 l le Idz 6.4.6 有效长度 I 0 l 天线有效长度定义：在保持实际天线最大
Idl j r E j 60 sin e r
19:22
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微波技术与天线
第六章
天线基本原理与技术
6.4 天线的电参数
6.4.1 天线方向性特性参数 一、方向函数
方向函数：描述天线的辐射强度与空间坐标之间的函数关系，分
场强方向函数和功率方向函数。 场强方向函数F ( , )：由辐射场电场表达式中与方位有关的表达
第六章
天线基本原理与技术
辐射电阻RΣ：
辐射电阻定义: 某电阻上通过电流等于天线上的最大电流， 若其损耗的功率等于天线的辐射功率 ，则该电阻值即为该天 P 线的辐射电阻。
1 2 2 P P I m R R 2 2 Im
天线的辐射电阻表示了天线辐射电磁波的能力，与馈电电流 的大小无关，是天线自身具有的属性。
半功率主瓣宽度 2 0.5 ：功率方向图中两个半功率点之间的角
宽度，或场强方向图中最大场强的1
宽。
E
1 0 .9 0 .8 0 .7 0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2 0 .1 0
2 10 °
2 两点之间的角宽度；
分贝数表示为：D 10lg1.5 1.76(dB)
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微波技术与天线
第六章
天线基本原理与技术
6.4.5
输入阻抗
输入阻抗和输入电压 U in 和电流 I in的关系是
U in Z in Rin X in I in
注：输入阻抗取决于天线本身的结构与尺寸、工作频率以及邻近天 线周围物体等的影响。 1 l le Idz 6.4.6 有效长度 I 0 l 天线有效长度定义：在保持实际天线最大
Idl j r E j 60 sin e r
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微波技术与天线
第六章
天线基本原理与技术
6.4 天线的电参数
6.4.1 天线方向性特性参数 一、方向函数
方向函数：描述天线的辐射强度与空间坐标之间的函数关系，分
场强方向函数和功率方向函数。 场强方向函数F ( , )：由辐射场电场表达式中与方位有关的表达
第六章
天线基本原理与技术
辐射电阻RΣ：
辐射电阻定义: 某电阻上通过电流等于天线上的最大电流， 若其损耗的功率等于天线的辐射功率 ，则该电阻值即为该天 P 线的辐射电阻。
1 2 2 P P I m R R 2 2 Im
天线的辐射电阻表示了天线辐射电磁波的能力，与馈电电流 的大小无关，是天线自身具有的属性。
半功率主瓣宽度 2 0.5 ：功率方向图中两个半功率点之间的角
宽度，或场强方向图中最大场强的1
宽。
E
1 0 .9 0 .8 0 .7 0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2 0 .1 0
2 10 °
2 两点之间的角宽度；
《微波技术与天线》第6章
比较电基本振子的远区场 Eθ与磁基本振子的远区场 Eφ , 可 以发现它们具有相同的方向函数 |sinθ|, 而且在空间相互正交 , 相位相差90°。所以将电基本振子与磁基本振子组合后 , 可构
成一个椭圆（或圆）极化波天线, 具体将在第8章中介绍。
磁基本阵子的应用
电磁测井
6.3 天线的电参数
1. 天线方向图及其有关参数 天线方向图，是指在离天线一定距离处, 辐射场的 相对场强（归一化模值）随方向变化的曲线图, 通常采 用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向 图来表示。
例：画出沿z轴放置的电基本振子的E平面和H平面方向图。
解: ① E平面方向图:
② H平面方向图:
给定r处, 对于θ=π/2, Eθ的归一化场强值为|sinθ|=1,与φ无关， 因 而 H平面方向图为一个圆, 其圆心位于沿z方向的振子轴上, 且半径为1
图 6 -5 (a) 电基本振子E平面方向图
6.2 基本振子的辐射 预备知识：时变场的达朗贝尔方程，滞后位及其解
磁矢位和电标位 线性、均匀各向同性的无耗媒质中， 时谐形式的麦克斯韦方程
天线辐射场的求解思路：
点 点 源 的 磁 矢 位 转 换 点 源 的 辐 射 场 计算 连续 分布 结构 的辐 射场
源
突破点源后利用 结果推导新结构 的结果
pm k2 k 1 H j sin ( j 2 j 3 )e jkr 2 r r r
与电基本振子做相同的近似得磁基本振子的远区场为:
2 rλ 1 ω μ 0 pm Hθ sin θ e jkr η 2 rλ
E j
μ 0 pm
sin θe jkr
(6-2-8)
1. 电基本振子
微波技术与天线第6章复习
第6章1、简述天线的功能（概念+4个功能）在无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波，或将无线电波转变为导波能量，原来辐射和接收无线电波的装装置称为天线。
①天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量.这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统, 其次要求天线与发射机或接收机匹配.②天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, 或对确定方向的来波最大限度的接受, 即天线具有方向性.③天线应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的极化.④天线应有足够的工作频带.2、名词解释:什么是天线？①作用：在发射部分，将高频导行波转换为空间电波，在接收端，空间电波转换为导行波。
②性能：是能量转换器件、具有定向辐射能力、频率选择特性、极化特性。
③结构：开放。
3、把天线和发射机或接收机连接起来的系统为馈线系统，天线和馈线系统统称天线馈线系统，简称天馈系统。
4、点电基本振子近区场又为准静态场；离天线较远时，近似为0；电场磁场相位差90°，为感应场。
远区场中电基本振子的的远区场是沿着径向外传的横电磁波，远区场又称辐射场。
E/H=120pi，远区场具有与平面波相同的特性。
随着距离增加，辐射场减小。
4、电，磁基本振子具有相同的方向函数，空间相互正交，相位差90°5、天线的电参数有哪些？①主瓣宽度:主瓣宽度是衡量天线的最大辐射区域的尖锐程度的物理量。
在场强方向图中，等于最大场强两点间的宽度，称为半功率波瓣宽度；或将头两个零点之间的角度作为主瓣宽度，即零功率波瓣宽度。
②旁瓣电平: 旁瓣电平是指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣电平, 一般以分贝表示。
③前后比: 前后比是指最大辐射方向（前向）电平与其相反方向（后向）电平之比, 通常以分贝为单位。
④方向系数:方向系数定义为: 在离天线某一距离处, 天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度Smax与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度S0之比,记为D, 即天线方向系数的一般表达式为6、要使天线方向系数大，不仅要求主瓣窄，还要全空间的旁瓣电平小。
微波技术和天线(第四版)刘学观 第6章
将B = ∇ × （ A A为磁矢位）代入上述第二式得 定义电标位φ ，因而有
E = −∇φ − ∂A ∂t
∂A ⎤ ⎡ ∇ × ⎢E + =0 ⎥ ∂t ⎦ ⎣
一旦求得位函数 旦求得位函数——磁矢位和电标位，即可求得时变电场和时变磁场。 磁矢位和电标位 即可求得时变电场和时变磁场 《微波技术与天线》
《微波技术与天线》
第六章 天线辐射与接收的基本理论之°概论
3. 天线的分类
如果按用途的不同，可将天线分为通信天线、广播 电视天线、雷达天线等； 如果按工作波长的不同 可将天线分为长波天线 如果按工作波长的不同，可将天线分为长波天线、 中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等。 如果按辐射元的类型则天线大致可以分为两大类 如果按辐射元的类型则天线大致可以分为两大类： 线天线和面天线。
天线 波前
球面波
《微波技术与天线》
第六章 辐射与接收的基本理论之°基本振子的辐射
1.电基本振子的磁矢位
电基本振子：它是一段长度远小于波长（dl<<λ），电流 I振幅均匀分布、相位相同的直线电流元。 设电基本振子沿z轴放置其电流元为 a z Idl ′ = a z 式中 S为电流元的横截面积。 式中， 为电流元的横截面积 电基本振子的长度远小于波长，因此可取 r′=0 即 R≈r ， 所以 其磁矢位的表达式为 所以，其磁矢位的表达式为
第六章 天线辐射与接收的基本理论之°概论
第六章 天线辐射与接收的基本理论
随时间变化的电荷或电流激发出的电磁场，可以脱 离场源以电磁波的形式向远处传播出去而不再返回场 源，我们把这种现象称为电磁辐射。
本章内容
6.1 概论 6.2 基本振子的辐射 6.3 天线的电参数 6.4 接收天线理论
电磁场、微波技术与天线图文 (6)
第6章 微波网络基础
2. 微波网络参数是在微波传输线中只存在单一传输模式下 确定的。例如，对矩形波导，是指TE10模；对微带线，是指 准TEM模；对同轴线与带状线，是指TEM模。当微波传输 线中存在多模传输时，一般按其模式等效为一个多端口网络， 如一个有n个传输模的单端口元件将等效成一个n端口网络， 一个有n个传输模的二端口元件应等效为2n端口网络，其网 络参数仍按各个传输模式分别确定。
如图6-4-1所示为双端口网络，端口参考面T1、T2上的 电压和电流的方向如图中所示。由网络理论有
U1 Z11I1 Z12 I2 U2 Z21I1 Z22 I2
(6-4-1)
第6章 微波网络基础
图6-4-1 ［Z］和［Y］参量网络
第6章 微波网络基础
或简写成
U1 U 2
Z11
Z21
件还不足以将U、I唯一确定。因为，U′=kU，I′=I/k，即e′(x， y)=e(x，y)/k，h′(x，y)=kh(x，y)将同样满足式(6-2-1)的定义 和式(6-2-4)的归一化条件。因此，按上述定义的电压、电流 都只能确定到相差一个常数因子，这种不确定性实际上是反 映了传输线中阻抗的不确定性。为了消除这种不确定性，需 进一步确定基准矢量e(x，y)和h(x，y)，也就是确定等效特 性阻抗的选用条件。由式(6-2-1)写出(以入射场为例)
Ui
I
* i
1 2
Ui
(6-2-11a) (6-2-11b)
由式(6-2-11)解得
Ui
ab 2 Em ,
Ii
ab Em
2
(6-2-12)
第6章 微波网络基础
将其代入式(6-2-10)解出
e ey
2 ab
微波与天线ppt课件
。
天线在雷达与导航中的应用
雷达天线
雷达是一种利用微波探测目标的电子设备。天线在雷达中起 到发射和接收信号的作用，通过分析反射回来的信号，可以 获得目标的位置、速度等信息。
卫星导航天线
卫星导航系统通过发射和接收微波信号，实现定位和导航。 天线在此过程中负责发射和接收信号，帮助用户获得位置信 息。
微波与天线在其他领域中的应用
微波与天线ppt课件
目录
CONTENTS
• 微波与天线概述 • 微波的基本理论 • 天线的基本原理 • 微波与天线的应用 • 微波与天线的未来发展
01
微波与天线概述
微波的定义与性质
微波是指频率在300 MHz到300 GHz之 间的电磁波。
它在通信、雷达、导 航、加热等领域得到 广泛应用。
微波具有波长在1米 到1毫米之间，以及 穿透性、反射性、折 射性等特点。
多天线技术
多天线技术是一种利用多个天线同时发送和接收信号的技术，可以显著提高无线通信系统的性能。未 来，多天线技术将在微波与天线领域发挥重要作用，实现更高的频谱效率和更稳定的传输。
MIMO技术
MIMO技术是一种利用多个天线同时发送和接收信号的技术，可以显著提高无线通信系统的性能。未 来，MIMO技术将成为微波与天线领域的重要研究方向，实现更高的频谱效率和更稳定的传输。
波动方程与麦克斯韦方程
波动方程
描述电磁波在空间中传播的基本 方程，包括电场强度E和磁场强度 H的波动特性。
麦克斯韦方程
一组描述电磁场变化和传播的方 程，包括高斯定理、安培定律、 法拉第定律和欧姆定律。
谐振腔与传输线理论
谐振腔
一种能够支持电磁振荡的封闭空间， 通常由金属壁构成，用于产生和储存 微波能量。
微波技术与天线
微波技术与天线课程考查报告班级：13通信—1班姓名：段德坤学号：1316351010评定成绩：知识梳理绪论微波、天线与电波传播是无线电技术的一个重要组成部分，它们三者研究的对象和目的有所不同。
微波主要研究如何引导电磁波在微波传输系统中的有效传输，它的特点是希望电磁波按一定要求沿微波传输系统无辐射的传输，对传输系统而言辐射是一种能量的损耗。
天线的任务则是将导行波变换为向空间定向辐射的电磁波，或将在空间传播的电磁波变为微波设备中的导行波，因此天线有两个基本作用：一个是有效地辐射或接收电磁波，另一个是把无线电波能量转换为导行波能量。
电波传播则是分析和研究电波在空间的传播方式和特点。
微波、天线与电波传输播三者的共同基础是电磁场理论，三者都是电磁场在不同边值条件下的应用。
第一章均匀传输线理论微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称, 它的作用是引导电磁波沿一定方向传输, 因此又称为导波系统, 其所导引的电磁波被称为导行波。
一般将截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统称为规则导波系统, 又称为均匀传输线。
把导行波传播的方向称为纵向, 垂直于导波传播的方向称为横向。
无纵向电磁场分量的电磁波称为横电磁波，即TEM波。
另外, 传输线本身的不连续性可以构成各种形式的微波无源元器件, 这些元器件和均匀传输线、有源元器件及天线一起构成微波系统。
1.1均匀无耗传输线的输入阻抗定义：传输线上任意一点z处的输入电压和输入电流之比称为传输线的输入阻抗两个特性：(1)λ／2重复性：无耗传输线上任意相距λ／2处的阻抗相同Zin(z)=Zin(z+λ／2)；(2)λ／4变换性:Zin(z)-Zin(z+λ／4)=Z021.2均匀无耗传输线的三种传输状态(1) 行波状态：无反射的传输状态，匹配负载：负载阻抗等于传输线的特性阻抗沿线电压和电流振幅不变电压和电流在任意点上同相；(2) 纯驻波状态：全反射状态，负载阻抗分为短路、开路、纯电抗状态；(3)行驻波状态：传输线上任意点输入阻抗为复数。
微波技术与天线 微波元件PPT课件
2021/6/13
22
第22页/共69页
微波电抗性元件
• 微带元件的实现方法 • 预备知识 并联在传输线上的谐振回路 在传输线上并联一个或多个支节，这些支节等效于串联或并联谐振回路。
微带线中的串联电阻
2021/6/13
23
第23页/共69页
微波电抗性元件
• 微带元件的实现方法 • 串联电感和并联电容的实现原则I 微带线带条宽度变窄（特性阻抗增高），可等效成一个串联电感。 微带线带条宽度变宽（特性阻抗降低），可等效成一个并联电容。 注意 等效的前提是变窄或变宽的微带线长度<<工作波长，这样等效电感或电纳才能 与频率成线性关系。
l)
jZ0 tan(vp
l)
当λ/4 <l<λ/2时，输入阻抗为容性。
无论传输线的输入端是呈感性还是容性，其电抗与频率的 关系都是非线性的。
2021/6/13
低频时电感和电容的电抗与频率是成正比的。 二 者 之 间 区 别 的 主 要 原第2因9页就/共是69页微 波 传 输 线 为29分 布 参 数 元 件 ，
27
第27页/共69页
微波电抗性元件
• 微带元件的实现方法 • 并联电容的实现（方法I ） 图（a）中，带条宽度为W’较宽微带线段是特性阻抗为Z0’的低阻抗线段， Z0’ <<邻接微带线特性阻抗Z0：
其T型等效电l 路中的两l 个串联电感可略去l 不计，等效l 电路中只剩下一个并联电容。
BC
Z0'
2021/6/13
10
第10页/共69页
微波电抗性元件
• 波导元件的实现方法 • 电感膜片 电感膜片的相对并联电纳：
bL
BL Y0
《微波技术与天线》第六章 天线.ppt
29
天线的的方向图参数
旁瓣电平
指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣电平（dB）。 不需要辐射的区域电平应尽可能低。
前后比
最大辐射方向（前向）电平与其相反方向（后向）电平 之比。（dB）
2020/4/27
30
天线的的方向图参数
方向系数D
在离天线某距离处，天线在最大辐射方向上的辐射功
率流密度Psmax 与相同辐射功率的理想无方向性天线 在同一距离处的辐射功率流密度Ps0之比（dB）。
21
基本振子的辐射
结论
比较电基本振子的远区场Eθ与磁基本振子的远区 场Eφ，可以发现它们具有相同的方向函数|sinθ|, 而且在空间相互正交，相位相差90°。
所以将电基本振子与磁基本振子组合后，可构成 一个椭圆（或圆）极化波天线。螺旋天线为该情 况。
2020/4/27
22
天线的电参数
天线方向图参数 天线效率 增益系数 极化特性 频带宽度 输入阻抗 有效长度
设有一电阻RΣ, 当通过它的电流等于天线上的最大电 流时, 其损耗的功率就等于其辐射功率。
辐射电阻的高低是衡量天线辐射能力的一个重要指标： 辐射电阻越大，天线的辐射能力越强。
A
R R RL
1 1 RL
R
中长波和电尺寸很小的天线中：R∑小， RL大，ηA小， 仅百分之几； 202超0/4/27短波、微波，电尺寸可以做的很大， ηA→１。 35
如果通信的一方是剧烈摆动或高速运动着的，为了提 高通信的可靠性，发射和接收都应采用圆极化天线。
如果雷达是为了干扰和侦察对方目标，也要使用圆极 化天线。典型的例子是车载GPS常用的圆极化天线。
在人造卫星、宇宙飞船和弹道导弹等空间遥测技术中， 由于信号通过电离层后会产生法拉第旋转效应, 因此 其发射和接收也采用圆极化天线。
天线技术 (西电第二版)第6章课件
9 0 °1 .4 5 48 60°
0 .7 2 73
9
30°
180°
0°
210°
330°
240°
300°
270°
d ＝ 0 .1 d ＝ 0 .1 5 d ＝ 0 .2 5
图 6-4 二元引向学习天交流线PPT的H平面方向图
11
由图6-4可见，当无源振子与有源振子的间距d<0.25λ时， 无源振子的长度略短于有源振子的长度，由于无源振子电流I2 相位滞后于有源振子I1，故二元引向天线的最大辐射方向偏向 无源振子的所在方向。此时，无源振子具有引导有源振子辐射 场的作用，故称为引向器。 反之，当无源振子的长度长于有源 振子的长度时，无源振子的电流相位超前于有源振子，故二元 引向天线的最大辐射方向偏向有源振子所在的方向。在这种情 况下，无源振子具有反射有源振子辐射场的作用，故称为反射 器。因此，在超短波天线中，通过改变无源振子的长度2l2以及 它与有源振子的间距d来调整它们的电流振幅比m 和相位差ψ， 就可以达到改变引向天线的方向图的目的。
其中, 相位差ψ由三部分组成：分子中的相角、分母中的相角和 ejπ。
对称振子的自阻抗Z22取决于它本身的长度，而互阻抗Z12则 主要取决于两振子的间距。故调节无源振子2的长度2l2或它与有 源振子的间距d，均可改变电流比m以及相位差ψ, 进而改变二元 阵的合成场和方向性，使二元阵在其赤道面内呈现不同的方向 图。调节无源振子的电流，即m和ψ，使方向图主瓣指向有源振 子一方，就称此无源振子为无源反射器；若方向图主瓣指向无 源振子一方就称此无源振子为引向器。
E E 1 E 2 E 1 [ 1 m j d (c e o )]s
无源振子2 的感应电流的振幅与相位取决于有源振子与无源振 子间的距离d和无源振子的长度2l2。那么如何使振子2起到引向 器或者反射器的作用呢？
天线PPT课件(完整版)
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电磁频谱与无线电频段
天线概念
天线是无线系统的重要部件，它是现代信息社会的电子眼、 电子耳。 定义 — 用来辐射或接收无线电波的装置，导行波与自由空 间波互相转换区域的结构，转换器件或换能器 — 能量转换。 电路的观点 — 从传输线看向天线这一段等效于一个电阻 Rr ， 是从空间耦合到天线终端的电阻，与天线结构自身的任何电阻 无关。
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天线发展简史
三、1980, 超大阵列（VLA）抛物面天线（Very Large Array Steerable Parabolic Dish Antennas） 位于美国新墨西哥州（Socorro, New Mexico）的超大阵 列天线由27面直径为25米的抛物面按Y型方式排列组成，是 世界第一个射电天文望远镜。其分辨率相当于36千米跨度的 天线，而灵敏度相当于直径为130米的碟型天线。
1 H A
A
因此，知道
A
1 E jA jA j A
§1.1 辅助函数法
A 4 e jkR J x, y , z dv －体电流 R v e jkR J s x, y , z ds －面电流 R s e jkR I e x, y, z dl R c
天线发展简史
五、2000, 移动/手持天线（Mobile/Hand - held Antenna） 工作于800MHz的手持蜂窝电话天线随处可见。 从马可尼时代直到20世纪40年代，天线主要是以 导线为辐射单元，工作频率也提高到UHF。 进入二战期间，随着1GHz以上微波源（如调速 管、磁控管）的发明，天线开始了一个新的纪元。 波导口径天线、喇叭天线和反射面天线等如雨后春 笋般出现。
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第6章 天线辐射与接收的基本理论
综上所述, 天线应有以下功能: ① 天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。 这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统, 其次要求天线与 发射机或接收机匹配。
② 天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, 或对确定 方向的来波最大限度的接受, 即天线具有方向性。
③ 天线应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当 的极化。
第6章 天线辐射与接收的基本理论 图 6 –2 电基本振子的辐
第6章 天线辐射与接收的基本理论
Er
Il 4
2 0
cos
(
j r3
k r2
)e jkr
E E
Il 4 0
1 0
sin
(
j r3
k r2
jk 2 r
)e jkr
Hr 0
H 0
H
Il 4
sin
1 r2
jk r
e jkr
第6章 天线辐射与接收的基本理论
第6章 天线辐射与接收的基本理论
6.1 概论 6.2 基本振子的辐射 6.3 天线的电参数 6.4 接收天线理论 习题
第6章 天线辐射与接收的基本理论
6.1 概论
通信的目的是传递信息, 根据传递信息的途径不同, 可将通 信系统大致分为两大类: 一类是在相互联系的网络中用各种传 输线来传递信息, 即所谓的有线通信, 如电话、计算机局域网等 有线通信系统; 另一类是依靠电磁辐射通过无线电波来传递信 息, 即所谓的无线通信, 如电视、 广播、 雷达、 导航、卫星等 无线通信系统。 在如图 6 -1 所示的无线通信系统中, 需要将来 自发射机的导波能量转变为无线电波, 或者将无线电波转换为 导波能量, 用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。
第6章 天线辐射与接收的基本理论
天线的种类很多，按用途可将天线分为通信天线、 广播 电视天线、雷达天线等; 按工作波长, 可将天线分为长波天线、 中波天线、 短波天线、 超短波天线和微波天线等； 按辐射元 的类型可将天线分为两大类: 线天线和面天线。所谓线天线是 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; 面天线是由尺寸大于波长的金属或介质面构成的, 主要 用于微波波段, 超短波波段则两者兼用。
式中, k ω με ，是媒质中电磁波的波数
(6-2-1)
第6章 天线辐射与接收的基本理论
下面介绍电基本振子的电磁场特性。
(1) 近区场
在靠近电基本振子的区域（kr<<1即r<<λ/2π）, 由于r很小, 故只需保留 式（6-2-1）中的1/r的高次项, 并注意e-jkr≈1, 考虑上述因素后, 电基本振子的 近区场表达式为
2r
s in e jkr
第6章 天线辐射与接收的基本理论 图 6 – 1 无线电通信系统框图
第6章 天线辐射与接收的基本理论
发射机所产生的已调制的高频电流能量（或导波能量）经 馈线传输到发射天线, 通过天线将其转换为某种极化的电磁波 能量, 并向所需方向辐射出去。到达接收点后, 接收天线将来自 空间特定方向的某种极化的电磁波能量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。天线作为无线电通信 系统中一个必不可少的重要设备, 它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响, 若天线设计不当, 就 可能导致整个系统不能正常工作。
(2) 远区场 实际上, 收发两端之间的距离一般是相当远的（kr1>>1, 即 r>>λ/2π）, 在这种情况下, 式（6-2-1）中的1/r2和1/r3项比起1/r 项而言, 可忽略不计, 于是电基本振子的电磁场表示式简化为
Eθ
k 2 Il j
4π ε0r
sin θejkr
H
j
kIl 4πr
sin e jkr
(6-2-3)
第6章 天线辐射与接收的基本理论
式中,
k 2 ω2ε 0μ 0,ω 2π f 2π c /λ
ε
0
1 36π
109
(F/m)
μ0 4π 10 7 (H/m)
(6-2-4)
0 120 0
将上式代入式（6-2-3）得电基本振子的远区场为
E
j 60πIl sinejkr r
H
j Il
④ 天线应有足够的工作频带。
第6章 天线辐射与接收的基本理论
以上四点是天线最基本的功能, 据此可定义若干参数作为 设计和评价天线的依据。通信的飞速发展对天线提出了许多 新的要求,天线的功能也不断有新的突破。除了完成高频能量 的转换外, 还要求天线系统对传递的信息进行一定的加工和处 理, 如信号处理天线、单脉冲天线、自适应天线和智能天线等。 特别是自1997年以来, 第三代移动通信技术逐渐成为国内外移 动通信领域的研究热点, 而智能天线正是实现第三代移动通信 系统的关键技术之一。
近区场称为准静态场;
② 由于场强与1/r的高次方成正比, 所以近区场随距离的 增大而迅速减小, 即离天线较远时, 可认为近区场近似为零。 ③ 电场与磁场相位相差90°, 说明玻印廷矢量为虚数, 也就是 说, 电磁能量在场源和场之间来回振荡, 没有能量向外辐射, 所 以近区场又称为感应场。
第6章 天线辐射与接收的基本理论
把天线和发射机或接收机连接起来的系统称为馈线系统。 馈线的形式随频率的不同而分为双导线传输线、同轴线传输线、 波导或微带线等。由于馈线系统和天线的联系十分紧密, 有时 把天线和馈线系统看成是一个部件, 统称为天线馈线系统, 简称 天馈系统。
第6章 天线辐射与接收的基本理论
6.2 基本振子的辐射
1. 电基本振子 电基本振子是一段长度l远小于波长, 电流I振幅均匀分布、 相位相同的直线电流元, 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。 下面首先介绍电基本振子的辐射特性。 在电磁场理论中, 已给出了在球坐标原点O沿z轴放置的电 基本振子(图6 -2)在周围空间产生的场为
Er
j
Il 4πr
3
ห้องสมุดไป่ตู้
2 ω ε0
cos
Eθ
j
Il 4π r
3
2 sin θ ωε 0
H
Il 4πr 2
sin
(6-2-2)
第6章 天线辐射与接收的基本理论
对式（6-2-2）进行分析可知:
①
在近区,
电场
Eθ和
E
与静电场问题中的电偶极子的电场
r
相似, 磁场 Hφ和恒定电流场问题中的电流元的磁场相似, 所以