天线辐射的方向特性
天线辐射范围
天线辐射范围
天线的辐射范围取决于其类型、设计和工作频率。
不同类型的天线具有不同的辐射模式和辐射范围。
一般来说，天线的辐射范围可以分为以下几个方面：
1. 辐射方向：天线通常具有主要辐射方向，也称为主辐射波束。
这是天线辐射信号最强的方向，辐射能量集中在这个方向上。
辐射波束的宽度决定了天线的方向性，窄波束天线辐射范围较小，宽波束天线辐射范围较大。
2. 信号强度：天线辐射信号的强度随距离的增加而逐渐减弱。
通常情况下，辐射范围随着距离的增加而增大，但信号强度会降低。
3. 工作频率：天线的辐射范围还与其工作频率有关。
不同的频率具有不同的辐射特性，如天线的大小、设计和辐射模式等可能会因频率而有所不同。
需要注意的是，天线辐射范围是三维的，通常用径向图来表示。
这个图表明了天线在各个方向上的辐射强度，通常以立体角度（solid angle）或dB（分贝）为单位。
综上所述，天线的辐射范围是一个相对的概念，具体取决于天线的类型、设计参数和工作条件。
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？
天线技术基础第2章天线的基本特性参数
第二章 天线的基本特性参数2.1 方向图函数和方向图天线的最基本特性是它的方向特性。
对发射天线来说，方向特性通常是表示在相同距离条件下天线的远区辐射场与它的空间方向之间的关系。
描述天线的方向特性，最常用的是方向图函数和方向图。
方向图函数是定量表示远区天线辐射能量在空间相对分布情况的一个参数，通常是指远区同一距离处天线辐射场强(或能流密度)的大小与方向坐标关系的函数。
若用图形把它描绘出来，便是天线方向图。
其中表示场强大小与方向关系的，称为场强振幅方向图，表示能流密度大小与方向关系的，称为功率方向图。
习惯上又把场强振幅方向图简称为场强方向图，或进一步简称为方向图。
把场强振幅方向图函数用),(θf 表示，或进一步简写成f (,)θϕ。
把最大值为1的方向图称为归一化方向图。
把归一化场强振幅方向图函数用F (,)θϕ表示，或进一步简写成F (,)θϕ。
方向图一般是三维立体图形。
为了简单，大多数实际应用场合中通常只画出两个具有代表性的正交平面上的方向图。
这两个正交的平面称为主平面。
主平面经常选取水平面(平行于地面的面)和垂直面(垂直于地面的面)，或E 面(包含天线最大辐射方向及其电场方向的面)和H 面(包含天线最大辐射方向及其磁场方向的面)。
有时也选取XY 面、YZ 面、ZX 面等。
在所有方向的辐射都相同的天线称为无方向性天线。
显然无方向性天线的立体方向图呈球状，它在任一平面的方向图均为园。
在某一平面上无方向性的天线称为该平面全向天线，它在该平面上的方向图为园。
天线的平面方向图有两种表示方式。
一种是以直角坐标表示的，称为直角坐标方向图.。
此时横轴代表角度(以度为单位)，纵轴代表函数值。
另一种是以极坐标表示的，称为极坐标方向图。
它用极角(射线与极轴的夹角)代表角度(以度为单位)，用射线的长度代表函数值。
极坐标方向图由于直观形象，应用很广。
天线的平面方向图一般呈花辫状。
我们把它的每一个辫称为波辫。
其中把包含最大辐射方向的一个辫称为主辫，位于主辫相反方向的辫称为后辫，与主辫完全相同的辫称为栅辫。
天线的主要性能指标
天线的主要性能指标天线是无线通信系统中的重要组成部分，它的性能直接影响到通信系统的稳定性、可靠性和性能。
天线的主要性能指标可以分为以下几个方面。
1.频率范围：天线的频率范围是指天线能够工作的频率范围。
不同的无线通信系统需要不同的频率范围，因此天线的频率范围应该能够覆盖所需的频率范围。
2.增益：天线的增益是指天线在特定方向上相对于理想同轴电缆天线的功率增加量。
增益越高，天线的接收和发射效果就越好。
增益与天线的指向性有关，指向性越高，增益越高。
3.方向性：天线的方向性是指天线在空间范围内辐射和接收电磁信号的特性。
天线的方向性可以通过天线的辐射图来表示，主要包括主瓣方向和边瓣。
4.波束宽度：波束宽度是指天线主瓣的宽度，也可以理解为天线对信号的接收和发送的方向选择性。
波束宽度越小，方向选择性越好，但覆盖范围也会减小。
5.阻抗匹配：天线的阻抗匹配是指天线的输入阻抗与馈线的阻抗保持一致。
阻抗匹配不好会导致信号的反射和损耗，影响信号的传输质量。
6.驻波比：驻波比是指天线输入端口处的反射波和传输波之比。
驻波比越小，说明天线的阻抗匹配越好，信号的传输质量越好。
7.前后比：前后比是指天线在其中一方向上的辐射功率与在反方向上的辐射功率之比。
前后比越大，说明天线的方向性越好，信号的传输干扰越小。
8.极化方式：天线的极化方式有垂直极化、水平极化、圆极化等。
天线的极化方式应与无线通信系统的极化方式一致，以保证信号的传输效果。
9.环境适应性：天线的环境适应性是指天线在不同的环境条件下的性能表现。
例如，天线在恶劣天气条件下的性能是否稳定，是否受到周围物体的干扰等。
10.承载能力：承载能力是指天线能够承受的最大功率。
天线的承载能力应该能够满足无线通信系统所需的功率要求，以确保天线的稳定运行。
总之，天线的性能指标决定了它在无线通信系统中的适用性和性能表现。
无论是接收还是发射信号，在选购天线时，需要根据具体的应用需求，选择适合的天线，并通过合理的安装和调试，实现最佳的通信效果。
天线辐射方式
天线辐射方式
天线是一种电子器件，用于发射和接收无线电波。
在无线通信中，天线的辐射方式非常重要，它决定了信号的传输和接收质量。
天线的基本工作原理是通过电流的流动产生电磁场，并将电能转换为无线电波。
辐射方式是指天线如何向空间中辐射出无线电波。
常见的天线辐射方式有以下几种：
1.全向辐射：全向辐射是指天线在水平面上辐射出的无线电波
具有均匀的辐射特性，也就是说无论是水平方向还是垂直方向，天线都能够均匀辐射无线电波。
全向辐射天线常用于广播和移动通信中，以实现广播或者通信信号的广播覆盖。
2.定向辐射：定向辐射是指天线在某个特定方向上辐射出的无
线电波具有辐射强度更大的特点，而在其他方向上辐射较小。
定向辐射天线通常采用抛物面或者方形的天线结构，用于建立点对点通信链路，如卫星通信和雷达系统。
3.扇形辐射：扇形辐射是指天线在一个扇形范围内辐射无线电波，辐射强度随角度的变化而变化。
扇形辐射天线通常采用扇形状的天线柱或者天线阵列，用于建立扇区覆盖的无线网络，如蜂窝移动通信网络。
4.仰角辐射：仰角辐射是指天线主要向上辐射无线电波，辐射
强度随仰角的变化而变化。
仰角辐射天线常用于卫星通信和无线电测量系统，用于向上发射信号或者接收信号。
5.水平辐射：水平辐射是指天线主要在水平方向上辐射无线电波，辐射强度随水平角的变化而变化。
水平辐射天线常用于雷达系统和无线电广播，用于探测目标或者广播信号。
综上所述，天线的辐射方式决定了其在无线通信中的应用场景和性能特点。
不同的辐射方式在不同的通信需求下起到了重要的作用，可以满足不同的通信距离、角度和覆盖范围要求。
天线辐射的方向特性1
天线辐射的方向特性生命科学学院林青中（PB05207050）实验步骤：1、按讲义上的典型天线测量台的图示布置好喇叭形天线、微波吸收器、连接导线和旋转天线盘。
测试用天线为右手螺旋天线，安装在天线盘上后，要与发射用的喇叭天线同等高度且轴线对齐，吸收材料要尽可能靠近天线盘且不留空隙，余下的应覆盖电缆以减少桌面的反射。
图4典型的天线测量台2、将天线盘专用变压器插入插座，盘上的指示灯会亮，且天线盘将自动搜寻到起始位置，此时已由天线盘向振荡器供电，喇叭形天线已开始发射高频波。
3、开启计算机，启动桌面上的CASSY LAB测试软件，点击显示为红色的COM1，在对话框中确定SETTINGS ROTA TING ANTENNA PLATFORM，并激活“GUNN MODULATION”后点击确定。
4、按下程序顶部的“小钟”（START/STOP MEASUREMENT），启动测量系统，计算机将自动绘出该天线的方向特性图，测量完毕后，可用“设置旋转天线盘”对话框中的“Normal level”对图形进行归一化（该对话框可右激检测量按钮得到）。
5、应用实验原理对测量到的方向特性图进行分析，并与提供的理想图进行对比。
6、改变吸收器的放置，观察对测量结果的影响。
7、实验完毕后，关闭软件，拔下天线盘用变压器。
图5实验示意图注意事项：1、该实验为高频波，一旦天线盘专用变压器插入插座，不要直视发射用的喇叭口。
2、旋转天线盘开启后可自动旋转，除被测天线外，盘上不可放置其他物品。
不要人为阻碍天线盘的自由转动。
旋转天线盘上的绿灯亮表示此时可用手去转动该盘；附近的红灯代表天线盘自转的方向（顺时针还是逆时针）。
3、喇叭形天线在发射时不可直视其喇叭口。
4、更换设备时，一定要先关闭天线盘电源。
5、旋转天线盘：开启后可自动旋转，除被测天线外，盘上不可放置其他物品。
不要人为阻碍天线盘的自由转动。
实验结果处理：用记录实测数据用ORIGIN绘制出方向图，从天线的方向图可计算天线辐射方向图的主瓣宽度、副瓣电平、前后比。
天线辐射方向性参数讲解
天线作用:天线辐射和接收高频电磁波；发射时，把高频电流转换为高频电磁波；接收时，把高频电磁波转换为高频电流；影响天线的性能因素有：天线型号，增益，方向图，天线驱动功率，简单或复杂的天线配置，天线极化天线增益：天线增益是相对增益；实用定向天线在最大辐射方向上某点的场强相对于全向性天线或半波振子天线在相同点的辐射功率的比值；增益用dbi和dbd表示，一般认为是同一个增益，dbi比dbd大2.15；如：0dbd=2.15dbi天线辐射方向图：天线辐射的电磁场，在固定的球面距离R上，随角坐标分布的图形，称为方向图；用辐射场强表示的方向图，称为场强方向图；用功率密度表示的方向图，称为功率方向图；用相位表示的方向图，称为相位方向图；天线方向图是空间立体图形，一般较难画出；所以，通常只需画出两个相互垂直面的主平面的方向图，称为平面方向图；在线性天线中，受地面影响较大，都采用垂直面和水平面作为主平面；在面型天线中，则采用E平面和H平面作为两个主平面；归一化方向图取最大值为一，其它方向值和最大值相比，按归一化画成的方向图称为归一化方向图；全向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为圆柱形定向天线的水平波瓣图和垂直波瓣图，其天线外形为板状电波极化无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化；无线电波的电场方向称为电波的极化方向；天线辐射远区电场矢量的空间指向，称为电磁波的极化方向；并且，通常指的是最大辐射方向上的电场矢量方向；电场矢量在空间的取向、在任何时间都保持不变的电磁波，叫线性极化波；电场矢量在空间的取向不固定时，当电场矢量端点描绘的轨迹是圆，称为圆极化；若轨迹时椭圆，称之为椭圆极化波；不论圆极化波或是椭圆极化波，都可由两个相互垂直线性极化波合成；当以地面作参考时，与地面平行的电场叫水平极化波；与地面垂直的电场叫垂直极化波；天线其他参数:1, 电压驻波比（VSWR）：越靠近1越好；2, 前后波瓣比（F/B）：越大越好，隔离度越好；3, 端口隔离度，需大30db：越大越好；4, 回波损耗（RL）：需小于-6db，越大越好；5, 功率容量：越大越好任何实用天线的辐射都具有方向性；即天线远区辐射能量的大小在相同距离的空间各处是不一样的；将天线远区辐射场的振幅与方向间的关系用曲线表现出来，称为天线的辐射方向图；将离开天线一定距离R处的天线远区的辐射场量与角度坐标之间的关系式，称为天线的方向图函数；电流元的远区辐射场量，在相同距离R的球面上，其不同方向上的各点场强是不同的；电流元的辐射方向图，将电流元中心置于坐标原点，向各个方向作射线，并取其长度与场强的大小成正比，即得到一个立体图形，也就是得到电流元的立体方向图，它的形状像汽车轮胎；如下图：天线辐射的立体方向图一般较难画出，通常只画出相互垂直的两个主平面内的方向图，即E面和H面；电流元E面的方向图处于子午面，称为E面方向图；电流元H面方向图处于赤道面，称为H面方向图；如下图：天线的设计，是用来有效的辐射电磁能的一种装置；实际中没有一种天线能在空间中任意方向辐射；即天线的辐射具有一定的方向性；侧视图顶视图E面方向图H 面方向图天线极化：天线的极化：天线远场电矢量的轨迹，或天线辐射远区电场强度方向；是指电场方向和传播方向两者的关系；它表示在最大辐射方向上电场矢量的取向；天线的极化方式与距离没有关系；当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波；由于电波特性，水平极化波传播的信号在贴近地面时就会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能，而使电场信号迅速衰减；垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播；在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式；无线电波的极化，在实际中，由于发射天线的具体放置不同，使电场只有垂直或只有平行于地面方向的分量；前者称为称垂直极化波，我国的广播发射天线是垂直于地面的，故是垂直极化波；后者称为水平极化波，我国电视、调频广播用的是水平极化波，它们的发射天线是平衡于地面的；还有螺旋极化波，有左螺旋极化和右螺旋极化之称。
天线的主要参数
天线的主要参数天线是一种电子设备，用来接收或发射无线电波信号。
它是通信系统的重要组成部分，用于传输和接收无线信号。
天线的主要参数包括增益、频率范围、方向性、带宽、阻抗匹配、极化方式等。
本文将对这些主要参数进行详细介绍。
一、增益天线的增益是指天线辐射或接收信号的能力。
增益越高，天线的辐射或接收能力就越强。
增益通常用分贝（dB）来表示。
天线的增益与其尺寸、形状、辐射模式等因素密切相关。
二、频率范围天线的频率范围是指天线能够工作的频率范围。
不同的天线适用于不同的频率范围。
例如，对于无线电通信系统，常见的频率范围包括2.4GHz、5GHz等。
三、方向性天线的方向性是指天线在空间中辐射或接收信号的特性。
方向性可以分为全向性和定向性。
全向性天线可以在360度范围内辐射或接收信号，而定向性天线只能在特定方向上进行辐射或接收。
定向性天线通常具有较高的增益。
四、带宽天线的带宽是指天线能够工作的频率范围。
带宽越大，天线在不同频率下的性能就越好。
带宽通常用百分比表示。
五、阻抗匹配天线的阻抗匹配是指天线的输入端阻抗与传输线或无线电设备的输出阻抗之间的匹配程度。
阻抗匹配对于天线和设备之间的信号传输非常重要。
如果阻抗不匹配，就会导致信号反射和损耗。
六、极化方式天线的极化方式是指天线辐射或接收信号时电磁波的振动方向。
常见的极化方式包括垂直极化、水平极化和圆极化。
不同的应用场景需要不同的极化方式。
七、天线类型根据不同的应用需求和工作频率，天线可以分为各种类型，包括定向天线、全向天线、扇形天线、饼状天线、螺旋天线等。
不同类型的天线具有不同的特点和适用范围。
八、天线材料天线的性能和特性与其材料密切相关。
常见的天线材料包括金属、塑料、陶瓷等。
不同的材料具有不同的电磁特性，影响天线的性能。
九、天线设计天线的设计是为了满足特定的应用需求和性能要求。
天线设计需要考虑到天线的形状、尺寸、材料、辐射模式等因素，以达到最佳的性能。
天线的主要参数包括增益、频率范围、方向性、带宽、阻抗匹配、极化方式等。
天线的原理水平方向垂直方向
天线的原理水平方向垂直方向天线是无线通信系统中不可或缺的组成部分，它的作用是将电磁波能量转换为电信号或将电信号转换为电磁波能量。
天线的原理主要涉及水平方向和垂直方向两个方面。
一、水平方向在无线通信中，天线的水平方向主要指的是天线的辐射方向。
在发送信号时，天线会将电信号转换为电磁波能量，然后将其辐射出去。
而在接收信号时，天线则将接收到的电磁波能量转换为电信号。
天线的水平方向辐射特性主要由天线的辐射模式决定。
辐射模式是指天线在水平方向上辐射能量的分布情况。
常见的天线辐射模式有全向辐射、定向辐射和扇形辐射等。
1. 全向辐射天线全向辐射天线是指在水平方向上能够均匀辐射出信号的天线。
它的辐射模式呈现出一个圆形或球形的辐射图案。
全向辐射天线适用于无线通信中的广播和覆盖场景，能够实现信号的全方位覆盖。
2. 定向辐射天线定向辐射天线是指在水平方向上只能辐射出有限的范围内的信号的天线。
它的辐射模式呈现出一个锥形或扇形的辐射图案。
定向辐射天线适用于无线通信中的点对点通信和定向覆盖场景，能够实现信号的集中传输。
3. 扇形辐射天线扇形辐射天线是指在水平方向上辐射出一定范围内的信号的天线。
它的辐射模式呈现出一个扇形的辐射图案。
扇形辐射天线适用于无线通信中的区域覆盖场景，能够实现信号的广播传输。
二、垂直方向天线的垂直方向主要指的是天线的辐射高度。
在无线通信中，天线的辐射高度对信号的传播距离和覆盖范围有着重要影响。
1. 低天线低天线是指辐射高度相对较低的天线。
低天线适用于近距离通信场景，能够实现信号的局部传输。
例如，家庭无线路由器的天线通常辐射高度较低，主要用于家庭内部的无线网络覆盖。
2. 高天线高天线是指辐射高度相对较高的天线。
高天线适用于远距离通信场景，能够实现信号的远程传输。
例如，通信基站的天线通常辐射高度较高，用于实现广域覆盖和长距离传输。
天线的垂直方向辐射特性主要由天线的辐射角度决定。
辐射角度是指天线辐射能量的垂直分布情况。
天线的主要特性
天线的主要特性（一）天线是微波收发信设备的“出入口”，它既要将发信机的微波沿着指定的方向放射出去，同时还要接受对方传来的电磁波并送到微波收信机。
因此，天线性能的好坏将直接影响到整个微波通信系统的正常运行。
这里我们将对天线的性能指标及要求作一介绍。
天线的方向性通常一副天线向各个方向辐射电磁波的能力是不同的，它沿各个方向辐射电磁能量的强弱可用天线的方向系数来表示。
所谓天线的方向系数是指在某点产生相等电场强度的条件下，无方向性天线总辐射功率PF0与定向天线总辐射功率PF的比值，常用“D”来表示，即天线方向性图（3-4）不难想象，定向天线沿各个方向辐射的电场强度是不相同的，因而定向天线的方向系数也将随着观测点的位置不同而有所不同。
其中方向系数最大的地方，即辐射增强的方向，称主射方向。
通常人们用天线的方向图来表示天线对各个方向的方向系数大小，如图所示。
由图可以看出，天线的方向性图像象花朵的叶瓣，各叶瓣称为方向叶。
处于主射方向的方向叶称为主叶，处于主叶反方向位置的方向叶称为后叶，其他方向的方向叶统称为副叶。
显然主叶的宽度越窄，说明天线的方向性也好。
天线方向性的好坏，工程上常采用半功率角和零功率角两个参量来表示。
所谓半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/√2= 0.707时（即功率下降1/2时），两个方向间的夹角，即为“2θ0.5”；所谓零功率角是指偏离主射方向最近的两个零射方向（辐射场强为零的方向）之间的夹角，记为“2θ0”。
半功率角和零功率角越小，表示主叶瓣的宽度越窄，说明天线的方向性越好。
一副方向性良好的天线，除了必须具备上述具有较小的半功率角和零功率角外，还应该包括后叶瓣和副叶瓣尽可能小，以减小可能出现的窜扰。
天线的主要特性（二）天线增益所谓天线增益是指天线将发射功率往某一指定方向发射的能力。
天线增益定义为：取定向天线主射方向上的某一点，在该点场强保持不变的情况下，此时用无方向性天线发射时天线所需的输入功率Pi0，与采用定向天线时所需的输入功率Pi之比称为天线增益，常用“Ｇ”表示。
第1章 天线的基本参数
1立体弧度=1sr=(完整球面立体角)/(4π )
( ) = 1rad2
=
⎛ 180 ⎜⎝ π
⎞2 ⎟⎠
deg2
= 3282.8064平方度
4π 立体弧度=3282.8064 × 4π =41252.96 ≈ 412853平方度=41253 = 完整球面立体角
在球坐标系中，球面的面积元为：
ds = r2 sinθ dθ dφ
1.3 对方向图的要求
对不同的用途，要求天线有不同的方向图。例如，广播电视发射天线、移动 通讯基站天线等，要求在水平面内为全向方向图，而在垂直面内有一定的方向性
8
《天线原理》讲义
邹艳林 郭景丽
以提高天线增益，如图1-9(a)；对微波中继通讯、远程雷达、射电天文、卫星接 收等用途的天线，要求为笔形波束方向图，如图1-9(b)；对搜索雷达、警戒雷达 天线则要求天线方向图为扇形波束，如图1-9(c)等。
（1.5）
单位：分贝
F (θ ,φ ) dB = 20lg F (θ ,φ )
（1.6）
P(θ ,φ ) dB = 10lg P(θ ,φ ) = 10lg F 2 (θ ,φ ) = 20lg F (θ ,φ )
（1.7）
即
F (θ ,φ ) dB = P(θ ,φ ) dB
（1.8）
上式表明，如果采用分贝表示，则功率方向图与场强方向图是一样的。
副瓣电平
图 1-8 正弦函数方向图
指副瓣最大值模值与主瓣最大值模值之比，通常用分贝表示。即
SLLi = 20log
Ei max Emax
(dB)
（1.9）
式中， Ei max 为第 i 个副瓣的场强最大值， Emax 为主瓣最大值。这样，对于各个 副瓣均可求得其副瓣电平值，如图 1-4(b)中的 SLL1 、 SLL2 、 SLL3 和 SLL4 。在 工程实用中，副瓣电平是指所有副瓣中最大的那一个副瓣的电平，记为 SLL 。
电流元辐射、天线的方向性、对称天线辐射(中文)
除了上述线极化特性外，其余四种特性是一切尺 寸有限的天线远区场的共性，即一切有限尺寸的天线 ，其远区场为 TEM 波，是一种辐射场，其场强振幅不 仅与距离成反比，同时也与方向有关。
天线的极化特性和天线的类型有关。
接收天线的极化特性必须与被接收的电磁波的 极化特性一致，称为极化匹配。
远区场中也有电磁能量的交换部分。但是由 于交换部分的场强振幅至少与距离 r2 成反比，而 辐射部分的场强振幅与距离 r 成反比，因此，远区 中交换部分所占的比重很小，近区中辐射部分可以 忽略。
内壁电流
1. 电流元辐射
一段载有均匀同相的时变电流的 导线称为电流元，而且 d << l ， l I l << ， l << r 。
d
均匀同相电流是指导线上各
点电流的振幅相等，且相位相同。
z
,
P(x, y,
r z)
Il O
y
x
电流元周围介质是无限 大的均匀线性且各向同性的理 想介质。
E k 2 E jJ H k2H J
近。区中的电磁场称为近区场，远区中的电磁场 称为远区场。
在电磁场中，物体的几何尺寸无关紧要，重 要的是物体的波长尺寸，即以波长度量的尺寸。
对于近区场。因 r 忽略 k1，r 且令 ，那么
，
e jkr
kr， 2则π 低r 次 1项
1
可以
H
I l sin 4πr 2
Er
j
I l cos 2π r3
第十章 电磁辐射及原理
主要内容 电流元辐射、天线方向性、线天线、 面天线、天线 阵、对偶原理、镜像原理、互易原理、惠更斯原理
1. 电流元辐射 2. 天线方向性 3. 对称天线辐射 4. 天线阵辐射 5. 电流环辐射
天线辐射方向性参数讲解
天线作用:天线辐射和接收高频电磁波；发射时，把高频电流转换为高频电磁波；接收时，把高频电磁波转换为高频电流；影响天线的性能因素有：天线型号，增益，方向图，天线驱动功率，简单或复杂的天线配置，天线极化天线增益：天线增益是相对增益；实用定向天线在最大辐射方向上某点的场强相对于全向性天线或半波振子天线在相同点的辐射功率的比值；增益用dbi和dbd表示，一般认为是同一个增益，dbi比dbd大2.15；如：0dbd=2.15dbi天线辐射方向图：天线辐射的电磁场，在固定的球面距离R上，随角坐标分布的图形，称为方向图；用辐射场强表示的方向图，称为场强方向图；用功率密度表示的方向图，称为功率方向图；用相位表示的方向图，称为相位方向图；天线方向图是空间立体图形，一般较难画出；所以，通常只需画出两个相互垂直面的主平面的方向图，称为平面方向图；在线性天线中，受地面影响较大，都采用垂直面和水平面作为主平面；在面型天线中，则采用E平面和H平面作为两个主平面；归一化方向图取最大值为一，其它方向值和最大值相比，按归一化画成的方向图称为归一化方向图；全向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为圆柱形定向天线的水平波瓣图和垂直波瓣图，其天线外形为板状电波极化无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化；无线电波的电场方向称为电波的极化方向；天线辐射远区电场矢量的空间指向，称为电磁波的极化方向；并且，通常指的是最大辐射方向上的电场矢量方向；电场矢量在空间的取向、在任何时间都保持不变的电磁波，叫线性极化波；电场矢量在空间的取向不固定时，当电场矢量端点描绘的轨迹是圆，称为圆极化；若轨迹时椭圆，称之为椭圆极化波；不论圆极化波或是椭圆极化波，都可由两个相互垂直线性极化波合成；当以地面作参考时，与地面平行的电场叫水平极化波；与地面垂直的电场叫垂直极化波；天线其他参数:1, 电压驻波比（VSWR）：越靠近1越好；2, 前后波瓣比（F/B）：越大越好，隔离度越好；3, 端口隔离度，需大30db：越大越好；4, 回波损耗（RL）：需小于-6db，越大越好；5, 功率容量：越大越好任何实用天线的辐射都具有方向性；即天线远区辐射能量的大小在相同距离的空间各处是不一样的；将天线远区辐射场的振幅与方向间的关系用曲线表现出来，称为天线的辐射方向图；将离开天线一定距离R处的天线远区的辐射场量与角度坐标之间的关系式，称为天线的方向图函数；电流元的远区辐射场量，在相同距离R的球面上，其不同方向上的各点场强是不同的；电流元的辐射方向图，将电流元中心置于坐标原点，向各个方向作射线，并取其长度与场强的大小成正比，即得到一个立体图形，也就是得到电流元的立体方向图，它的形状像汽车轮胎；如下图：天线辐射的立体方向图一般较难画出，通常只画出相互垂直的两个主平面内的方向图，即E面和H面；电流元E面的方向图处于子午面，称为E面方向图；电流元H面方向图处于赤道面，称为H面方向图；如下图：天线的设计，是用来有效的辐射电磁能的一种装置；实际中没有一种天线能在空间中任意方向辐射；即天线的辐射具有一定的方向性；侧视图顶视图E面方向图H 面方向图天线极化：天线的极化：天线远场电矢量的轨迹，或天线辐射远区电场强度方向；是指电场方向和传播方向两者的关系；它表示在最大辐射方向上电场矢量的取向；天线的极化方式与距离没有关系；当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波；由于电波特性，水平极化波传播的信号在贴近地面时就会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能，而使电场信号迅速衰减；垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播；在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式；无线电波的极化，在实际中，由于发射天线的具体放置不同，使电场只有垂直或只有平行于地面方向的分量；前者称为称垂直极化波，我国的广播发射天线是垂直于地面的，故是垂直极化波；后者称为水平极化波，我国电视、调频广播用的是水平极化波，它们的发射天线是平衡于地面的；还有螺旋极化波，有左螺旋极化和右螺旋极化之称。
阐述不同类型天线的电磁辐射扩散特点
阐述不同类型天线的电磁辐射扩散特点电磁辐射是指电磁波在空间中传播所产生的能量传输。
在现代社会中，我们随时随地都会接触到电磁辐射，比如我们使用的手机、电视、无线网络等设备都会产生电磁辐射。
而这些设备中的关键部件之一就是天线，它负责将电磁波的能量转换为无线信号进行传输。
不同类型的天线由于结构和工作原理的不同，其电磁辐射扩散特点也有所区别。
本文将针对不同类型的天线，阐述它们的电磁辐射扩散特点。
一、天线的辐射机制在阐述不同类型天线的电磁辐射扩散特点之前，我们首先来了解一下天线的辐射机制。
天线的辐射主要依赖于电磁波与天线之间的能量交互作用，这一过程可以通过以下几个方面来进行解释。
1. 辐射模式：天线的辐射模式是指天线发射和接收电磁波的空间分布特性。
不同类型的天线具有不同的辐射模式，这决定了天线在空间中所产生的电磁辐射的分布特点。
2. 极化方式：天线的极化方式是指电磁波的电场矢量在空间中的方向。
根据电磁波的传播方向和电场的振动方向，可以将极化方式分为垂直极化和水平极化两种。
3. 阻抗匹配：天线的工作频率和输入阻抗之间的匹配程度对天线的辐射效率具有重要影响。
当天线和传输介质的阻抗匹配较好时，能量传输更高效，从而减少了电磁辐射的损失。
以上是天线的辐射机制的基本概念和要素，接下来我们将具体介绍几种常见的天线类型及其电磁辐射扩散特点。
二、定向天线的电磁辐射特点定向天线是一种主要用于指定方向上的信号收发的天线。
相比于其他类型的天线，定向天线具有更强的指向性和更高的增益。
这意味着定向天线可以将辐射能量更集中地传输到指定的方向，并且在传输距离较远时依然能保持较高的信号强度。
定向天线的电磁辐射主要呈现以下特点：1. 窄波束：定向天线的辐射范围相对较窄，主要集中在其指向的方向上。
这使得定向天线在特定应用场景中能够提供更高的信号增益和更远的传输距离。
2. 辐射强度高：由于定向天线将能量更集中地辐射到指定方向上，相对于其他类型的天线，定向天线的辐射强度更高。
天线辐射方向图
天线辐射方向图
天线辐射方向图（也称为天线方向图）是描述天线辐射能量随方向的分布情况的图形。
它通常以极坐标形式表示，其中天线的辐射强度在不同方向上的相对大小用不同的角度和射频功率的相对大小用不同的半径表示。
天线方向图是天线设计和评估性能的重要工具。
它可以通过测量或模拟来获得，以帮助理解天线的辐射特性，如辐射方向、辐射增益、辐射功率等。
天线方向图可以用于确定天线的主瓣宽度、辐射方向和辐射功率分布等参数，也可以用于优化天线设计，如改善天线方向性、提高辐射增益等。
在天线方向图中，主瓣表示天线辐射能量最强的方向，通常是指天线辐射能量达到最大值的方向。
副瓣表示天线在主瓣以外的其他方向上的辐射能量。
天线方向图还可以显示天线的波束宽度和旁瓣级别等信息。
根据天线的结构和工作原理的不同，天线方向图可以呈现出不同的形状和特性。
常见的天线方向图包括全向辐射天线（方向图呈球面对称）、定向辐射天线（主瓣较窄）、扇形辐射天线（主瓣较宽）等。
总之，天线辐射方向图是描述天线辐射能量在不同方向上的分布情况的图形，它对于天线设计和性能评估都具有重要的意义。
实验八、天线辐射的方向特性
实验⼋、天线辐射的⽅向特性实验报告26系 06级姓名：王海亮 NO：PB06013232 得分：实验题⽬：天线辐射的⽅向特性实验⽬的：1、理解天线辐射的相关原理知识，对天线的⽅向图及其相关参数有⼀定的认识。
2、测定右⼿螺旋天线的⽅向特性。
实验仪器：①旋转天线盘；②喇叭形天线；③微波吸收器；④右⼿螺旋天线；⑤计算机及测试软件。
实验原理:天线辐射的⽅向性可由电磁波的接收敏感度来验证。
实验中接受天线的基座由电机驱动，在绕轴线转动的同时接受由喇叭形天线发射的电磁波，计算机可以记录下在不同转⾓时测定的信号，并在极坐标中绘出相应图形。
任何实⽤天线的辐射都具有⽅向性，通常将天线远区辐射场的振幅与⽅向间的关系⽤曲线表⽰出来，这种曲线图被称之为天线的辐射⽅向图；⽽将离开天线⼀定距离R 处的天线远区的辐射场量与⾓度坐标间的关系式称为天线的⽅向图函数，记为|F(θ,φ)|。
电流元的远区辐射场量在相同距离R的球⾯上不同⽅向的各点，场强是不同的，它与|sinθ|成正⽐，因此，电流元的⽅向图函数，记为|F(θ, φ)| =| F(θ)| = |sinθ|。
为了画出电流元的辐射⽅向图，将电流元中⼼置于坐标原点，向各个⽅向作射线，并取其长度与场强的⼤⼩成正⽐，即得到⼀个⽴体图形，也就是得到电流元的⽴体⽅向图，它的形状像汽车轮胎。
如图1（a）所⽰。
天线的⽴体⽅向图⼀般较难画出，通常只画出相互垂直的两个平⾯内的⽅向图，即E⾯和H⾯⽅向图。
电流元E⾯的⽅向图处于⼦午⾯，即电场分量Eθ所处的平⾯内的⽅向图，故称为E⾯⽅向图，H⾯⽅向图处于⾚道⾯内，即与磁场分量Hφ平⾏的平⾯内的⽅向图，故称为H⾯⽅向图。
(a) ⽴体⽅向图； (b) E⾯⽅向图； (c) H ⾯⽅向图图1 电流元的⽅向图⼆维平⾯⽅向图可以在极坐标系中绘制，也可以在直⾓坐标系中绘制，但在极坐标系中绘制的⽅向图较为直观，因此较为常⽤。
在极坐标系中绘制的电流元的E⾯和H⾯⽅向图如图1(b)T和（c）所⽰。
天线下倾知识点总结
天线下倾知识点总结一、天线下倾的原理通常情况下，无线通信天线的安装高度都会比较高，这样可以最大化地覆盖辐射范围，提高信号传输距离。
然而，在一些特定的场景中，比如密集城区、高层建筑群或山区等，高天线安装会导致信号覆盖不均匀或者出现盲区，影响用户的通信体验。
此时就需要采用天线下倾技术，将天线向下倾斜一定角度，以改善信号覆盖和增加信号容量。
天线下倾的原理主要是通过改变天线主波束的方向来调整覆盖范围，将信号更多地覆盖到地面，减少对天空中无穷无尽的空间资源的占用。
通过对信号功率和方向的调整，可以实现更精确的覆盖和更均匀的信号分布，满足不同场景下的通信需求。
二、天线下倾的优势1. 提高覆盖均匀性：天线下倾可以使信号更多地覆盖到地面，减少对天空资源的占用，从而提高覆盖的均匀性，减少盲区的出现，提升通信质量。
2. 增加覆盖容量：下倾天线可以将信号更多地覆盖到低空区域，满足密集城区、高层建筑区或山区等特殊场景的通信需求，提高网络容量和频谱利用率。
3. 降低干扰和阻塞：通过调整天线主波束的方向，可以降低不同小区之间的信号干扰和阻塞，提高网络的整体性能。
4. 优化用户体验：通过提高覆盖均匀性和增加覆盖容量，可以提升用户通信体验，减少掉话率和数据传输速率的波动。
5. 节省建设成本：下倾天线可以减少需求的基站数量，提高基站的覆盖半径，从而降低网络建设成本和维护成本。
三、天线下倾的应用场景1. 城市密集区域：在城市密集区域，建筑物密集、人口集中，高层建筑遮挡等会导致信号覆盖不均匀和盲区的出现，此时采用天线下倾可以有效改善信号覆盖和容量，提高用户通信体验。
2. 山区和丘陵地带：山区和丘陵地带地势较高，常规的天线安装会导致信号向上覆盖过多，形成信号覆盖不均匀或者盲区，采用天线下倾可以将信号更多地覆盖到地面，优化信号分布。
3. 室内覆盖：在大型商场、地铁站、机场等室内场景中，由于建筑物遮挡和多径干扰等因素，常规的室外天线覆盖范围有限，采用天线下倾可以实现更好的室内覆盖效果。
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天线辐射的方向特性一实验目的1、理解天线辐射的相关原理知识，对天线的方向图及其相关参数有一定的认识。
2、测定右手螺旋天线的方向特性。
二实验仪器①旋转天线盘；②喇叭形天线；③微波吸收器；④右手螺旋天线；⑤波导式天线；⑥计算机及测试软件。
三实验原理辐射方向图：任何实用天线的辐射都具有方向性，通常将天线远区辐射场的振幅与方向间的关系用曲线表示出来，这种曲线图被称之为天线的辐射方向图；方向图函数：将离开天线一定距离R 处的天线远区的辐射场量与角度坐标间的关系式称为天线的方向图函数，记为|F(θ,φ)|。
电流元的远区辐射场量在相同距离R的球面上不同方向的各点，场强是不同的，它与|sinθ|成正比，因此，电流元的方向图函数，记为|F(θ, φ)| =| F(θ)| = |sinθ|。
为了画出电流元的辐射方向图，将电流元中心置于坐标原点，向各个方向作射线，并取其长度与场强的大小成正比，即得到一个立体图形，也就是得到电流元的立体方向图，它的形状像汽车轮胎。
如图1（a）所示。
天线的立体方向图一般较难画出，通常只画出相互垂直的两个平面内的方向图，即E面和H面方向图。
电流元E面的方向图处于子午面，即电场分量Eθ所处的平面内的方向图，故称为E面方向图，H面方向图处于赤道面内，即与磁场分量Hφ平行的平面内的方向图，故称为H面方向图。
(a) 立体方向图；(b) E面方向图；(c) H 面方向图图1 电流元的方向图二维平面方向图可以在极坐标系中绘制，也可以在直角坐标系中绘制，但在极坐标系中绘制的方向图较为直观，因此较为常用。
在极坐标系中绘制的电流元的E面和H面方向图如图1(b)T和（c）所示。
显然，E面方向图关于电流元的轴线呈轴对称分布，在θ=90˚方向出现最大值“1”，其他方向上按矢径作出，而在轴线（θ=0˚和θ=90˚）上其值为零。
在H面（θ=90˚）上，各方向场强均相同，故其方向图是一个单位圆，这样，将E面方向图绕电流元的轴线旋转一周，即可得到电流元的立体方向图。
而天线设计是用来有效辐射电磁能的一种装置，实际中没有一种天线能在空间中任何方向辐射，故研究其辐射的方向性可以更好的了解天线特性。
四天线的方向图及其有关参数：归一化方向图函数：任何实用天线的远区辐射场都是随空间的位置而变化的，因此在球坐标系中（见图2所示）天线至场点距离r处的远区辐射场量只是角度θ，φ的函数，这个函数就是方向图函数F (θ, φ ) ，通常将方向图函数关于最大值F max(θ,φ)进行归一化的函数称为归一化方向图函数，记为F(θ, φ) /F max(θ, φ)。
归一化的方向图：按归一化方向图函数绘制的方向图称为天线的归一化方向图。
显然，图3中示出的电流元E面和H面方向图也是归一化的方向图（因为其最大辐射方向上的最大值为1）。
图2电流元的电磁场图3 天线方向图的波瓣1）主瓣宽度当天线的E面和H面方向图具有如图3所示的多瓣形状时，通常将天线最大辐射方向所在的波瓣称为主瓣，其余瓣称为副瓣（或旁瓣）及后瓣（或尾瓣），在主瓣两侧分别取辐射功率（场强）等于最大值方向的辐射功率的1/2（场强的1）处的两点，2这两点间的夹角称为主瓣半功率点张角，记为(2θ0.5)E，H或(2θ－)E，H，或称半功率波束宽度(或称为主瓣宽度)。
从极坐标的坐3dB标原点向主瓣的两侧引射线，这两根射线间的夹角称主瓣零点宽度，记为2θ0。
2）副瓣电平实际天线的方向图往往不止一个副瓣，而是有若干个副瓣。
紧靠主瓣的副瓣称为第一副瓣，依次称为第二，三，…副瓣。
为估计天线副瓣的强弱，通常用副瓣电平来表示，定义为任一副瓣的最大值与主瓣最大值之比，并以dB作单位，由于最靠近主瓣的的第一副瓣其电平最高，因此通常对天线的第一副瓣电平提出要求。
天线副瓣的辐射，无论对通信还是雷达来说都是有害的，它直接影响天线的优劣程度。
３）前后比天线的前后比是指天线最大辐射方向（前向）电平与其相反方向（反向）电平之比，通常也用作单位。
天线的前后比反映了天线的前、后向隔离程度或抗干扰能力。
天线的前后比应尽可能高些。
４）方向性系数由于上述与方向图有关的参数只能表示同一天线在空间各个不同方向辐射能量的相对大小，但却不能反映天线在全空间中辐射能量的集中程度。
为了定量衡量天线的方向性，下面引入天线方向性系数这一重要参数。
天线的方向性系数定义为：天线在远场区最大辐射方向上某点的平均辐射功率密度 (S max )av 与平均辐射功率相同的无方向性天线（各向同性天线）在同一点的平均辐射功率密度(S 0)av 之比，记为 D ，即()()相同相同，R P ，R P avavr r E E S S D ||22max 202max ==式中： ()()Ω===πηηη12022002002max max ；E S ；E S av av对无方向性天线，因()204R P S rav π=，故上式为： rP R E D 6022max =，所以：RD P Er 60m ax=由此可见，在平均辐射功率相同情况下，有方向性天线在最大辐射方向上的场强是无方向性天线的场强的D倍。
即最大辐射方向上的平均辐射功率增大到D 倍。
这表明天线在其他方向辐射的部分功率加强到其最大辐射方向上，且主瓣越窄，加强到最大辐射方向上的功率就越多，则方向性系数也越大。
若已知天线的归一化方向图函数为| F (θ, φ )|，则天线在空间任意方向上远区的电场强度的模及平均辐射功率密度分别为：),(),(max ϕθϕθF E E =；πϕθηϕθϕθ240),(2),(),(22max2F E E S av ==于是，天线的平均辐射功率为:θθϕθπϕθπd F R E dS S P Sav r sin ),(240),(222max ⎰⎰==即得方向性系数的计算式⎰⎰=ππϕθθϕθπ202sin ),(4d d F D若 F(θ, φ) =F(θ) ，即方向图与φ无关，则 ⎰=πθθθπ2sin )(4d F D五 实验步骤1、按讲义上的典型天线测量台的图示布置好喇叭形天线、微波吸收器、连接导线和旋转天线盘。
测试用天线为右手螺旋天线，安装在天线盘上后，要与发射用的喇叭天线同等高度且轴线对齐，吸收材料要尽可能靠近天线盘且不留空隙，余下的应覆盖电缆以减少桌面的反射。
图4典型的天线测量台2、将天线盘专用变压器插入插座，盘上的指示灯会亮，且天线盘将自动搜寻到起始位置，此时已由天线盘向振荡器供电，喇叭形天线已开始发射高频波。
3、开启计算机，启动桌面上的CASSY LAB 测试软件，点击显示为红色的COM1，在对话框中确定SETTINGS ROTATING ANTENNAPLATFORM，并激活“GUNN MODULATION”后点击确定。
4、按下程序顶部的“小钟”（START/STOP MEASUREMENT），启动测量系统，计算机将自动绘出该天线的方向特性图，测量完毕后，可用“设置旋转天线盘”对话框中的“Normal level”对图形进行归一化（该对话框可右激检测量按钮得到）。
５、实验完毕后，关闭软件，拔下天线盘用变压器。
图5实验示意图六实验结果处理1、在A、θ的极坐标图中，测量并记录下天线辐射方向图的主瓣宽度（图形归一化后，在最大值两侧，数值为0.707的两点的夹角）、副瓣电平、前后比或方向性系数。
2、用记录实测数据用ORIGIN绘制出方向图如下：图一306090120150180210240270300330天线辐射方向图的主瓣宽度：上侧：0.70987 161下侧：0.6982 -172主瓣宽度：（180-172+180-161）＝27第一副瓣电平：上侧：0.38043 下侧：0.40347第一副瓣电平：（0.38043／１）＝0.38043 上侧（0.40347／１）＝0.40347 下侧 前后比：天线最大辐射方向（前向）电平：1 相反方向（反向）电平： 0.33434 所以前后比：（1／ 0.33434）＝2.99096 方向性系数：根据实验原理（４）方向性系数部分的推导可知：⎰=πθθθπ2sin )(4d F D ⎰=πθπθ3sin 4d ππ33/44==图二306090120150180210240270300330天线辐射方向图的主瓣宽度上侧： 1770.71288下侧：-147 0.70792 主瓣宽度：180-177+180-147=36第一副瓣电平：0.773413536 上侧 0.741350389 下侧 前后比：天线最大辐射方向（前向）电平：1相反方向（反向）电平：0.144916065 所以前后比：1/0.144916065=6.90055 方向性系数：根据实验原理（４）方向性系数部分的推导可知：⎰=πθθθπ2sin )(4d F D ⎰=πθπθ3sin 4d ππ33/44==七 注意事项：1、该实验为高频波，一旦天线盘专用变压器插入插座，不要直视发射用的喇叭口。
2、旋转天线盘开启后可自动旋转，除被测天线外，盘上不可放置其他物品。
不要人为阻碍天线盘的自由转动。
旋转天线盘上的绿灯亮表示此时可用手去转动该盘；附近的红灯代表天线盘自转的方向（顺时针还是逆时针）。
3、喇叭形天线在发射时不可直视其喇叭口。
4、更换设备时，一定要先关闭天线盘电源。