第3章 行波天线
天线基础知识(全)PPT课件
• 1957年美国研制成第一部靶场精密跟踪雷达AN/FPS-16，随后各 种单脉冲天线相继出现，同时频率扫描天线也付诸应用。
• 在50年代，宽频带天线的研究有所突破，产生了非频变天线理 论，出现了等角螺旋天线、对数周期天线等宽频带或超宽频带 天线。
天线的方向性
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Dept.PEE Hefei Normal
天线的方向性
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Dept.PEE Hefei Normal
天线的方向性
D=0.32 λ, S=0.25 λ, N=10
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Dept.PEE Hefei Normal
无线电电磁频谱
3Hz 30Hz 300Hz 3kHz 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz 3THz 30THz 300THz
主 编：John D. Kraus
出版社：the McGraw-Hill Companies 出版时间：2002
《天线》
编著：[美]John D.Kraus Ronald J. Marhefka
出版社：电子工业出版社 2004年4月 第一版
《Radio Propagation for Modern Wireless Systems》
线电波来传递信号的，而无线电波的发射和接收都通过天线来完成。 因此天线设备是无线电系统中重要的组成部分。图1.和图2.指出了 天线设备在两种典型的无线电系统中的地位。
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天线功能
关于行波天线课程设计
所谓行波天线就是指天线上的电流按行波分布的天线。
行波天线可在导线末端接匹配负载，使天线上电流避免反射而以行波分布，频率变化时，输入阻抗近似不变，方向图随频率的变化也较缓慢，行波天线是宽频带天线，但是有匹配负载所以工作效率低。
二．【关键词】：行波单导线，菱形天线，螺旋天线三．【主要内容】：1.行波单导线的特点及优缺点（1）.行波单导线是指天线上电流按行波分布的单导线天线。
设长度为L 的导线沿Z轴放置，如下图1-1所示，导线上电流按行波分布，即天线沿个点电流振幅相等，相位连续滞后，其馈电点置于左边原点。
设输入端电流为I0，忽略沿线电流的衰减，则线上电流分布为：I（z‘）= I0e-jkz‘（2）.行波单导线的特点：ⅰ.沿导线轴线方向没有辐射。
ⅱ.导线长度越长，最大辐射方向越靠近轴线方向，同时主瓣越窄，副瓣越大且副瓣数增多。
ⅲ.当L/λ很大，主瓣方向随L/λ变化趋缓，即天线的方向性具有宽频特性。
最大辐射角：θm=arccos（1-λ/2L）行波单导线的方向系数为：D≈10㏒10L/λ+5.97-10㏒10（㏒10L/λ+0.915）dB 2.菱形天线(1).菱形天线的结构和工作原理为了增加行波单导线的增益,可以利用排阵地方法。
用4根行波单导线菱形天线水平地悬挂在四根支柱上，从菱形天线的一只锐角端馈电，另一只锐角端接一个与菱形天线特性阻抗相等的匹配负载，使导线上形成行波电流。
菱形天线可以看成是将一段匹配传输线从中间拉开，由于两线之间的距离大于波长，因而产生辐射。
菱形天线的最大辐射方向位于通过两锐角顶点的垂直平面内，指向终端负载方向，具有单向辐射特性。
参考图3-2-2（a）所示，在长对角线方向，1、2两根行波导线合成电场矢量的总相位差应该由下列三部分组成：Δψ=Δψr+Δψi+ΔψE 其中，Δψr为射线行程差所引起的相位差，射线行程从各边的始端算起，Δψr=kLcosθ；Δψi为电流相位不同引起的相位差，线上个对应点电流滞后kL，即Δψi=-kL；ΔψE为电场的极化方向所引起的相位差，由图可直观看出ΔψE6 =π，将这些关系带入公式Δψ中，可以得出总相位差Δψ=kLcosθ0-kL+π=kL（1-λ/2L）-kL+π=0即长对角线方向上导线1、2的合成场相叠加。
第3章 天线基本原理与技术
第三章 加载天线
第一部分
常见的加载天线
20:31
电子科技大学电子工程学院
近代天线理论
第三章 加载天线
天线加载： 顾名思义就是对天线加一种负载。天线加载可以改变天线 上电流分布，使得天线的输入阻抗能按照一种规律分布。 通过天线加载可以缩短天线的尺寸，改变天线的输入带宽 ，这也是天线小型化必不可少的一种方法。 常见的天线加载方式有： 1.顶部加载：这样的加载时可以在顶部加个盘子或者几根线 。这类代表天线是T型或者倒V型。 2.介质加载：它是通过在天线周围加入一种介质来相对缩短 天线长度，缩短长度的效果与介质的相对介电常数及相对 磁导率有关。 3.分布加载：对天线按一定位置函数加载，输入阻抗也会呈 一定规律变化。 4.集总加载：在天线上一个或几个位置加入集总参数元件， 包括电感电容，通过这样的方式来改变天线上电流分布。
第三章 加载天线
集总加载
Loop 1
Loop 2
Loop 3
balun 1 balun 2
CMRR:-14.8 dB
20:31
CMRR:-27.5 dB
CMRR:-36.8 dB
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近代天线理论
第三章 加载天线
Current Distribution (Loop 1)
20:31
近代天线理论
第三章 加载天线
理论推导-短电偶极子
引入电赫兹矢量表示电磁场：
e A t 2 E e e H ( jw ) e 式中：
2 w2 jw
20 20:31
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第三章 加载天线
第三部分
探地雷达
第3章 行波天线.
方向函数为:
kl sin[ (1 cos )] 2 F ( ) sin kl (1 cos ) 2
驻波 行波
T(b1) ＋T/4时刻轴向辐射 场只有Ex 分量。
第 3章
行波天线
总结：
螺旋天线上的电流是行波电流，是圆极化波。 按右手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收右 旋圆极化波； 按左手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收左
旋圆极化波。
若用螺旋天线作抛物面天线的初级馈源，如果抛物面天线接 收右旋圆极化波，则反射后右旋变成左旋，因此螺旋天线
4、在电视中为了克服杂乱反射所产生的重影，也可采用圆极化 天线，因为它只能接收旋向相同的直射波，抑制了反射波传 来的重影信号。
第 3章
行波天线
圆极化波的重要性质
（ 1 ）圆极化波是一等幅旋转场，它可分解为两正交等幅、
相位相差90°的线极化波； （ 2 ）辐射左旋圆极化波的天线，只能接收左旋圆极化波， （ 3 ）当圆极化波入射到一个平面上或球面上时，其反射波 旋向相反，即右旋波变为左旋波，左旋波变为右旋波。
（1）沿轴线方向有最大辐射； （2）辐射场是圆极化波； （3）天线导线上的电流按行波分布； （4）输入阻抗近似为纯电阻； (5
螺旋天线是一种最常用的典型的圆极化天线(Circular
Polarized Antenna)。
第 3章
行波天线
一、
圆极化波的应用
使用一副圆极化天线可以接收任意取向的线极化波。 1、通信的一方或双方处于方向、位置不定的状态，为了提高通 信的可靠性，收发天线之一应采用圆极化天线。 2、在人造卫星和弹道导弹的空间遥测系统中，信号穿过电离层 传播后，产生极化畸变，这也要求地面上安装圆极化天线作 发射或接收天线。 3、为了干扰和侦察对方的通信或雷达目标，需要应用圆极化天 线。
微波技术与天线思考题1
微波技术基础思考题1、微波是一般指频率从300M至3000G Hz范围内的电磁波，其相应的波长从1m至0.1mm。
从电子学和物理学的观点看，微波有似光性、似声性、穿透性、非电离性、信息性等重要特点。
2、导行波的模式，简称导模，是指能够沿导行系统独立存在的场型，其特点是：（1）在导行系统横截面上的电磁波呈驻波分布，且是完全确定的。
这一分布与频率无关，并与横截面在导行系统上的位置无关；（2）导模是离散的，具有离散谱；当工作频率一定时，每个导模具有唯一的传播常数；（3）导模之间相互正交，彼此独立，互不耦合；（4）具有截止特性，截止条件和截止波长因导行系统和因模式而异。
3、广义地讲，凡是能够导引电磁波沿一定的方向传播的导体、介质或由它们组成的导波系统，都可以称为传输线。
若按传输线所导引的电磁波波形（或称模、场结构、场分布），可分为三种类型：（1）TEM波传输线，如平行双导线、同轴线、带状线和微带线，他们都是双导线传输系统；（2）TE波和TM波传输线，如矩形、圆形、脊形和椭圆形波导等，他们是由金属管构成的，属于单导体传输系统；（3）表面波传输系统，如介质波导（光波导）、介质镜象线等，电磁波聚集在传输线内部及其表面附近沿轴线方向传播，一般是TE或TM波的叠加。
对传输线的基本要求是：工作频带宽、功率容量大、工作稳定性好、损耗小、易耦合、尺寸小和成本低。
一般地，在米波或分米波段，可采用双导线或同轴线；在厘米波段可采用空心金属波导管及带状线和微带线等；在毫米波段采用空心金属波导管、介质波导、介质镜像线和微带线；在光频波段采用光波导（光纤）。
以上划分主要是从减少损耗和结构工艺等方面考虑。
传输线理论主要包括两方面的内容：一是研究所传输波形的电磁波在传输线横截面内电场和磁场的分布规律（也称场结构、模、波型），称横向问题；二是研究电磁波沿传输线轴向的传播特性和场的分布规律，称为纵向问题。
横向问题要通过求解电磁场的边值问题来解决；各类传输线的纵向问题却有很多共同之处。
行波线天线
• 为使天线两臂上的电流按行波分布，形成单向辐射特性，必须消除
V形端口处的反射，可以在端口处接一电阻RL，其阻值等于V形传输 线的特性阻抗，该端接电阻也可一分为二，各自与地连接。 • 当V形张角 m 时，两臂方向图在V形角分线方向上叠加，构成 V形天线方向图的主瓣。但是理论计算表明，当 0.8 m 时，可获 得理想的V形行波天线的方向图。 • V形天线的副瓣来源于两臂产生的方向图中不参与叠加的另半个主 波束。而天线所在平面以外，两臂方向图的叠加使得 V形天线的方 向图较为复杂。
• 考虑了地面的影响的行波天线称为Beverage天线或B天线。 • 高度h远小于波长，天线长度通常在2~10λ之间。 • 可以把B天线及其在有耗地面中的镜像看做不平衡传输线，不平衡传输线可以 •
辐射。 由于地面的巨大耗散和辐射损耗，电流表现出明显的衰落，电流分布可近似如 下：
I t I me e
z jz
• B天线通常用于LF和HF频段。美国和伦敦之间早期跨大西洋无线电话通信时，
首次在长岛上使用B天线，频率为50KHz~60KHz。
仿真截图
THANKS
• V形斜天线：仅有一根支杆和两根载有行波电流的导线组成，架设
很简单，因而适用于移动的台站中。
馈线 Rl Rl
电台
Rl
• 倒V形天线：它相当于将水平的行波单导线从中部撑起。当与水平
天线架设在一起时，它们之间的影响很小。缺点是效率低，占地面 积大。
菱形天线
• 可以看成是由两个V形天线在开口端相连而成，其工作原理与V形天线相似，
高个支线长度是 L
0.371 sin 2
• 为了进一步改善菱形天线的方向性，可以将两副双菱天线并联同相馈电，它的
行波原理的应用
行波原理的应用1. 简介行波原理是电磁波传播的基本原理之一，它在通信、雷达、天线等领域有着广泛的应用。
本文将介绍行波原理的基本概念以及其在不同领域的应用。
2. 行波原理的概念行波是指电磁波在传播过程中，电场和磁场的幅度沿着传播方向不断变化，而不是保持恒定。
行波的传播速度等于电磁波的传播速度，可以很好地描述电磁波在空间中传播的特性。
3. 行波原理的应用场景3.1 通信领域在通信领域，行波原理被广泛应用于高频电路和射频电路设计中。
通过利用行波的特性，可以实现信号的传输和放大。
例如，行波管是一种常见的高频放大器，其工作原理就是利用行波原理沿着管内传播的高频电磁波来放大信号。
3.2 雷达系统雷达系统使用行波原理来实现目标的检测和测距。
当雷达发射一束行波，当波遇到目标时会被目标散射回来，通过接收器接收到的信号分析，可以得到目标的距离、方向和速度等信息。
3.3 天线技术天线是电磁波的发射器和接收器，行波原理被广泛应用于天线的设计和优化中。
通过利用行波的特性，可以实现天线的辐射和接收效率的提高。
例如，行波天线是一种常见的宽带天线，其特点是具有宽频带和高增益。
4. 行波原理的优势4.1 带宽优势行波原理可以实现宽带信号的传输和处理，相比传统的窄带传输方式，行波原理具有更高的数据传输速率和更广的信号带宽。
4.2 抗干扰能力由于行波的特性，它对多径传播、多路径衰落等干扰具有较好的抵抗能力，可以提供更稳定的信号传输质量。
4.3 波束指向性利用行波原理，可以实现波束指向性的天线设计。
波束指向性天线可以将信号集中在特定的方向上，提高信号传输的效率和可靠性。
5. 总结行波原理作为电磁波传播的基本原理之一，在通信、雷达、天线等领域有着广泛的应用。
通过利用行波的特性，可以实现宽带信号的传输和处理，提高信号传输的质量和效率。
同时，行波原理还具有抗干扰能力和波束指向性的优势，可以满足不同场景下的需求。
行波原理的应用将进一步推动通信技术和雷达系统的发展。
第三章卫星通信系统3-4
C C C C 或 k n0 kT T n0
3.4.2.3 卫星通信线路载波功率与噪声功率比
即
C C C 10lg B 10lg(kB) N n0 T
C GRS n EIRPE LU 10lg k T 0 U s GRS C [ EIRP]E LU T T U s
为Lr dB, 则接收机输入端的载波接收功率［C］dBW可以表示为： ［C］=［EIRP］+［GR］-［La］-［LP］-［Lr］ =［Po］-［LFT］+［GT］+［GR］-［La］-［LP］-［Lr］-［LFR］
3.4.2.1 卫星通信线路载波功率的计算
【例 3.1】已知IS-Ⅳ号卫星作点波束 1872 路运用时， 其有效全向辐射 功率［EIRP］S= 34.2 dBW, 接收天线增益GRS=16.7 dB。又知某地球站有效 全向辐射功率［EIRP］E=98.6dBW, 接收天线增益GRE=60.0dB, 接收馈线损 耗LFRE=0.05dB。试计算卫星接收机输入端的载波接收功率 CS和地球站接收 机输入端的载波接收功率CE。
(3.12)
将式(3.12)代入式(3.9)可得
(3.13) (3.14)
由式(3.9)、 式(3.13)和式(3.14)可以看出，GRS/TS值的大小直接关系到卫星 接收性能的好坏，故把它称为卫星接收机性能指数， 也称为卫星接收机的 品质因数，通常简写为G/T。G/T值越大， C/N越大，接收性能越好。
收机带宽。
3.4.2.3 卫星通信线路载波功率与噪声功率比
如果将LFRS计入GRS之内，则称之为有效天线增益；将La计入LU之内，
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
第3章行波天线
缺点: (1)结构庞大，场地大。适用于大型固 定电台作远距离通信用。 (2)副瓣多，副瓣电平较高。 (3)由于终端有负载电阻吸收能量，故 天线效率为50－80％左右。
4.其它形式的菱形天线
d
～
接终端负载
双菱天线
主菱形 回授菱形
终端吸收铁线 回授线 回授线长度调节器
回授式菱形天线
3.1.3 行波V形天线
1.菱形天线的构成
l 2φ h
接 特 性 阻抗
接馈线
λ ⎞ ⎛ θm1 = cos ⎜1 − ⎟ ⎝ 2L ⎠
−1
1 2θ0 4 3 θm1 2
负 载
菱形天线的辐射
I1dL1
～
θ
dEθ1 dEθ2
I4=－I1
长轴辐射场的相位差决定于三个因素： 1.电流方向相反产生相位差π； 2.极化方向相反(电场方向相反) 产生的相位差π ； 3.路程差为0
馈 线 Rl V形斜天线
Rl
电台
Rl
倒V形天线（又称为Λ天线）
3.1.4 低架行波天线
工作方向 l
终端电阻
电台
架设方便、隐蔽
E⊥ dI dx l dε2 “2” dε1 dx “1” xcosϕ ϕ x x=0 E11 x
E11
E⊥
ϕ=0o x
低架行波天线接收过程
o φ=90
o φ=90 o φ=0 180o
H＝ l
λ
4 sin Δ 0 1 2 (1 − sin φ 0 cos Δ 0 )
0
λ
=
φ 0 = 90 − Δ 0
菱形天线的优点: (1)菱形天线可以在2:1或3:1频率范围内使用， 频带宽。 (2)结构简单，架设经济，维护方便。 (3)方向性较强,适合于短波远距离定点通信。 (4)天线上驻波成分很小，因此不会发生电压 或电流过大的问题，可应用于较大的功率。
3-2行波天线与宽频天线
而在其它方向上，天线各边辐射场不同相，叠 加后形成多个副瓣，且副瓣电平较大，这是菱 形天线的主要缺点。
2 )方向函数
实际应用中，常将菱形天线水平地架设在地面上， 地面对天线性能的影响可用其镜像等效。由于是负 镜像，菱形天线与其镜像构成等幅反相二元阵，因 而沿地面方向为零辐射。
kl 2
1
c
os
kl 1 cos
2
长导线天线方向图随长度的变化
行波长导线天线方向图（l 5 )
方向图特点：
1)沿轴线方向没有辐射； 2)随l增长，最大辐射方向逐渐靠近轴线，同
时主瓣变窄，副瓣增大、数目增多； 3) 当l 很大时，主瓣方向随 l 的变化很小，方
向性具有宽频带特性。
1)最大辐射角与零点位置
臂最大辐射张角相等，即：
0
m
Байду номын сангаас
cos1 1
2l
也就是四根行波单导线各有一个最大辐射方向指向长对角线方向。
菱形天线的辐射场为四根行波导线辐射场的矢量和。在长对角线方 向，菱形天线1、2两根行波导线合成电场矢量的总相位差为：
r i e
其中r为两导线上对应电流源到观察点波程差引起的相位差； 为i 对 应电流源的相位差； 为电e 场极化方向引起的相位差。
I z ' I0e jkz'
远区辐射场为：
E
j 60I0 r
sin
e e dz l jkz' jk rz' cos '
0
j
klI0e jkr
j kl1cos
天线习题——精选推荐
天线习题2.4.3 半波折合振⼦1、为什么使⽤半波折合振⼦？2、半波折合振⼦的⼯作原理。
2.4.4 平衡器1、平⾏双线是传输线，同轴线是传输线，对称振⼦天线时天线。
A、平衡B不平衡2、使⽤不平衡传输线对平衡天线进⾏馈电时，需要使⽤什么器件？为什么？3、常见的平衡器有哪⼏种？4、λ/4扼流套的⼯作原理。
5、附加平衡段平衡器的⼯作原理。
6、U形管平衡器的⼯作原理。
3 ⾏波天线1、什么是⾏波天线，什么是驻波天线。
2、与驻波天线相⽐，⾏波天线的优缺点。
3.1.1 ⾏波单导线1、什么是⾏波单导线，它与鞭状天线的主要差别。
2、⾏波单导线的⽅向性有何特点？3、⾏波单导线的阻抗特性有何特点？3.1.2 菱形天线1、菱形天线由根⾏波单导线构成，每根⾏波单导线由根导线构成。
馈电点在，终端匹配负载在。
2、为什么构成菱形天线的导线要在钝⾓处拉开？3、设计菱形天线时如何选择菱形锐⾓2θ0？4、简述菱形天线在⽔平⾯和垂直⾯的⽅向性。
5、为什么说垂直⾯的⽅向性限制了菱形天线的⽅向图带宽。
6、菱形天线的极化⽅式。
7、总结菱形天线特点。
3.1.4 低架⾏波天线1、低架⾏波天线的结构2、低架⾏波天线主要⽤于接收（）A、地⾯波B、天波3、地⾯波在传播传播过程中存在现象，低架⾏波天线只接收地⾯波中________分量。
4、低架⾏波天线的⽅向性？5、低架⾏波天线与⾏波单导线都是⼀根载有⾏波的导线，根据收发天线互易性应具有相同的⽅向性，但是图3-1-14与图3-1-2所⽰的两种天线的⽅向图为何不同。
3.2.1 圆极化及其应⽤1、圆极化天线不能接收的电波类型是：（）A、线极化波B、椭圆极化波C、与其旋向相同的圆极化波D、与其旋向相反的圆极化波2、当圆极化波⼊射到⼀个平⾯上或球⾯上时，其反射波极化⽅式为（）A、线极化波B、与其旋向相同的圆极化波C、与其旋向相反的圆极化波D、不能确定3、GPS信号采⽤圆极化⽅式的主要原因是（）A、提⾼通信速率B、提⾼信噪⽐C、消除反射波影响D、减少通信延时4、描述天线极化特性的参数是什么？5、通常圆极化天线朝（）辐射圆极化波A、主瓣⽅向B、副瓣⽅向C、所有⽅向D、后瓣⽅向3.2.2 螺旋天线1、螺旋天线与螺旋鞭天线的主要差别？2、螺旋天线的结构参数有哪些？馈电⽅式如何？3、螺旋天线辐射圆极化波的⼯作原理。
行波线天线
行波线天线线天线有许多类型：对称振子，单极子天线，V-形偶极子，折合振子，环天线，八木天线(YAGI-UDA)，对数周期偶极子天线（LPDA ），行波线天线，等等。
前面六类线天线都是窄带天线，后面两类是宽带天线。
在窄带线天线中，电流从馈电点流向天线的末端，产生反射并在线天线上建立起驻波型的电流分布。
偶极子天线上的电流可以近似为)(2)]2(sin[)(2zj z j L j m m e e e j I z L I z I ββββ-=-=-， 2L z < （1）右边括号内第一项是外向行波，第二项是反射波。
在开路端电流反射系数是-1，所以第二项前面是负号。
当天线上第二项反射波很小时，可以看成是行波天线。
行波天线的作用类似于导波结构，而谐振天线支持驻波，类似于谐振回路。
在天线末端加上匹配负载吸收剩余电磁能量，可以防止反射波的产生。
对于很长的线天线，由于电流沿着天线流动时不断地辐射，能量不断地消耗掉，仅仅有很少的电磁能量到达天线末端，也可以看成是行波天线。
行波天线是宽带天线的一种类型。
最简单的行波线天线是仅仅传输行波的单根长线，如图1所示。
图1. 非常长的行波线天线所谓长传输线是指其长度大于半波长。
图1中R L 是 防止末端反射的匹配负载。
首先，为了简化分析，假设地平面的作用可以忽略，即天线是在自由空间之中。
当出现不完善地平面时称行波长线为Beverage 天线或波天线。
可以用镜像法来评估不完善地平面的作用。
其次，假设馈电点的精细结构并不重要。
如图1所，用同轴线对长线天线馈电。
当L d <<时垂直段的辐射作用可以忽略。
最后，假设沿着长线辐射损耗和欧姆损耗比较小，也就是说，衰减可以忽略。
线上的电流幅值不变，相速等于自由空间的相速，电流可写为z j m t e I z I β-=)( （2）式（2）表示沿+z 方向传播的不衰减行波，相位常数为β。
式（2）表示了一个均匀线电流源。
根据第一章的讨论，一个沿Z 轴的线电流源的远区辐射电场强度为⎰-'-''=22cos )(sin 4ˆL Lz j rj z d e z I r e j θββθπωμθE （3）其中线源电流分布为)(z I '，长度为L 。
行波和行波天线
漫谈驻波比驻波比全称为电压驻波比，又名VSWR和SWR，为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。
在无线电通信中，天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发信机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。
为了表征和测量天线系统中的驻波特性，也就是天线中正向波与反射波的情况，人们建立了“驻波比”这一概念，SWR=R/r=(1+K)/(1-K)反射系数K=(R-r)/(R+r)(K为负值时表明相位相反)式中R和r分别是输出阻抗和输入阻抗。
当两个阻抗数值一样时，即达到完全匹配，反射系数K等于0，驻波比为1。
这是一种理想的状况，实际上总存在反射，所以驻波比总是大于1的。
—————————————————————————漫谈驻波比摘自:《专业无线通信》传媒电压驻波比（VSWR）是射频技术中最常用的参数之一，用来衡量部件之间的匹配是否良好。
业余无线电爱好者用电台进行联络之前，当然首先会想到测量一下天线系统的驻波比是否接近1:1。
那么，什么是驻波？还有，如果VSWR接近1:1，当然好。
但如果不能达到1，将会怎样呢？小到几天线才算合格？为什么老式电台上没有驻波表？本文不打算重复很多无线电技术书籍中关于电压驻波比的理论叙述，只是想从感性认识的层面介绍一些驻波和行波的概念，再谈几个实用问题。
行波和行波天线电流在导线中流动的速度很快。
在直流电路和低频交流电路中，流过导线某一截面的电流总是会在电路参数发生变化之前流过其它各截面，因此任何时刻一条导线上各截面电流的方向和大小是一样的。
不过，电流从一点流到另一点毕竟还是需要时间的。
在高频电路中，在高频率交流电源的驱动下，电流、电压的大小和方向都变化得极快，前一时刻流过某点的电流刚刚来得及流到相邻段，该点电流的大小或方向已经随电源而发生改变，这样就造成同一时刻电路各点的电流和电压不再彼此相同。
如果我们用一个等幅高频率交流电源联接到一对无穷长的均匀平行长线上，那么靠近电源端的导线之中就会有同步于电源的高频交变电压和电流。
天线的性能参数
D DS S E E U U m ax
m ax 0 P r P r0
2 m ax
2 0 P r P r0
m ax 0 P r P r0
(3 2 0 )
天线的方向性系数也可以定义为：当同一接收点（位 于被研究天线的最大辐射方向）上辐射功率密度或场 强相同时，参考天线与被研究天线的辐射功率之比， 即
DD P P max
a) 线天线
子午面（E面）：包含天线导线轴的平面
赤道面（H面）：垂直于天线导线轴的平面
b) 架设在地面上的天线
c) 水平平面
铅垂平面
c) 超高频天线
E面：最大辐射方向和电场所在的平面
H面：最大辐射方向和磁场所在的平面
c.极坐标方向图和直角坐标方向图
d.分贝方向图：用分贝表示
P (,) ( d B ) 1 0 l g P (,) 2 0 l g F (,)
的方向。
1
增加
将 I 1 代入 E 1 2 得：
e1eθ 1rE310k2(Zel11F1(Z1i)n1)
在上式两侧对 E 2 1 取标积，整理后得：
e13r(0kZ1el1F1Z(in11))eE((θ 1 21EE22
1) 1)
2)天线2发射，天线1接收。
e 天线1:
电动势
2,
输入电流：
I2
将 I 2代入 E 2 1 得：
e2eθ2rE320k1(Z el22F2(Z2in)2)
在上式两侧对 E 1 2 取标积，整理后得：
e23r(k0 Ze2l2 F2Z(in22))eE((θ 2 12EE112)2)
3）应用互易定理
e 将 1 和 e 2 代入
e1 e2 I12 I 21
RFID原理与技术期末考试题库
RFID原理与技术期末考试题库RFID原理与技术期末考试题库第⼀章传输线理论⼀、填空题1.根据基尔霍夫电压定律得到的⽅程中，ΔZ表⽰什么含义：因为⽅程中的量都是分布量，所以需要乘上长度ΔZ。
2.⼀般传输线⽅程的通解是，阻抗、导纳的含义是什么阻抗：在具有电阻、电感和电容的电路⾥，对电路中的电流所起的阻碍作⽤叫做阻抗。
导纳：⽤来描述交流电通过电路或系统时的困难程度。
根据基尔霍夫电压定律和电流定律写出⼀般传输线⽅程通解的推导电压定律：(1)电流定律：(2)(1) 式两端对Z 求导，并利⽤ (2) 得：同理，(2) 式两边对Z 求导，并利⽤ (1) 得：解(3)、(4) 得第⼆章天线基础⼀、填空题1. 串联正弦交流电路发⽣谐振的条件是（UL = UC ，即XL = XC ），谐振时的谐振频率品质因数Q=（XL/R ），串联谐振⼜称为（电压谐振）。
2. 在发⽣串联谐振时，电路中的感抗与容抗（相等），此时电路中的阻抗最（⼩），电流最（⼤），总阻抗Z= （R ）。
3. 在⼀RLC 串联正弦交流电中，⽤电压表测得电阻、电感、电容上电压均为10V ，⽤电流表测得电流为10A ，此电路中R= （1欧），P= （100w ），Q= （0var ），S= （100VA ）。
4.谐振发⽣时，电路中的⾓频率w0 =（1/），f0 =（1/2）。
第三章天线基础⼀、选择题1.半波振⼦天线的长度为（A ）A、λ/4B、3λ/4C、λ/2D、λ2.在弯折线偶极⼦天线中，当天线弯折次数n增多、弯折⾼度h增加或者弯折⾓а增⼤后，天线的谐振频率（C ）A、不变B、增⼤C、降低D、不能确定【解析】随着折弯次数n的增⼤，由于臂长不变，则天线长度增⼤，波长也随之增⼤，因此谐振频率减⼩⼆、填空题5..已知天线的辐射功率为P∑=30W，且损耗功率为PL=5W。
则天线输⼊功率：30+5=35w;效率:30÷35≈0.857。
6.⽤天线的辐射电阻P∑来度量天线辐射功率的能⼒，即辐射电阻越⼤天线的辐射能⼒越强。
电子信息技术导论-第3章
第3章 无线技术
3.4.2 无线信道 在无线通信中，信号传输的信道是无线的。无线电波在无线信道中的传播可以
分为以下3种情况： （1）在大气中传播。 （2）在电离层中传播。 （3）在外层空间传播。
第3章 无线技术
1. 大气衰减 无线电波在大气中传播，大气对电波的衰减主要来自两个方面：
（1）云、雾、 雨等小水滴对电波的热吸收及水分子、氧分子对电波的谐振吸收。 热吸收与小水滴的浓度有关，谐振吸收与工作波长有关。
第3章 无线技术
3.3.3 常用天线
（1）对称天线 对称天线，可以看成是由一对终端开路的传输线两臂向外张开而得来的，
并假设张开前、 后的电流分布相似。
l
l
2a
~
图3.8 对称天线
第3章 无线技术
（2）单极天线
单极天线如图3.9（a）所示。当地面为无限大的理想导电平面时，垂直接地的单 极天线。天线臂与其镜像构成一对称振子，如图 3.9（b）所示。
第3章 无线技术
（1） 按用途，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，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 （3） 按辐射元的类型，将天线分为线天线和面天线。 （4） 按天线特性。
第3章 无线技术
3.3.2 天线主要参数 （1）方向性系数 （2）天线效率 （3）天线增益 （4）输入阻抗 （5）天线的极化
从此，开启了应用无线电技术的崭新时代。
第3章 无线技术
3.2 射频/微波技术 3.2.1 概述
射频是指可以用于无线电信号发射与接收的频率，通常包括中波、短波、超短波、 以及微波以上的频段。
研究微波的产生、放大、传输、辐射、接收和测量的学科称为“微波技术”。微波 是频率在300MHz-3000GHz之间、波长在1m-0.1mm（空气中）之间的射频无线电波，如图 3.2所示。
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D
D——螺旋的直径；
l0
s
h 2a
a——螺旋线导线的半径；
s——螺距，即每圈之间的距离；
α——螺距角，
arctan s D
l0——一圈D 的长度，l0 (D )2s2s/sin
s
N——圈l数0 ；
同 轴线D 输 入
(a )
l0
金 属 接 地 板 h——轴向长度，h=Ns
(b )
s
一圈展开图形
第3章 行波天线 y A
终端 吸收 铁线 回授 线
回授 线长 度调 节器
回授式菱形天线
第3章 行波天线
三、行波V形天线（Traveling Wave Vee Antenna）
V 形斜天线，仅有一根支杆和两根载有行波电流的导线组成，架 设很简单，适用于移动的台站中。
馈线
Rl Rl
第3章 行波天线
第二节
螺旋天线
D
提高天线的有效高度之一——分布 式加载，其典型天线之一即为螺旋鞭天 线 （Helical Whip Antenna）。
信使用； （2）副瓣多，副瓣电平较高； （3）效率低，由于终端有负载电阻吸收能量。
第3章 行波天线
为了改善菱形天线的特性参数，常采用双菱天线 菱形对角线之间的距离 d≈0.8λ，其方向函数表达式为:
f2(,)f1(,)cos(k2 dcossin)
单菱形天线的 方向函数
d
~
双菱天线的旁瓣电平比 单菱形天线低，增益系 数约为单菱形天线的 1.5～2倍。
第3章 行波天线
3、 菱形天线的尺寸选择及其变形天线
当通信仰角Δ0 确定以后，选择主瓣仰角等于通信仰角。 使 f(Δ0) 最大，分别取各个因子分别最大：
f( ) 1 s 8 in c o s0 c 0 o s s in 2 [k 2 l(1 s in 0 c o s )]s in (k H s in )
第3章 行波天线
2、 菱形天线方向函数
过长轴的垂直平面的方向函数为:
f( ) 1 s 8 in c o s0 c 0 o s s in 2 [k 2 l(1 s in 0 c o s )]s in (k H s in )
Φ0 为菱形的半钝角；Δ为仰角；H为天线的架设高度。 当Δ=Δ0时（Δ0为最大辐射方向仰角）。 水平平面的方向函数为：
I1
2
1
m
20
4
I4＝－ I1
3
(b)
E4 E1 负 载
第3章 行波天线
导线1和4：
在长对角线方向上射线行程差引起的相位差ΔΨr=0，
电流相位差 ΔΨi=π，
电场极化相位差 ΔΨE=π，
1
2 m
总相位差 ΔΨ=2π。
20
负载
I1
I4＝－ I1 (b)
4 3
E4
E1
四条边上的天线在长对角
线上相位都是同相的。
第3章 行波天线
圆极化波的重要性质
（1）圆极化波是一等幅旋转场，它可分解为两正交等幅、 相位相差90°的线极化波；
（2）辐射左旋圆极化波的天线，只能接收左旋圆极化波，
（3）当圆极化波入射到一个平面上或球面上时，其反射波 旋向相反，即右旋波变为左旋波，左旋波变为右旋波。
第3章 行波天线
二、 螺旋天线的工作原理
0 90o0
在通信方向的仰角 Δ0 和工作波长λ确定以后， 便可直接算出 H、l 和 Φ0。
第3章 行波天线
菱形天线的主要优点是： （1）结构简单，造价低， （2）方向性强，增益系数可达100 （3）频带宽，工作带宽可达（2～3）∶1 （4）可应用于较大的功率，因为天线上驻波成分很小，因此
不会发生电压或电流过大的问题。 菱形天线的主要缺点是： （1）结构庞大，场地大，只适用于大型固定电台作远距离通
f()[1sic no ( s( 0 0 )c)os01sic no ( s( 0 0 )c)os0 g sin{k 2 l[1sin( 0)cos0]}sin{k 2 l[1sin(( 0)cos0]}
第3章 行波天线
菱形天线每边的电长度愈长，波瓣愈窄，仰角变小，副瓣增多。
(a)
(b)
(a)水平平面方向图；(b)过长轴的垂直平面方向图
D 1 0 lg l 5 .9 7 1 0 lg (lg l 0 .9 1 5 )d B
第3章 行波天线
二、 菱形天线
1、 菱形天线的结构和工作原理 增加行波单导线天线的增益的方法：排阵 —— 用4根行波单导线构成菱形天线。
l
20
H
接特性
阻抗
接馈线
两线之间的距离变 化，故菱形线上各 点的特性阻抗不等， 从锐角端的600～ 700Ω变化到钝角 处的1000Ω。引起 天线上局部的反射， 从而破坏行波状态。 为了使特性阻抗变 化较小，菱形的各 边通常用2～3根导 线并在钝角处分开 一定距离，使天线 导线的等效直径增 加，
第3章 行波天线
菱形天线的辐射场：四根导线在空间的合成场。
通过适当选择 菱形锐角2θ0、边长 l 来获得最强的方向性， 并使最大辐射方向指向负载方向。
0
marc
c1os
2l
即菱形四根导线各有一最大辐射方向指向长对角线方向。
2
1
m
20
负载
4 3
在长对第角3章线行方波向天，线1、2两根行波导线合成电场矢量的总相位差应
使第三个因子最大，则 sin(kHsinΔ0)=1，即选择天线架高：
H
4 sin 0
第3章 行波天线
使第二个因子为最大，则:
sin［kl(1-sinΦ0cosΔ0)/2］=1，即天线每边长度：
l
2(1sin0cos0)
使第一个因子为最大，则：
d ( 8cos0 )0 d0 1sin0cos0
由此得到半钝角 Φ0 和仰角 Δ0 应满足如下关系：
（1）天线的方向系数或增益
GD15(l0)2 Ns
（2）方向图的半功率角为
2 3dB l0
52o
Ns /
为了提高增益，
（3）方向图零功率张角为
2 0
l0
115o Ns /
可采用螺旋天 线阵。
（4）输入阻抗为
Zin
RinBiblioteka 140l0 （5）极化椭圆的轴比为 AR 2N 1
2N
圆 椭圆
第3章 行波天线
第3章 行波天线
第3章
行波天线
行波天线与驻波天线的差别及优缺点： 驻波天线工作在驻波状态，工作频带较窄，效率高于行波天线； 行波天线工作在行波状态，工作频带较宽，但效率低于驻波天线。
3.1 行波单导线及菱形天线 3.2 螺旋天线
第3章 行波天线
第一节 行波单导线及菱形天线
一、 行波单导线
行波单导线：天线上电流按行波分布的单导线天线。
1
l/
400 200 0 1.5
对称振子
R /
r
240
200
160
120
80
40
00
1
2
3
4
5
6
l /
行波单导线天线 辐射阻抗
第3章 行波天线
F()sin[kl(1cos)]
2
sin kl(1cos)
2
变化快
最大辐射角
sin[k2l(1cos)]m
1
m
a
rc
co1s
2l
行波单导线的方向系数的近似计算公式：
j60I0ejkr sin sin[kl[1cos]ejk2l(1cos) r 1cos 2
方向函数为:
sin[kl (1cos)]
F() sin
2
kl (1cos)
2
第3章 行波天52.线5°
m ＝0°
z
40.5°
m
＝0°
z
29°
m
＝0°
z
(a)
(b)
(c)
(a)l=λ; (b)l=1.5λ; (c)l=3λ
~
螺旋鞭天线
第3章 行波天线
螺旋天线的辐射特性取决于螺旋线直径D与波长的比值 D/λ， 此类天线具有三种辐射状态。
(a )
(b )
(c )
螺旋天线的三种辐射状态
(a) 边射型 (b) 端射型 (c)圆锥型
第3章 行波天线
螺旋柱直径 D=(0.25~0.46)λ 的端射型螺旋天线， 又称为轴向模螺旋天线，简称为螺旋天线，
旋圆极化波； 按左手螺旋方式绕制的螺旋天线，在轴向只能辐射或接收左
旋圆极化波。 若用螺旋天线作抛物面天线的初级馈源，如果抛物面天线接
收右旋圆极化波，则反射后右旋变成左旋，因此螺旋天线 必须是左旋的。
第3章 行波天线
三、 螺旋天线的电参数估算
工程上常用的估算公式，这些公式适用于螺距角
α=12°~16°，圈数N>3，每圈长度l0=(3/4~4/3)λ。
B
A
B
l0＝ C
C
D
D
y
螺旋天A 线工作在圆 极化状态的原B因： A
I xA I xB
I xC
I
xD
B
x
l0＝
C
t1时刻 C
t1 时刻x 轴向辐射场 只D有Ey 分量。
D
A
B
x
l0＝
C
D
将圆环展成
(a)
(b)
直线时线上
的电流分布
y
I y A I y B
B
A
I yC
I
yD
x
C
D
t1 +T/4 时刻
该由下列三部分组成： riE