第3章(新) 天线特性参数

H E
Pr
2 0
E dP r 2
2
2 r sin dd


0
E 2
2
2 r sin dd
r2 2
2 2 d E sin d 0 0
W
可用来求任意天线的辐射功率
n 1 1 3 5 ...... n为偶数 2 2 4 6 n n n 积分公式： 02 sin xdx 02 cos xdx 2 64 6 1 ...... n 1 n为奇数 n 3 5 7
一般来讲，损耗电阻的计算是比较困难的，但可由实验 确定。若要提高天线效率,必须尽可能地减小损耗电阻 和提高辐射电阻。 通常，超短波和微波天线的效率很高，接近于1。
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反射
Rl Pl Rr Pr
P in P r P l
传输
Rin Rr Rl
在不连续处会发生反射与传输的现象，电压反射系数为Γ
2
电特性参数
• 天线的分析：求给定天线的特性参数；
• 天线综合：在预先给定天线参数的情况下， 求天线上的电流分布
根据互易定理，对一个无源线形天线来说，无论是用 于发射，还是用于接收，天线的特性参数都是相同的。
3
3.1 天线的辐射功率和辐射电阻
以天线为中心，作一球面（球面半径 r>>波长 ）,则从天线辐射出来的能 量必须全部通过这球面。
例：求电偶极子的辐射功率？ 电偶极子的辐射场
2 Ilk jkr sin e E j 4wr E E 0 r
传播常数
k w
Ilk jkr H j 4r sin e H H 0 r
此处Im为振 幅值，即电 流最大值。
第3章 天线的特性参数
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机械特性参数：形状，尺寸，材料，可靠性等 一次参数：方向性图，输入阻抗， 效率 二次参数：方向性系数，增益， 波瓣宽度，前后比，极化特性等
• 描述天线工作特性的参数称为天线电参数(Basic Antenna Parameters)，又称电指标。它们是定量衡 量天线性能的尺度。 • 大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线 把高频电流能量转变成空间电波能量以及定向辐射的能 力。
发射机的发射功率Pt , 馈电点处反射功率（对天线来说是损耗）为：Pt 2 ； 传输功率（天线的输入功率）为Pin Pt 1－ 2 传输＝ Pr Pt 1－ 2 A Pt 1－ 2 Pt
Pr 2 1－ A (1.2.26) 16 Pt
3.2 天线的方向性和增益
3.2.1方向函数 （1）电基本振子的辐射场
60 Il E j sin exp( jk r ) r （为场点、坐标原点连线与天线轴线的夹角） 60 I l E sin r
提高天线效率：减少损耗电阻，提高辐射电阻 14
1 2 Pin Pr Pl ; Rin Rr Rl ; P I R 2
Pl
Pin
Rin
物理意义：表示有百分之几的高频电流的输入
有功功率转变成了辐射出去的电磁波能量。
Rn 结论：辐射电阻 R越大，损耗电阻 越小，天线 r 的就越高。在工程设计中， 往往给定，这时就 Rr Rl 需要降低 来提高天线的效率。
电流元相当于波源的负载。工程实际中．为了衡量天线辐射功 率的大小，以辐射电阻Rr表述天线。
是将天线辐射到空间中的总辐射功率等效地视为被一个电阻所吸收， 这个电阻值便是天线的辐射电阻。
辐射电阻是天线辐射能力的表征，当不同的天线上有同样的参考电流 值时，辐射电阻越大，则它所等效“吸收”的功率越大，也就是天线 产生的辐射功率越大，辐射能力越强
I I m sin wt
7
将 E 代入，得：
Im Pr 3
2
l
2
在自由空间，电偶极子的辐射功率为：
I ml Pr 40
2
8
2
2、辐射电阻 Rr： 发
射 机
Pr
发 射 机
Rr
辐射电阻Rr：电流元向外的辐射能量来自波源，对于波源来说，
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3 天线效率：天线辐射功率与输入有功功率的比值，称为 天线的效率。
一般来说,载有高频电流的天线导体及其绝缘介质 都会产生损耗，因此输入天线的实功率并不能 全部地转换成电磁波能量。可以用天线效率 ( Eff iciency) 来表示这种能量转换的有效程度。 天线效率定义为天线辐射功率Pr与输入功率Pin 之比，记为η A，即
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2、辐射电阻 Rr： 发
射 机
Pr
发 射 机
Rr
辐射电阻Rr：电流元向外的辐射能量来自波源，对于波源来说，
电流元相当于波源的负载。工程实际中．为了衡量天线辐射功 率的大小，以辐射电阻Rr表述天线。
1 2 Pr I m Rr 2
2 Pr Rr 2 Im
Im为电流振幅。 R称为辐射电阻， r
Pr A Pin
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3 天线的效率（Efficiency）
in
Pr 天线效率A：天线辐射有功功率Pr 与天线输入的 A P in 有功功率P 之比，表示天线能量转化的量度，即
发 射 机
Pl
Pin
Pr
Pr
Rr
Rl
Pr Rr Rr (1 2 25) Pin Rin Rr Rl
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l Pr＝40 I
2 2
2
P r天线辐射功率 P 辐射电阻耗散
2
I 2 Rr辐射电阻 2
2
l Rr 80 11
• 例题：求波源频率f=1GHz，线长l=1cm的导线的 辐射电阻。（1）设导线是长直的；（2）设导线 弯成环形形状。 （3）辐射1W的功率分别需要多大的电流？
1、辐射功率：在单位时间内通过球面向 外辐射的电磁能量的平均值。
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3.1 天线的辐射功率和辐射电阻 z
rd
r sin d
r sin

r
1 S E H 2
y
I x
d
ds r sin d d
2
5
通过小面积ds的功率为
1 2 dPr Sds E来自百度文库H r sin dd 2