复习课--天线与电波传播(精华)

付里斯传输公式P243
G1
r
G2
Pin 发射机
馈线
电波空间
馈线
Pre 接收机
Pre
(
,)
4r
2
G1G2
f12
(
,)
f
2 2
(
, ) Pin
说明付里斯传输公式在天线设计应用中的意义， 能够指出公式中每一项具体含义。
1.6 天线阵列
天线组阵主要意义在于调控天线系统的方向特性， 方向函数乘积定理：阵列天线的方向函数等于阵元
天线的辐射功率与辐射电阻
发射天线作为发射机的负载，其消耗的有功功率
包括两部分：辐射功率和自身的损耗功率。
辐射功率:指随辐射电磁波传播出去不能再返回的
耗散功率。
天线效率定义为辐射功率与输入功率的比值。
Pin Pr PL ,
Pr 100%
Pin
辐射电阻 :天线辐射到远区空间的有功功率，可等
主向、主瓣、副瓣、 主瓣宽度 、主瓣张角P227
最大副瓣 副瓣或旁瓣
主瓣
0
主向
主瓣宽度20.5 主瓣张角 20
波瓣
栅瓣
天线辐射波的极化
天线的极化特性是由天线发射时天线辐射波的极 化特性来描述的。
➢ 线极化：辐射波电场矢量端点的轨迹为直线 ➢ 圆极化：辐射波电场矢量端点的轨迹为圆 ➢ 椭圆极化：辐射波电场矢量端点的轨迹为椭圆 收发天线之间主向对准、极化方向一致。P228
2 A t 2
J
1
4
(t t0)dV
Vr
A
J (t t0)dV
4 V r
1.1 时变电流元假设
假定时变场源为一流经 dl导线段上高频谐
变电流 Ie jt
z
注：时变场源区域线性
p
Ie jt
各向同性均匀介质
S
r
基本电振子或元电辐射体
dl 0
电偶极子
S dl
l
时变电流元的电磁场
0
E
j
Idl
2r
0 sin e jr 0
H
j
Idl sin e jr 2r
r
S
Re
1 2
E
H
rˆ
1 2
E
H
辐射场两个分量
相互垂直、同相
幅值与距离反比
电磁波能量沿 rˆ
方向传播
时变电流元的电磁场讨论
远区场 r 辐射场 辐射场电场与磁场空间方向正交且垂直于传
播方向 rˆ 、同相；辐射波阻抗：
2
cos
(
1 r3
j
r2
)e
j
r
E
jIdl
4
sin
(
1 r3
j
r2
)e jr
r
H
Idl
4
sin
(
1 r2
j
r
)e jr
E
0
H
r
0
H 0
r
Er
0
E
j
Idl
2r
0 sin e jr 0
H
j Idl sin e jr 2r
时变电流元的电磁场讨论
时变电流元在空间引发的远区场
Er
E 0 120
H
0
等相面为球面 球面波，且相位随 r 增大 不断滞后；在 r 极大的空间近似TEM波
场dl量与幅值相E比 ，拟H，频dl率，越有高效天辐线射尺发寸生越条小件。：
时变电流元的电磁场讨论
辐射场场量幅值 E ，H具有方向性，方向函数： F(,) sin
方向图：
z
F ( )
2
全波阵子：2l
dE1
p
I( z )
l
2 z0
r2
r0 r1
1
z dz1
I( z )
z
l
1.4天线的特性参量
方向函数
方向函数：天线方向性的数学表示，就是天线的 辐射强度与空间坐标之间的函数关系
归一化方向函数：为了对不同天线按同一尺度进 行方向性的比较，把天线的方向函数对其最大值 归一化
11
0
90 y
0
2
天线的主向：m 90
F ()
0
x
11
90 y
0 3 2
2
2
1.2求解线状天线辐射场的基本思路
将线状天线分解为若干个有序相接的电流元，
依据电磁场的叠加原理，
线状天线辐射场等效为这些电流元 辐射场的线性叠加
Iz
0 l
图5-4
z RL
0
0z
dE dE0
p
r0 r
dz
天线特性参量中，两个重要的特性参量 P291(本章小结5)
➢ 方向性 ➢ 天线阻抗
1.5 接收天线
天线互易定理: ➢ 同一天线用于发射和接收状态时，方向函数、阻抗、有
效长度并推广到方向系数（增益）都是相同的。 ➢ 这种相同是数值上的相同，其意义完全不同的。 有效接收面积:表示接收天线吸收到来电磁波的能力
效为在一电阻元件上的损耗功率,这个电阻即是
天线的方向系数和增益
天线的方向系数用以描述主向上辐射功率集束程度 天线的方向系数:天线在主向r远处的辐射功率密度与
相同辐射功率平均分配时该点处的辐射功率密度之 比。 增益:天线在主向r远处的辐射功率密度与相同输入功 率平均分配时该点处功率密度之比
天线的输入阻抗
时变电流元在空间引发的电磁场 P216 坡印廷矢量、性质1-4
Er
jIdl
2
cos
(
1 r3
j
r2
)e
j
r
E
jIdl
4
sin
(
1 r3
j
r2
)e jr
r
H
Idl
4
sin
(
1 r2
j
r
)e jr
E
0
H
r
0
H 0
时变电流元的电磁场讨论
时变电流元在空间引发的远区场
Er
jIdl
输入阻抗是发射天线的一个重要参量， 对具体的天线作具体的研究。
天线的有效长度
天线的有效长度是线状天线的特性参量之一， 它是用来衡量天线辐射或接收电磁波能量效果的参量。 有效长度是对发射天线提出来的， 当天线上电流分布不均匀时，在保持天线主向辐射场
强值不变的条件下，把电流分布折算成均匀后的天线 长度。
z
l
1.3对称振子天线
把对称振子看成是终端开路的传输线两线张开的 结果，这种确定对称振子上电流分布的方法称为 等效传输线方法
分析对称振子天线的辐射特性： ➢ 把对称振子看作是无穷多个电流元沿振子轴线方
向有序排列连接而成。 ➢ 远离对称振子空间任意一点场等于每个电流元在
该点处的叠加。
半波阵子：2l
电磁波的产生
1.1.1时变场源区域电磁场的激发 变化的电场产生变化的磁场 变化的磁场产生变化的电场 交互变化的电磁场在空间传播——电磁波 1.1.2天线电流和空间电磁场相互作用 天线电流激发空间电磁场（发射天线） 电磁场又反过来作用到天线电流上，影响天线电
流分布（接收天线）
麦克斯韦方程
时变场源区域麦克斯韦方程
vv
Ñl H dl
vv
Ñl E dl
wv
S
S
v J
v E
t
v B
v dS
t
v dS
旋度定理 散度定理
S
D v
dS v
V
dV
ÑS B dS 0
H
J
E t
wenku.baidu.com
E
H t
E
H 0
以辅助函数A、φ， 替代求解
时变电磁场的势函数
达朗贝尔方程的解
2
2
t 2
2
A