复习课--天线与电波传播(精华)
电磁场、天线与电波传播讲解
线天线：
天线的直径远小于其几何长度
可不考虑天线横截面上的电流分布
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、 不同场合、不同要求等不同情况下使用。
偶极子天线
单极天线
环天线
螺旋天线
天线的辐射源
电流连续性方程：
J
t
结论：天线的辐射源——电流（位移电流）
2）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线， 可用下式估算其增益：
GdBi
10
lg
32000
E
H
3）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：
GdBi
10
lg
4.5
2D
0
式中， D 为抛物面直径； λ0 为中心工作波长。
4）对于直立全向天线，可用下式近似计算其增益：
0 Z0
ZA
IA
IA
0
Z0 ZA
Ele Z0 ZA
F ,
结论：1)接收天线的感应电流与来波方向有关 ——接收天线的方向性
2)天线用作发射和接收的方向性函数相等 ——收、发天线的互易性
1．接收功率和接收面积
当天线的最大接收方向对准来波方向，并且 接收机的输入阻抗与天线完全匹配时，天线向接 收机的输出功率最大。
GdBi
10
lg
2l
0
式中， l 为天线长度； λ0 为中心工作波长。
5. 天线效率
定义： 天线辐射功率与输入有功功率的比值，
称为天线的效率。
PA P Pn
天线与电波传播课件(第四章)口径天线
第4章口径（面）天线4.1惠更斯元的辐射面天线的结构包括金属导体面S′、金属导体面的开口径S（即口径面）及由S0=S′+S所构成的封闭曲面内的辐射源,如图4-1 所示。
由于在封闭面上有一部分是导体面S′, 所以其上的场为零, 这样使得面天线的辐射问题简化为口径面S的辐射，即S0=S′+S→S, 设口径上的场分布E S, 根据惠更斯-菲涅尔原理,, 称为惠更斯元。
把口径面分割为许多面元dS●源SS′图4-1 面天线的原理由面元上的场分布即可求出其相应的辐射场, 然后再在整个口径面上积分便可求出整个口径的辐射场。
下面先来分析惠更斯元的辐射场。
如同电基本振子和磁基本振子是分析线天线的基本辐射单元一样, 惠更斯元是分析面天线的基本辐射单元。
设平面口径上一个惠更斯元d S =d x d y , 若面元上的切向电场为E y , 切向磁场为H x , 则根据等效原理, 面元上的磁场等效为沿y 轴方向放置, 电流大小为H x d x 的电基本振子; 而面元上的电场则等效为沿x 轴方向放置, 磁流大小为E y d y 的磁基本振子。
因而惠更斯元可视为两正交的长度为d y 、大小为H x d x 的电基本振子与长度为d x 、大小为E y d y 的磁基本振子的组合, 如图4 -2 所示, 其中为惠更斯元d S 的外法线矢量。
它的电流矩和磁流矩分别为z ρ图4 –2 惠更斯元zrd S yxnOd y d xH x E yI y l=(H x d x )d y =H x d S I M x l=(E y d y )d x =E y d S类似第1章沿z 轴放置的电基本振子的辐射场，可得沿y 轴放置的电基本振子辐射场为:[]ϕϑληϑθcos sin cos 2a a e r l I j E jkry +−=−[]ϕϕθληϑϕcos sin cos 2a a e rl I j H jkry −−=−同样可得沿x 轴放置的磁基本振子的远区场表达式:[]ϑθϑλϑθcos cos sin 2a a e rl I j E jkrM x+=−（4-1-1）（4-1-2）（4-1-3）[]ϑϑθηλϑθsin sin cos 2a a e rl I j H jkrM x−−=−将式（4 -1 -1）代入上两式, 可得惠更斯元的辐射场为⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++=−)cos 1(cos )cos (sin 2θηϕθηϕλθθx y x y jkry H E a H E a erds E jdE 对于平面波, 有E y /H x =η, 因此上式简化为)cos 1(2θλ+=−jkry erds E jdE 在研究天线方向性时, 通常是关心两个主平面的情况, 所以,我们只介绍面元的两个主平面的辐射。
《天线与电波传播》第1章
BWFN)2θ0E或2θ0H(下标E、H表示E、H面，下同)
(2)
(Half Power Beam Width,
HPBW)2θ0.5E或2θ0.5H。如果天线的方向图只有一个强的主瓣， 其它副瓣均较弱，则它的定向辐射性能的强弱就可以从两个
图 1-2-5 天线方向图的一般形状
(3) 副瓣电平(Side Lobe Lever, SLL): 指副瓣最大值与主
SLL 10lg Sav,max 2 20lg Emax 2 dB
Sav ,max
Emax
(1-2-8)
(4) 前后比: 指主瓣最大值与后瓣最大值之比，通常也用
1.2.4
上述方向图参数虽能从方向系数的定义是： 在同一距
离及相同辐射功率的条件下, 某天线在最大辐射方向上的辐 射功率密度Smax(或场强|Emax|的平方)和无方向性天线(点源)的 辐射功率密度S0(或场强|E0|的平方)之比，记为D。用公式表 示如下:
πl
f(θ,φ)=f(θ)= |sinθ|
(1-2-3)
为了便于比较不同天线的方向性，常采用归一化方向函数，
用F(θ,φ)
F ( , ) f ( , ) | E( , ) |
f max
| Emax |
(1-2-4)
式中，fmax(θ,φ)为方向函数的最大值； Emax为最大辐射 方向上的电场强度; E (θ,φ)为同一距离(θ,φ)方向上的电场强度。
e jkr
H
j Iml
2r
0
sin
e jkr
0
(1-1-11)
图 1-1-5 (a) 小电流环； (b) 磁矩
磁基本振子的实际模型是小电流环，如图1-1-5所示，它 的周长远小于波长，而且环上的谐变电流I的振幅和相位处处
《天线与电波传播》课件
电波在自由空间中传播时，能量随距离的平 方成正比地衰减。
穿透损耗
电波在穿透建筑物、墙体等障碍物时，会受 到损耗。
地面吸收损耗
电波在传播过程中，会受到地面的吸收作用 ，导致能量衰减。
散射损耗
由于散射体的散射作用，导致电波传播过程 中的能量衰减。
03
天线设计与应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
Hale Waihona Puke 天线的定义与分类总结词
天线的定义是指能够将电磁波能量转换为导行波能量或将导行波能量转换为电磁波能量 的装置。天线根据不同的分类标准可以分为多种类型。
详细描述
天线是一种能够将电磁波能量转换为导行波能量或将导行波能量转换为电磁波能量的装 置。根据不同的分类标准，天线可以分为多种类型，如按工作性质可以分为发射天线和 接收天线，按方向性可以分为定向天线和全向天线，按频段可以分为超长波天线、长波
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
《天线与电波传播》ppt课
件
• 天线基础知识 • 电波传播基础 • 天线设计与应用 • 电波传播的干扰与防护 • 未来发展与展望
目录
CONTENTS
01
天线基础知识
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
设备干扰
影响设备的正常运行，可能导致设 备故障或性能下降。
04
干扰的防护与抑制
频率管理
通过合理规划和管理无线电频谱，减少不同无线电业务之间的干扰。
天线隔离
通过合理设置天线位置和方向，降低不同无线电设备之间的干扰。
滤波技术
采用滤波器对信号进行筛选和处理，减少干扰信号的影响。
天线与电波传播
天线与电波传播天线部分:引言天线是一种用来发射或接收电磁波的器件，是任何无线电系统中的基本组成部分。
换句话说，发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波，接收天线则与此相反。
于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输，可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。
人类最大的自然资源之一就是电磁波谱，而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。
第一讲:传输线基础知识在通信系统中，传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。
为了更好的了解天线的性能及参数，首先简单介绍有关传输线的基础知识。
传输线根据频率的使用范围区分有两种类型:1、低频传输线;2、微波传输线。
这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识，主要包括反映传输线任Z一点特性的参量:反射系数、阻抗和驻波比,。
,一、反射系数 ,这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为,'Uz()',,()z，'Uz()'jz,,,',Uze0，， (1) ,'jz，',,Uze0，，'jz,2,,,el由上式可以看出，反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，即',,,z (2) ，，l此外，反射系数呈周期性，即'',，,,zmz,/2 (3) ，，，，gZ二、阻抗appearance of the weld appearance quality technical requirements of the project must not have a molten metal stream does not melt the base metal to weld, weld seam and heat-affected zone surface must not have cracks, pores, defects such as crater and ash, surface smoothing, weld and base metal should be evenly smooth transition. Width 2-3 mm from the edge of weld Groove. Surface reinforcement should be less than or equal to 1 + 0.2 times the slope edge width, and should not be greater than 4 mm. Depth of undercut should be less than or equal to 0.5 mm, total length of the welds on both sides undercut not exceed 10% of the weld length, and long continuous should not be greater than 100 mm. Wrongside should be less than or at 0.2T, and should not be greater than 2 mm (wall thickness mm t) incomplete or not allow 7.5 7.5.1 installation quality process standards of the electrical enclosure Cabinet surface is clean, neat, no significant phenomenon of convex, close to nature, close the door. 7.5.2 Cabinet Cabinet face paints no paint, returned to rusted, consistent color. 7.5.3 uniform indirect gap from top to bottom, slot width <1.5mm 7.5.4 adjacent Cabinet surface roughness is 0. 7.5.5 the cabinets firmly fixed, crafts beautiful. 7.5.6 Cabinet surface gauge, switch cabinet mark clear, neat, firm paste. 7.5.7 Terminal row of neat, is reliable, the appearance is clean and not damaged. 7.5.8 cables neat and clean, solid binding, binding process in appearance. 7.5.9 the first cable production firm, crafts beautiful, clear signage does not fade.7.5.10 fireproof plugging tight, no cracks and pores. 7.6 7.6.1 of thestandard electrical wiring quality technology cable a, the multi-core wire bunch arrangement should be parallel to each other, horizontal wire harness or wire should be perpendicular to the longitudinal multi-core wire bunch. The distance between the wire harness and wire harness symmetry, and as close as possible. B-core wiring harness into round, multi-core wire bunch used g wire binding, fastening这里定义传输线上任一点处的阻抗为'Uz，，' (4) Zz,，，'Iz，，经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式'ZjZz，tan,'l0 (5) ZzZ,，，0'ZjZz，tan,l0三、驻波比(VSWR) ,这里定义传输线上任一点处的驻波比为'Uz，，max,, (6) 'Uz，，min经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式1，,l (7) ,,1,,l此外，这里还给出反射系数与阻抗的关系表达式'1，,z，，'ZzZ,，，0'1,,z，，(8) 'ZzZ,，，0',,z，，'ZzZ，，，0这里还简单介绍一下传输线理论所要用到的一些基本参数，例如特性阻抗Z0 以及相位常数，具体表达式如下: ,L2,,,,ZLC, (9) ,,0C,Z此外，不同的系统有不同的特性阻抗，为了统一和便于研究，常常提出归一化0'Zz，，的概念，即阻抗称为归一化阻抗 Z0'Zz，，'Zz, (10) ，，Z0第二讲:基本振子的辐射appearance of the weld appearance quality technical requirements of the project must not have a molten metal stream does not melt the base metal to weld, weld seam and heat-affected zone surface must not have cracks, pores, defects such as crater and ash, surface smoothing, weld and base metal should be evenly smooth transition. Width 2-3 mm from the edge of weld Groove. Surface reinforcement should be less than or equal to 1 + 0.2 times the slope edge width, and should not be greater than 4 mm. Depth of undercut should be less than or equal to 0.5 mm, total length of the welds on both sides undercut not exceed 10% of the weld length, and long continuous should not be greater than 100 mm. Wrongside should be less than or at 0.2T, and should not be greater than 2 mm (wall thickness mm t) incomplete or not allow 7.5 7.5.1 installation quality process standards of the electrical enclosure Cabinet surface is clean, neat, no significant phenomenon of convex, close to nature, close the door. 7.5.2 Cabinet Cabinet face paints no paint, returned to rusted, consistent color. 7.5.3 uniform indirect gap from top to bottom, slot width <1.5mm 7.5.4 adjacent Cabinet surface roughness is 0. 7.5.5 the cabinets firmly fixed, crafts beautiful. 7.5.6 Cabinet surface gauge, switch cabinet mark clear, neat, firm paste. 7.5.7 Terminal row of neat, is reliable, the appearance is clean and not damaged. 7.5.8 cables neat and clean, solid binding, binding process in appearance. 7.5.9 the first cable production firm, crafts beautiful, clear signage does not fade.7.5.10 fireproof plugging tight, no cracks and pores. 7.6 7.6.1 of the standard electrical wiring quality technology cable a, the multi-core wire bunch arrangement should be parallel to each other, horizontal wire harness or wire should be perpendicular to the longitudinal multi-core wire bunch. The distance between the wire harness and wire harness symmetry, and as close as possible. B-core wiring harness into round, multi-core wire bunch used g wire binding, fastening一、电基本振子的辐射电基本振子(Electric short Dipole)又称电流元，无穷小振子或赫兹电偶极子，l,l它是指一段理想的高频电流直导线，其长度远小于波长，其半径远小于，a 同时振子沿线的电流处处等幅同相。
电磁场、天线与电波传播
在任意方向 (1,1) , 辐射功率密度与将相等的
输入功率均匀辐射时的平均功率密度之比，即 天线增益为：
GS(1,1)SG SG PA4r2
物理意义： 为了在观察点有相等的辐射功率密度，
方向性天线的输入功率应小于均匀辐射天线 输入功率的G倍。
增益的单位：
➢ dBi：表示比较对象是各向均匀辐射的理想 点源； ➢ dBd：表示以半波对称振子为比较对象。
q
+
I
+
+
E
H
~
-
-
I
-
t
平面电磁波
Ex
z Hy
第二部分 天线
一、天线的基本概念
GSM-R专用机车天线
900MHZ 1800MHZ 双频天线
移动通信
A 3G (WCDMA) handset Outdoor Base Station for 800 and 1900MHz CDMA cells.
1．矢量的运算
矢量运算
矢量的加法 矢量的乘法 矢量的积分 矢量的散度 矢量的旋度
（1） 矢量的加法运算
定义：矢量可以通过各个分量的相加来实现叠加。
若 A= Axax + Ay ay + Az az B= Bx ax + By ay + Bz az
则 A+B = (Ax+Bx) ax + (Ay+By ) ay+ (Az+Bz) az
乘积的积分
该积分表示 沿F路径 切向的分量 路径长度微分 乘d积l 的积分。
F与co沿s 曲线C的
• 沿不闭合曲线的线积分定义为力场所做的功:
• P2
天线与电波传播_完整版
磁场：
kI0l sin 1 1 jkr H j 1 e 4 r jkr
§1.2 电基本振子
对于电场：
1 1 E jA j A H j
电场：
I 0l cos 1 1 jkr Er 1 e 2 2 r jkr kI 0l sin 1 1 1 jkr E j 1 e 2 4 r jkr kr E 0
波阻抗：
kr 1
Zw E H
固有阻抗：
120 377
§1.2 电基本振子
远区场的性质： （1）电场与磁场在空间相互垂直，它们均与r 成反 比。因等相位面为球面，故为球面电磁波。 （2）因在传播方向上电磁场的分量为零，故为横电 磁波，记为TEM波。
()，称为波阻抗； （3）电场与磁场的比值等于 120 （4）由于电场和磁场相位相同，且均与 成正 sin 比，故电基本振子在远区为辐射场，且具有方向性。
§1.2 电基本振子
电基本振子的场辐射
§1.3 磁基本振子
麦克斯韦电磁理论获得了巨大的成功。电和磁的 对称性问题，至今尚未解决。 电的基本单元是电荷。正负电荷可以分开，自由 电荷能单独存在，因而我们可以引进电荷密度和电 流密度的概念。 磁的基本单元是磁偶极矩，它可以看作是正负磁 荷的组合。然而，正负磁荷却不能分开，自由磁荷 不能单独存在。所以，在电磁理论中我们不能引入 磁荷密度和磁流密度等概念。
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。
复习课--天线与电波传播(精华)
比照电流元辐射场表达式，利用对偶性原理，可求得磁 流元辐射场表达式。
1.10以时变电场和时变磁场为源的基本辐射元
由麦克斯韦方程组可知，作为辐射源除了有时变电 流，还有时变电场和时变磁场。
惠更斯元 基本缝隙辐射元
惠更斯元 dx，dy
面积单元中具有规则均匀的内场分布
n
z
Esx ax Esx
1 ˆ1 S Re E H r E H 2 2
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 ˆ 、同相；辐射波阻抗： 播方向 r
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 dl H 场量幅值 E ， ， 有效辐射发生条件： dl 与 相比拟，频率越高天线尺寸越小。
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。
天线特性参量中，两个重要的特性参量
P291(本章小结5)
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
1 (t t0 ) dV V 4 r J (t t0 ) A dV 4 V r
2 2 2 t 2 A 2 A 2 J t
磁流元方向 E 沿传播法线 E and E 沿隙缝方向 E or E
微波与天线技术第7章电波传播概论
电波在地球表面传播时，会受到地面的反射和吸收作用，影响传 播效果。
地形地貌的影响
地形地貌的起伏变化会对电波传播产生影响，如山丘、建筑物等障 碍物。
应用场景
移动通信、无线局域网、广播等。
04
电波传播的应用
无线通信
无线通信是电波传播最重要的应 用之一，它利用电磁波在空气中 传播信号，实现远距离的信息传
应用场景
卫星通信、广播、雷达等。
大气中的电波传播
折射与散射
01
电波在大气中传播时，会受到大气中各种粒子的折射和散射作
用，导致传播方向发生改变。
吸收与衰减
02
大气中的水蒸气、氧气、二氧化碳等成分对电波具有吸收作用，
导致能线通信、广播、气象观测等。
地球表面上的电波传播
地面对电波的反射与吸收
随着导航技术的发展，智能交通系统、物流配送等领域也得到了广泛应用，提高了 交通效率和安全性。
05
电波传播的未来发展
电波传播技术的进步
1 2
5G及未来通信技术
随着5G技术的普及，电波传播技术将进一步优 化，实现更高速、更低延迟的数据传输。
毫米波与太赫兹波段的应用
毫米波和太赫兹波段具有大带宽和高速传输的潜 力，未来将广泛应用于电波传播领域。
电磁波的折射
当电磁波从一种介质进入另一种介质时，其 传播方向会发生改变，这种现象称为折射。 折射角与入射角和两种介质的折射率有关。
03
电波传播的介质特性
自由空间的电波传播
传播方式
电波在自由空间中以球面波的方式传播，随着距离的 增加而扩散。
传播特性
电波在自由空间中的传播损耗与频率的平方成正比， 与距离的平方成正比。
3
电磁波传播基本知识及天线原理培训讲学
+/-1º
夹角
法线方向 最大辐射方向
三、天线主要性能参数
根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
零点填充 方向图圆度
三、天线主要性能参数
交叉极化比:极化分集效果优劣的指标
为了获得良好的上行分集增益，要求双极化天线应该具有良好的正交极化特性，即在 ±60º的扇形服务区内，交叉极化方向图电平应该比相应角度上的主极化电平有明显的降 低，其差别（交叉极化比）在最大辐射方向应大15dB，在±60º内应大于10dB，最低门槛 也应该大于7dB，如图所示。如此，才可以认为两个极化接收到的信号互不相关。
京信通信 未来无限延伸
一、 电磁波传播基础分类
二、天线辐射原理
天馈系统简介
天线调节支架
抱杆
接头密封件 绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带
天线
接地装置
室外馈线
馈线卡 馈线过线窗
基站天线在整个网络建设中占经费比例不到3%，但 它对网络性能的影响却超过60%。 在实际网优工作中，通过天线的选择与调整是简单但收 效最大的方法。强化天线的性能和品质起着四两拨千斤 的作用。
3、高效（XPD。降低损耗）
（专注工作）
一、电磁波传播基础知识
多径传播:电波在传播过程中，除直接传播外，遇到障碍物（例如，山
丘、森林、地面或楼房等高大建筑物），还会产生反射和绕射。因此，到 达接收天线的电磁波，不仅有直射波，还有反射波，绕射波、透射波，这 种现象就叫多径传输。 由于多径传播使得信号场强分布复杂化，波动很大；也由于多径传输的影 响，会使电波的极化方向发生变化（扭转），因此，有的地方信号场强增 强，有的地方信号场强减弱，另外，不同的障碍物对电波的反射能力也不 同 。为降低多径传输效应的影响，一般采用空间分集或极化分集来接收。
天线与电波传播课件
兔耳朵偶极子天 线用于电视接收
绕杆式天线用于 商业电台的发射
抛物面天线用于 天空通信
移动通信基站天线
桅杆天线
折合偶极子天线
八木天线用于业 余电台
八木天线用于军 用移动通信
喇叭天线
螺旋天线
手机外置天线
内置天线在手机 中的位置
手机天线
手机天线
RFID天线
RFID天线
RFID tag 天线
BT 天线
兔耳朵偶极子天线用于电视接收绕杆式天线用于商业电台的发射抛物面天线用于天空通信移动通信基站天线桅杆天线折合偶极子天线八木天线用于业余电台八木天线用于军用移动通信喇叭天线螺旋天线手机外置天线内置天线在手机中的位置手机天线手机天线rfid天线rfid天线rfidtag天线bt天线分形天线meanderline天线天线与无线通信系统的关系scenarios软件无线电sdr认知无线电cognitiveradio天线研究的理论体系和方法foundation解析方法analytic数值方法numeric天线设计的方法论methodology分析analysis综合synthesis天线设计实例1多频段手机天线设计应用
天线结构
设计过程
天线设计实例（2）-UWB天线设计
应用：FCC UWB频段（3.1GHz~10.6GHz) IEEE802.16a（2GHz~11GHz) IEEE802.16e （2GHz~6GMHz） 结构：小型化,简洁,低成本 性能：反射系数; 电流分布; 方形图
-解析方法（analytic), 数值方法（numeric)
பைடு நூலகம்
天线设计的方法论(methodology)
-分析（analysis), 综合（synthesis)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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
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
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
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
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：
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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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。