天线第四讲-直线阵I
阵列天线
1
二
[r12 r1[1
2r1d sin d
2 sin
cos cos
d (
2 ]2 d )2
1
]2
dr1sin cos r1
r1(1
)
r1
以二元阵为例
r1 dsin cos
z
M
如图: 天线阵间距
d
;
r1
沿x轴排列;
2
半波振子:
r2
h 2 h 2h
2
1
d
2
x
天线元2电流相位超
4
2
H面方向图(xoy平面)为:
例三:(2) E面方向图(zoy平面)为:
三、均匀直线阵
❖ 定义:均匀直线阵是等间距、 各阵元电流的幅度、相位依 次等量递减（相位差为 ）
的直 线阵.
❖ N元均匀直线阵的辐射场：
❖ 推导：
E
Em r
N1
F(, ) e jkr e ji( kdsin cos)
例一(1)： （等幅同相）
半波阵子,沿x轴,间距d 等幅同相 0
2
例一(2)： （等幅同相）
➢ 由上图可知，
0, FH () 0
2
,
FH
()
1
所以，最大辐射方向在垂直于阵子轴方向的 N元均匀直线阵----边射阵。
例二（1）: （等幅反向 ）
例二（2）：
➢ 由上图可知，
0, FH() 1
i0
Em e jkr F(, ) 1 e j e j2 L e j( N1) r
其中，( kdsin cos )
令 2，得到H平面方向函数（归一化阵因子表达式）：
例：五元均匀直线阵：
天线原理与设计—第十章直线阵Ⅰ
10.1 二元天线阵 将两者相加，得二元阵的辐射电场为：
在远区，观察点M离天线足够远, 可认为自阵元1 和阵元2至点M的两射线平行。
对于相位因子，可取近似
对于分母
10.1 二元天线阵 于是
所以, 二元阵的场强方向图函数为 是阵元的方向图函数，称为元因子。
是二元阵的贡献，称为阵因子。
10.1 二元天线阵 在阵元相同的条件下, 天线阵的方向图函数是单 元因子与阵因子的乘积。这个特性称为方向图乘 积定理(pattern multiplication)。
能在主瓣宽度和旁瓣电平间进行最优折衷的是道 尔夫-切比雪夫分布阵。这种天线阵在满足给定旁 瓣电平的条件下, 主瓣宽度最窄。道尔夫-切比雪 夫分布阵具有等旁瓣的特点, 其数学表达式是切 比雪夫多项式。道尔夫-切比雪夫分布边射阵是最 优边射阵, 所产生的方向图是最优方向图。
10.2 均匀直线阵
阵因子方向图
（1）主瓣方向
10.2 均匀直线阵
10.2 均匀直线阵
（2） 零辐射方向
阵方向图的零点发生在|f(ψ)|=0 或
显然, 边射阵与端射阵相应的以表示的零点方位 是不同的。
（3） 主瓣宽度
10.2 均匀直线阵
10.2 均匀直线阵匀边射阵的主瓣宽度(以弧度计)近 似等于阵电长度的倒数的两倍。
10.2 均匀直线阵
2、零点发生在
将阵间距d=λ/2代入上式得
对于边射阵, ζ=0, 所以, 第一零点的位置为 主瓣零功率波瓣宽度为
10.2 均匀直线阵
第一旁瓣电平为: 20 lg0.212= −13.5 dB 十二元均匀边射阵方向图
均匀直线阵
3、对于端射阵, ζ= −π, 所以, 第一零点的位置为: 主瓣零功率波瓣宽度为:
天线工程设计基础课件：阵列天线
性，根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、
相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起，并通过适
当的激励达到预定的辐射特性，这种多个辐射源的结构称为
阵列天线。根据天线阵列单元的排列形式，阵列天线可以分
为直线阵列、平面阵列和共形阵列等。
阵列天线
直线阵列和平面阵列形式的天线常作为扫描阵列，使其主波
波束最大值方向，则
阵列天线
6. 2. 2 天线阵的分析
1. 均匀线阵的分析
相邻辐射元之间距离相等，所有辐射元的激励幅度相同，
相邻辐射元的激励相位恒定的线阵就是均匀线阵，如图 6.2所示。列天线图 6.2 均匀线阵
阵列天线
1 )均匀线阵方向图
若 n 个辐射元均匀分布在 z 轴上，这时单元的位置坐标
向图函数。当阵列单元相同时， f n (θ ， ϕ ) = f ( θ ， ϕ )，
对于均匀直线阵有 I n = I 0 ，上式可化为
阵列天线
其中
阵列天线
式(6－62 )为方向图乘积原理，即阵列天线的方向图函
数等于阵列单元方向图函数与阵列因子的乘积。 S (θ ， ϕ )
称为阵列因子方向图函数，它和单元数目、间距、激励幅度
单元共轴排列所组成的直线阵，阵列中相邻单元的间距均为
d ，设第 n 个单元的激励电流为 I n ej β n ，通过将每个阵列
单元与一个移相器相连接，使电流相位依次滞后 α ，
阵列天线
将单元 0 的相位作为参考相位，则 βn =nα 。由几何关系可
知，当波束扫描角为 θ 时，各相邻单元因空间波程差所引起
瓣指向空间的任一方向。当考虑到空气动力学以及减小阵列
天线的雷达散射截面等方面的要求时，需要阵列天线与某些
天线的知识讲座PPT课件
天线的基本知识
1.3.4 波瓣宽度
方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称 为副瓣或旁瓣。参见图1.3.4 a , 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功
率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称 波束宽度 或 主瓣宽度 或 半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。
1.3 天线方向性的讨论
1.3.1 天线方向性
发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功 能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈” 形的立体方向图（图1.3.1 a）。 立体方向图虽然立体感强，但绘制困难， 图1.3.1 b 与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定 平面上的方向性。从图1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射 方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。
半波对称振子的增益为G = 2.15 dBi ; 4个半波对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源) 。 如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd .
半波对称振子的增益为G = 0 dBd （因为是自己跟自己比，比值为1，取对 数得零值。） ； 垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 – 2.15 = 6 dBd .
两个半波振子（带反射板）
在垂直面上的配置
反 射 板
长 度 为 L
增益为 G = 11 ~ 14 dB
两
反
个
射
半
阵列天线分析与综合复习
阵列天线分析与综合复习第一章 直线阵列的分析1. 什么是阵列天线的分析？2. 什么是阵列天线的综合？3. 能导出均匀直线阵列的阵因子sin(/2)(),cos sin(/2)Nu S u u kd u βα==+ 当阵轴为x 轴、y 轴或z 轴时，cos β的表示分别是什么？阵因子与哪些因素有关？4. 均匀侧射阵与端射阵(1) 什么是均匀直线侧射阵和端射阵？它们的阵因子表示分别是什么?(2) 最大辐射方向与最大值(3) 抑制栅瓣条件(4) 零点位置(5) 主瓣零点宽度（侧射阵、端射阵、扫描阵）(6) 半功率波瓣宽度（侧射阵、端射阵、扫描阵）(7) 副瓣电平。
能证明均匀直线阵的副瓣电平SLL=-13.5dB 。
(8) 方向性系数。
■能证明不等幅、等间距直线阵的方向性系数公式(1.38)■当/2d λ=时，能证明得到式(2.26)■能导出均匀直线侧射阵和端射阵的阵因子公式2/D L λ=和4/D L λ=5. 能用Z 变换方法和直接相加法分析书上P17图1.14、图1.15、图1.17分布与P34习题1.10正弦分布的阵列。
即能根据P18表1.2的阵列函数简表导出阵因子，并能写出求和形式的阵因子和作适当的分析。
直线阵列能用Z 变化法分析的条件限制是什么？6. 谢昆诺夫单位圆辅助分析阵列(1) 能由阵列多项式的零点导出阵列激励分布，见P34习题1.13。
(2) 熟悉不同单元间距d 时，,cos ju w e u kd θα==+，w 在单位圆上的轨迹变化。
(3) 根据w 在单位圆上的轨迹变化，能说明阵列不出现栅瓣的条件。
(4) 单位圆上某点与各零点的距离的乘积含义是什么？(5) 能用单位圆分析一个简单直线阵列。
7. 不均匀阵列概念(1) 不等间距阵列(2) 幅度不均匀阵列(3) 相位不均匀阵列(4) 波束展宽方法(5) 相位和幅度误差分析模型8. 单脉冲阵列(激励幅度对称)(1) 和方向图■能根据阵列单元顺序排列写出阵因子方向图函数(单元数不分奇偶)。
天线阵技术
2
dB值:
AF
n
20 log
2
3
13 .47 dB
§4.3 几种常见均匀直线阵
【边射阵】最大值方向指向与阵列轴垂直的方
向。
kd cos 0
0
2
0
0 同时 d n, n 1,2,3,
kd cos 2n cos 0,180 2n
此时除了在 90 外，在 0,180 也出现了与主瓣一样大 的波瓣，此波瓣称为栅瓣。
2
无解
4
cosn
1
2
n
说明在阵列的 和 观 察位置，出现零点，其中 是阵因子产生的零点， 2 是 阵列单元自身产生。
2
§推4.2广二均元匀阵直列线到阵N列元阵列情况，均匀＝等幅，
等间距，单元间等相差且递增分布。
I1 I0e j , I2 I0e j2 ,..., I N 1 I0e j(N 1) , I N I0e j(N )
近似
AF
s in
N 2
sin
1
2
A F n
1 N
sin
N 2
sin
1
2
A F n
sin
N 2
N
2
结论：
① 函数是关于 周期函数，周期为 2 。
② 每个周期内有一个主瓣和 N 2 个副瓣。主瓣的宽度 为 4 N ，副瓣的宽度为 2 N 。
③ 主瓣和副瓣之间出现零值 ，在一个周期内零值的个 数为 N 1 个，零值出现的位置在 2n N (n 1,2,..., N 1)
e jN 1
2
e jN 2
e j1 2
e jN 2 e j1 2
e
jN
移动通信中的电波传播与天线第四讲_电波传播模型.
第5章移动通信系统中的场强预测模型☐场强预测——所谓场强预测是指根据移动通信的不同环境得到通信范围内的场强分布（路径损耗），建立电波传播的模型，以便对通信网进行规划和设计（天线、基站站址、小区半径、频率……）☐传播模式——分为经验模式、半经验或半确定模式、确定性模式。
经验模式是根据大量测量结果统计分析后导出的公式，应用经验模式可以容易和快速地预测路径损耗，不需要有关环境的详细信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。
确定性模式是对具体现场环境直接应用电磁场理论进行计算，如射线追踪方法，环境的描述可以从地形地物数据库中得到。
半经验或半确定模式是基于把确定性方法用于一般的市区或室内环境中导出的公式，为了改善半经验或半确定模式和实验结果的一致性，有时需要根据实验结果对公式进行修正，得到的公式是天线周围某个规定特性的函数。
传播环境——蜂窝移动通信的最大特点就是小区制。
小区的大小和范围直接和传播条件有关，可以根据需要选择小区的大小和范围。
移动通信系统中主要采用宏小区、微小区（微蜂窝）和微微小区（微微蜂窝）三种形式。
经验模式或半经验模式对具有均匀特性的宏小区是合适的。
半经验模式还适用于均匀的微小区，在那里模式所考虑的参数能很好的表征整个环境。
确定性模式适合于微小区和微微小区不管它们的形状如何。
确定性模式对宏小区是不能胜任的，因为对这种环境所需的计算机CPU时间使人无法忍受☐四种电波传播模型——电波传播模型是指通过对电波传播的环境进行不同方法的分析后所得到的电波传播的某些规律、结论以及具体方法。
利用电波传播模型不仅可以估算服务区内的场强分布，而且还可以对移动通信网进行规划与设计。
统计模型（Statistical Model）——通过对移动通信服务区内的场强进行实地测量，在大量实测数据中用统计的方法总结出场强中值随频率、距离、天线高度等因数的变化规律并用公式或曲线表示出来。
实验模型（Empirical Model）——通过实验方法得出某些电波传播规律，但不像统计模型那样用公式或曲线表示出来。
相控阵天线方向图：线性阵列波束特性和阵列因子
相控阵天线方向图：线性阵列波束特性和阵列因子虽然数字相控阵在商业以及航空航天和防务应用中不断增长，但许多设计工程师对相控阵天线并不算了解。
相控阵天线设计并非新生事物，经过数十年的发展，这一理论已经相当成熟，但是，大多数文献仅适合精通电磁数学的天线工程师。
随着相控阵开始包含更多混合信号和数字内容，许多工程师可以从更直观的相控阵天线方向图说明中获益。
事实证明，相控阵天线行为与混合信号和数字工程师每天处理的离散时间采样系统之间有许多相似之处。
本系列文章的目的并非培养天线设计工程师，而是向使用相控阵子系统或器件的工程师展现他们的工作对相控阵天线方向图的影响。
波束方向首先，让我们来看看一个直观的相控阵波束转向示例。
图1是一个简单的图示，描绘了波前从两个不同方向射向四个天线元件。
在接收路径上的每个天线元件后面都会产生延时，之后所有四个信号再汇总到一起。
在图1a中，该延时与波前到达每个元件的时间差一致。
在本例中，产生的延时会导致四个信号同相到达合并点。
这种一致的合并会增强组合器输出的信号。
在图1b中，产生的延时相同，但在本例中，波前与天线元件垂直。
现在产生的延时与四个信号的相位不一致，因此组合器输出会被大幅削弱。
图1. 理解转向角度。
在相控阵中，延时是波束转向所需的可量化变量。
但也可以通过相移来仿真延时，这在许多实现中是十分常见且实用的做法。
我们将在介绍波束斜视的部分讨论延时与相移的影响，但目前我们先来了解相移实现，然后推导相应相移的波束转向计算。
图2所示为使用移相器而非延时的相控阵排列。
请注意，我们将瞄准线方向(θ= 0°)定义为垂直于天线正面。
瞄准线右侧定义为正角θ，瞄准线左侧定义为负角。
图2. 使用RF移相器的相控阵概念。
要显示波束转向所需的相移，可以在相邻元件之间绘制一组直角三角形，如图3所示。
其中，ΔΦ表示这些相邻元件之间的相移。
图3. 相移ΔΦ与波束转向角度的推导。
图3a定义了这些元件之间的三角恒等式，各元件之间相隔距离用(d)表示。
直线阵列天线通信技术的研究和应用
直线阵列天线通信技术的研究和应用随着信息技术的飞速发展，现代社会已经进入一个信息化时代，人们不断地寻求更加高效、便捷的通信方式，从而促进了通信技术的不断进步和发展。
在通信技术领域中，直线阵列天线技术一直备受关注，它具有传输距离远、带宽宽、信号稳定等优点，因此在现代通信系统中得到了广泛的应用。
本文将深入探讨直线阵列天线通信技术的相关研究和应用。
一、直线阵列天线技术的概述直线阵列天线技术是一种利用多个天线元件组成的天线系统。
这种天线系统的特点是其天线元件之间等间距排列，从而形成了一个规则的排列结构。
直线阵列天线技术以天线阵列的高度和天线元件之间的距离为基础，使信号传输过程中受到的干扰较小，信号的传输方式更加稳定和高效。
二、直线阵列天线通信技术的优点1、传输距离远传统的单一天线进行通信时，随着信号距离的增大，信号的强度会瞬间下降。
而在直线阵列天线中，由于有多个天线元件的参与，能够弥补单一天线在信号传输中的不足，从而保证信号在传输过程中的稳定性和距离的可控性。
2、带宽宽在传统通信技术中，由于天线系统的限制，其能够传输的带宽是非常有限的。
而直线阵列天线技术则可以利用多个天线元件进行通信，从而扩大了信号的传输带宽，大大增强了通信系统的数据传输效率。
3、信号稳定在传输过程中，由于天线的设计和布局，直线阵列天线技术的信号传输更加稳定可靠。
天线元件之间等距离排列，信号在传输过程中会受到少量的干扰，因此其传输质量更加可靠和稳定。
三、直线阵列天线通信技术的应用直线阵列天线技术的广泛应用领域包括：雷达技术、卫星通信、移动通信、电视广播、第五代移动通信等。
下面将以卫星通信和第五代移动通信为例进行简要介绍。
1、卫星通信卫星通信是利用通信卫星作为中继站进行数据传输的一种通信方式。
对于卫星通信来说，直线阵列天线技术的应用十分广泛，通过多个天线元件的参与，使信号传输过程中受到的干扰更少，从而保证了信号的传输质量，提高了通信的稳定性和可靠性。
阵列天线分析与综合
阵列天线分析与综合前言任何无线电设备都需要用到天线。
天线的基本功能是能量转换和电磁波的定向辐射或接收。
天线的性能直接影响到无线电设备的使用。
现代无线电设备，不管是通讯、雷达、导航、微波着陆、干扰和抗干扰等系统的应用中，越来越多地采用阵列天线。
阵列天线是根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起组成的。
如果按直线排列，就构成直线阵；如果排列在一个平面内，就为平面阵。
平面阵又分矩形平面阵、圆形平面阵等；还可以排列在飞行体表面以形成共形阵。
在无线电系统中为了提高工作性能，如提高增益，增强方向性，往往需要天线将能量集中于一个非常狭窄的空间辐射出去。
例如精密跟踪雷达天线，要求其主瓣宽度只有1/3度；接收天体辐射的射电天文望远镜的天线，其主瓣宽度只有1/30度。
天线辐射能量的集中程度如此之高，采用单个的振子天线、喇叭天线等，甚至反射面天线或卡塞格伦天线是不能胜任的，必须采用阵列天线。
对一些雷达设备、飞机着陆系统等，其天线要求辐射能量集中程度不是很高，其主瓣宽度也只有几度，虽然采用一副天线就能完成任务，但是为了提高天线增益和辐射效率，降低副瓣电平，形成赋形波束和多波束等，往往也需要采用阵列天线。
在雷达应用中，其天线即需要有尖锐的辐射波束又希望有较宽的覆盖范围，则需要波束扫描，若采用机械扫描则反应时间较慢，必须采用电扫描，如相控扫描，因此就需要采用相控阵天线。
在多功能雷达系统中，既需要在俯仰面进行波束扫描，又需要改变相位展宽波束，还需要仅改变相位进行波束赋形，实现这些功能的天线系统只有相控阵天线才能完成。
随着各项技术的发展，天线馈电网络与单元天线进行一体化设计成为可能，高集成度的T/R组件的成本越来越低，使得在阵列天线中的越来越广泛的采用，阵列天线实现低副瓣和极低副瓣越来越容易，功能越来越强。
等等。
综上所述，采用阵列天线的原因大致有如下几点：■容易实现极窄波束，以提高天线的方向性和增益；■易于实现赋形波束和多波束；■易于实现波束的相控扫描；■易于实现低副瓣电平的方向图。
天线阵的原理与应用
前言随着科技的发展，有线通信渐渐被无线通信所替代。
人们尝到了无线通信带来的方便，已经离不开它。
现代生活中，移动电话，电视，收音机，无线路由，无线电导航，雷达等等，无一不体现着无线生活带来的便利。
而这些无线的设备离开导线后之所以还能够正常使用，天线在其中扮演着重要的角色。
天线的发明距今已有100多年的历史，第一个天线是德国物理学家赫兹在1887年为验证英国数学家麦克斯韦预言的电磁波而设计的。
它的发射天线是两根30cm的金属杆，杆的终端连接两块40cm见方的金属板，采用火花放电激励电磁波，接收天线是环天线。
早期的无线电主要应用于远洋通信，第一次使用它是在1901年，意大利物理学家马可尼采用一种大型天线，其发射天线为50根下垂铜线组成的扇形结构，顶部用水平横线连在一起，横线挂在两个高10英尺，相聚200英尺的塔上，电火花放电视发射机接在天线和地之间。
天线应用最早是在长波远洋通信上，这时天线的主要发展集中在长波波段上。
自1925年以后，中、短波无线电广播、通信开始逐渐应用，而后的各种中、短波天线得到迅速的发展。
第二次世界大战中，雷达的应用促进了微波天线特别是反射面天线的发展，在这以后的30多年是无线电电子学飞速发展的时代，微波中继通信、散射通信、电视广播的飞速发展，特别是20世纪50年代后期，人类进入太空时代，对天线提出了许多新的要求，出现了许多新型天线。
在实际的无线电系统中，为了完成特定的任务和提高工作性能，在电气上有的需要特殊波束的天线，有的需要天线有很强的方向性（很高的增益）。
这是就要采取天线阵的方式来解决这类问题。
本文将对天线阵的原理做一些定性分析，同时讨论其应用方向。
摘要两个或两个以上的个别的(或离散的)天线组成的天线系统称为天线阵（又称阵列天线或离散阵列）。
构成天线阵的个别天线叫做天线元（或辐射元），简称为阵元。
阵元排列方式有线阵、平面阵和空间阵。
从性能和使用的特殊要求来分类，阵列天线可分为：一般阵列、相位控制阵列、自适应阵列和信号处理阵列。
天线阵的原理与应用
天线阵的原理与应用前言随着科技的发展，有线通信渐渐被无线通信所替代。
人们尝到了无线通信带来的方便，已经离不开它。
现代生活中，移动电话，电视，收音机，无线路由，无线电导航，雷达等等，无一不体现着无线生活带来的便利。
而这些无线的设备离开导线后之所以还能够正常使用，天线在其中扮演着重要的角色。
天线的发明距今已有100多年的历史，第一个天线是德国物理学家赫兹在1887年为验证英国数学家麦克斯韦预言的电磁波而设计的。
它的发射天线是两根30cm的金属杆，杆的终端连接两块40cm见方的金属板，采用火花放电激励电磁波，接收天线是环天线。
早期的无线电主要应用于远洋通信，第一次使用它是在1901年，意大利物理学家马可尼采用一种大型天线，其发射天线为50根下垂铜线组成的扇形结构，顶部用水平横线连在一起，横线挂在两个高10英尺，相聚200英尺的塔上，电火花放电视发射机接在天线和地之间。
天线应用最早是在长波远洋通信上，这时天线的主要发展集中在长波波段上。
自1925年以后，中、短波无线电广播、通信开始逐渐应用，而后的各种中、短波天线得到迅速的发展。
第二次世界大战中，雷达的应用促进了微波天线特别是反射面天线的发展，在这以后的30多年是无线电电子学飞速发展的时代，微波中继通信、散射通信、电视广播的飞速发展，特别是20世纪50年代后期，人类进入太空时代，对天线提出了许多新的要求，出现了许多新型天线。
在实际的无线电系统中，为了完成特定的任务和提高工作性能，在电气上有的需要特殊波束的天线，有的需要天线有很强的方向性（很高的增益）。
这是就要采取天线阵的方式来解决这类问题。
本文将对天线阵的原理做一些定性分析，同时讨论其应用方向。
摘要两个或两个以上的个别的(或离散的)天线组成的天线系统称为天线阵（又称阵列天线或离散阵列）。
构成天线阵的个别天线叫做天线元（或辐射元），简称为阵元。
阵元排列方式有线阵、平面阵和空间阵。
从性能和使用的特殊要求来分类，阵列天线可分为：一般阵列、相位控制阵列、自适应阵列和信号处理阵列。
天线基本理论
③副瓣电平—sll
副瓣电平是指最大副瓣的最大值P2与主瓣最大值 Pmax之比的分贝数，则
sll 10lg P2 (d B) Pmax
sll 20lg E2 (d B) Emax
Fsll—称为第一副瓣电平。
返回
上一页 下一页
微波技术与天线
④背瓣电平（前后辐射比）—Bll 后瓣最大值E″与主瓣最大值Emax之比称为前后辐射 比。
Bll 20lg E (d B) Emax
通常，天线在某一平面的主瓣宽度与天线在这一平 面的电长度成反比。
波长越短，天线就能做得越大（与波长相比），天 线方向图的主瓣宽度也越小。
所以在超短波和波长更短的波段内天线的方向性较 强。
返回
上一页 下一页
微波技术与天线
3、方向系数
天线在最大辐射方向上的功率密度Smax和总辐射功 率相同的无方向性天线（且效率为100％），在同一
微波技术与天线4.5.2 天线效率 Nhomakorabea增益系数
1、天线效率
定义：天线的辐射功率Pr与输入到天线的功率Pin的 比值，
A Pr Pin
天线的损耗有天线系统中的热损耗、介质损耗、感 应损耗等。
若用Rin和Rr 分别表示归于输入电流I0的输入电阻和 辐射电阻，Rl表示归于同一电流的损耗电阻。
Pr
1 2
返回
上一页 下一页
微波技术与天线
例4-1 对称振子方向图函数 f ( , ) cos(kl cos ) coskl s in
当l /λ≤0.5时，θ=90°是它的最大辐射方向即
f ( ,) max 1 coskl
F( ,) cos(kl cos ) coskl sin (1 coskl)
天线原理与设计—第十一章直线阵II
11.2 互耦
对于单个孤立天线，输入阻抗为 对于双天线阵
假定阵元2 的端口上跨接负载阻抗
Z 2g ，使
5.2 互耦
阵元1 的输入阻抗为：
两个天线之间的耦合等效为如下电路
对单个孤立天线，Z12 =0 ，Z1 =Z11 如果阵元2 开路，Z1 =Z11 ，开路意味着所有沿阵
11.2 互耦
对天线阵的处理一般按如下假设：阵元端口电流
正比于激励，阵元电流分布都相同，且方向图乘 积定理成立。
实际中，阵元之间有相互作用，改变了阵元的电
流幅度、相位，从而也改变了阻抗，这种相互作 用称为互耦。
阵元之间的相互影响取决于阵元间距、频率及最
大辐射方向。
11.2 互耦 通常，造成互耦有三种原因：
十一、直线阵 II
11.1 非均匀激励等间距直线阵
上一讲所述的均匀直线阵是指各阵元相同、等间
距、电流幅度相等、相邻阵元相位差相同的阵列。
非均匀激励等间距直线阵则指各阵元相同、等间
距、相邻阵元相位差相同、但激励的电流幅度不 均匀的阵列，即，除了电流振幅不同，其他与均 匀直线阵相同。
非均匀激励阵通过调节各阵元的电流幅度和相位，
11.1 非均匀激励等间距直线阵
五元阵: (1:4:6:4:1)
二项式阵没有旁瓣，但主瓣比均匀线阵、三角形 分 布线阵宽，方向性低。
11.1 非均匀激励等间距直线阵 【例11-4】 倒三角形电流幅度分布的五元阵方向图
电流比值：3:2:1:2:3
主瓣宽度减小，旁瓣电平增加，但方向性还是小
于均匀阵。
（3）三角形阵
（4）倒三角形阵 （5）- 30dB 的 道尔夫- 切比雪夫
11.1 非均匀激励等间距直线阵
天线的方向图PPT教案
平行排列的元八半波振子阵的xy面归 一化方 向图
比较四元阵和八元阵的xy(H)面总场方向可见，八元阵主瓣 变窄，方向性增强，但副瓣增多，四元阵一个象限只有一 个副瓣，八元阵一个象限有三个副瓣。
第23页/共48页
例将上例中平行排列的八元半波振子阵再增加一排，两排间距为 dx=/4 ，前排馈电相位滞后于后排90°，如图所示。求该复 式 天线阵在XY平面内的方向图.
第19页/共48页
fa 1 e j e j2 e j3
1 e j 1 e j2 fa1 fa2
对于具有对称结构的阵列，可将阵列中的单元天线分成两个单 元一组，求出每一组的阵因子(如 fa1)及 组间阵因子(如 )，然 后把fa2这 些 阵因子相乘，就可得到阵列的总场阵因子。 如果熟知单元天线的方向图，和典型的不同间距的二元阵阵因 子的方向图，利用方向图相乘原理，就可迅速画出整个阵列的 总场方向图。
天线阵的辐射可由阵1内各天线的辐射迭加求得,它与每 一天线的型式,相对位置和电流分布等有关,选择并调整 天线的型式,位置和电流关系,就可得到适合需要的各种 型式的方向图.
第1页/共48页
1.二元天线阵 二元天线阵是由两个同类型，同尺寸的天线组成的。我 们以点来表示这两个天线单元，单元间距为d，两单元 激励电流分别为I0和I1，如图所示并建立坐标系。它们 到远区观察点的距离分别为r0和r1。由于观察点很远， 可认为两条射线r0和r1平行。
第27页/共48页
第28页/共48页
对于有限长度的对称振子天线，通常是以垂直和水平两种 方式架设在地面上。采用镜像法时，这两种架设方式的镜 像如下图所示。
对称振子的镜像
对称振子天线上的电流为正弦分布，但是可把天线分割成许多基 本振子，有基本振子的镜像的合成便是整个天线的镜像。镜像电 流满足如下规则： (1) 垂直对称振子，其镜像点电流与原电流等幅同相； (2) 水平对称振子，其镜像点电流与原电流等幅反相。 只要确定了天线上某点对应的镜像点，其镜像电流不难确定。
天线第四讲-直线阵I
I
I
d
2
South China University of Technology
[例4-2] 画出两个沿x方向排列，间距为λ/2，且平 行于z轴放置的半波振子，在等幅同相激励时的H 面方向图。
解: 等幅同相激励时, d=λ/2, ζ=0, 则其H面方向图
函数为
FH
( )
cos(
2
cos)
在垂直于天线阵轴的方向( =±π/2), 两个振子的场 同相相加, 而在 =0、π方向，, 两阵元的间距所引 入的波程差为λ/2, 相位差为180°, 故场相互抵消, 辐射场为零。称之为边射阵。
解: 将d=λ/4、ζ= −π/2 代入，
得到H面和E面方向图函数为
FH ()
cos[ 4
(cos
1)]
FE ( )
cos( cos )
2
sin
| cos
4
(sin
1) |
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
[例4-3] 画出两个沿x方向排列间距为λ/2、且平行于 z 轴放置的半波振子，在等幅反相激励时的H面方 向图。
解:等幅反相激励时, d=λ/2, ζ= π，得到其H面方向 图函数为：
FH ()
cos(
2
(cos
1)
sin(
2
4.1 二元天线阵
由若干天线按某种方式排列所构成的系统称为天 线阵(antenna array)。
王健阵列天线讲义4
§2.6 伍德沃德—劳森抽样法简称伍德沃德法。
这种方法是用于天线波束赋形的一种常用的方向图综合方法，它是对所需方向图在不同离散角度处进行抽样来实现预期方向图的。
与各方向抽样和联系的是谐波电流，谐波电流对应的场叫做构成函数。
综合方法分为连续的线源和离散的线阵分别讨论。
对于连续线源。
其构成函数为形式，对于离散线阵，其构成函数为形式。
各谐波电流激励系数等于所要求的方向图在对应抽样点上的幅度。
谐波电流的有限项之和为源的总激励。
构成函数的有限项之和则为综合的方向图，其中每一项代表一个电流谐波产生的场。
sin()/m m a u u m m sin()/(sin )m m a nu n u m a 伍德沃德方法中有关公式的处理类似于信号理论中的香农(Shannon)抽样定理。
该定理指出：“一个有限频带的函数，如果最高频率为()g t h f ，则函数可以用等间隔的抽样唯一地表示。
抽样间隔必须不大于()g t 1/(2)/2h h t f T Δ==，为对应于最高频率的周期”。
用类似的方法综合天线方向图时，其抽样间隔应取h T /L λ弧度，L 为源的长度。
2.6.1连续线源(1) 连续线源上的电流分布对于长为L 的连续线源，伍德沃德方法是令连续线源的总电流I (z )在线上用若干谐波电流()n I z 的有限和来表示：()(),/2/2N n n N I z I z L z L =−=−≤∑≤ (2.119)式中谐波电流为cos (),/2/2n jkz n n a I z e L z L Lθ−=−≤≤ (2.120) n θ代表所需方向图的抽样角度。
(2N 个偶数抽样)1,2,,n =±±± N N (2N +1个奇数抽样)0,1,2,,n =±±± (2) 谐波电流产生的场方向图由各谐波电流()n I z 产生的场方向图函数(即构成函数)为/2/2(cos cos )cos /2/2()()n L L jkz jkz n n n L L a S I z e dz e L θθθθ−−−==∫∫dzsin[(cos cos )]2(cos cos )2n n n kL a θθθθ−=− (2.121) 其最大值发生在n θθ=处。
- 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)。
由两个二元阵构成的三元阵是天线阵的一种特殊
South China University of Technology
情况, 即这种天线阵没有旁瓣, 称为二项式阵。
在N元二项式阵中, 天线元上电流振幅是按二项式
展开的系数Nn分布的, 其中n=0, 1, …, N1。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
I
d
South China University of Technology
I
2
[例4-2] 画出两个沿x方向排列，间距为λ/2，且平 行于z轴放置的半波振子，在等幅同相激励时的H 面方向图。 解: 等幅同相激励时, d=λ/2, ζ=0, 则其H面方向图 函数为 FH ( ) cos( cos )
二元天线阵是由间距为d，
South China University of Technology
沿x轴排列的两个相同的阵 元所组成。
两个阵元振幅相等、相位
M z r1
差为ζ, 各自的远区辐射电 场为
r2
E 1 Em Felement ( , )
e
jkr1
1
r1
j
d
2 x
I
South China University of Technology
Ie
d
j
2
=0 时，两个单元的场叠加，
4
辐射最大； =π时，场抵消， 辐射为零, 最大辐射方向为阵的 轴线，称为端射阵。
半波振子二元阵的H面方向图
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
阵, 各元激励的相位相同, 振幅为1∶2∶1, 试讨论 这个三元阵的方向图。 解: 这个三元阵可等效为由两个间距为λ/2的二元 阵组成的二元阵。H面方向图函数为
FH ( ) cos( cos ) 2
/2
1 2 /2
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
半波振子二元阵
如果天线阵由两个沿x 轴排列且平行于z轴放置的
South China University of Technology
South China University of Technology
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
[例4-4]由三个间距为λ/2的各向同性元组成的三元
60° 60
30 30°
与二元阵比 较，这种三 元边射阵的 方向图更尖 锐，方向性 更强，但两 者的方向图 均无旁瓣。
150°
180°
0°
21 0 ° 210
33 0 330°
24 0 240 °
30 0 ° 300
270°
三元二项式阵的H面方向图
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
4.1 二元天线阵
由若干天线按某种方式排列所构成的系统称为天
South China University of Technology
线阵(antenna array)。
构成天线阵的天线称为辐射单元或阵元。 若排列方式按直线排列，称为直线阵或线阵。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
天线 Antennas
第4讲
直线阵I
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 qxchu@
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
kd cos kd sin cos
所以, 二元阵的场强方向图函数为
F ( , ) Felement ( , ) f ( )
Felement ( , ) 是阵元的方向图函数，称为元因子。
f ( ) cos
2
是二元阵的贡献，称为阵因子。
第4讲内容
South China University of Technology
二元天线阵 均匀直线阵
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
结论：二元阵的E面和H面方向图函数与单个半波 振子的是不同的, 特别在H面, 由于单个半波振子无 方向性, 天线阵H面方向函数完全取决于阵因子。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
k
2
South China University of Technology
[例4-1]画出两个平行于z 轴放置, 且沿x 方向排列 的半波振子, 在d=λ/4、ζ= −π/2时的H面和E面方向 图。 解: 将d=λ/4、ζ= −π/2 代入， 得到H面和E面方向图函数为 FH ( ) cos[ (cos 1)]
I
d
Ie
4
j
2
South China University of Technology
半波振子二元阵的E面方向图
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
分别令ϕ=0和θ=π/2, 即得二元阵天线的E 面和H面
South China University of Technology
方向图函数分别为
cos cos 1 2 d 2 FE ( ) cos ( sin ) sin 2
1 2 d FH ( ) cos ( cos ) 2
[例4-3] 画出两个沿x方向排列间距为λ/2、且平行于 z 轴放置的半波振子，在等幅反相激励时的H面方 向图。 解:等幅反相激励时, d=λ/2, ζ= π，得到其H面方向 图函数为：
FH ( ) cos( (cos 1) sin( cos ) 2 2
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
在阵元相同的条件下, 天线阵的方向图函数是单元
South China University of TeResearch Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
120° 12 0
South China University of Technology
90°1
0 .8 0 .6 0 .4 0 .2
2
在垂直于天线阵轴的方向( =±π/2), 两个振子的场 同相相加, 而在 =0、π方向，, 两阵元的间距所引 入的波程差为λ/2, 相位差为180°, 故场相互抵消, 辐射场为零。称之为边射阵。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
对于分母
1 1 r1 r2
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
于是
South China University of Technology
Felement ( , ) jkr1 E Em e [1 e jkd cos e j ] r1 2 Em jkr1 Felement ( , ) cos e r1 2
South China University of Technology
阵
900
阵轴方向