第3章 天线阵

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第2章__天线阵的分析与综合(1)

第2章__天线阵的分析与综合(1)

条件:电流相位差 = 0 ,馈电电流等幅 (k=1) 。
d cos
2d
cos
归一化阵因子
Fa (
)
cos
d
cos
d cos
2d
cos
Fa (
)
cos
d
cos
令Fa( M) = 1,得同相二元阵的最大辐射方向
M = 90
侧射式(边射式)天线阵:最大辐射方向在阵轴的两侧
的天线阵。
d = 0.5
d=
图 (a)分 析1: 两 个单 元天线馈电电流同相,
直线天线阵:各单元天线的中心(馈电点)排列成一条 直线的天线阵;
平面天线阵:各单元天线的中心在一个平面之内的天线阵; 立体天线阵:各单元天线的中心处于三维空间的天线阵。
天线阵由相似元构成。 相似元:形式相同,取向相同的单元天线。
任何天线都可以作为单元天线,简单的天线阵也 可以作为单元天线。
直线阵
2d
结论:天线阵的最大辐射方向由电流相位差 和元间距
d 决定。
fa ( )
fa ( )
2cos
2
fa (
)
2 cos
d
cos
2
当 = 0 时,阵因子有最大值,且 famax = 2
二元均匀阵归一化阵因子
Fa ( ) Fa ( )
1 2
fa
(
)
cos
2
cos
d
cos
2
(1)等幅同相二元阵
d cos
2d
cos
d cos :由波程差引起的相位差;
:阵元 2 馈电电流超前于阵元 1 馈电电流的相位差。
d 、 给定后, 是方向变量 的函数。

天线复习——精选推荐

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第1章天线基础知识1.什么是电基本振子,电基本振子远区辐射场的特点?电基本振子是一段理想的高频电流直导线,其长度l 远小于波长λ,其半径a 远小于l ,同时振子沿线的电流I 处处等幅同相。

远区场特点:p4,包括大小关系、方向关系。

00060sin ,/==377jkr Il E j e H E r q j q m p q h h l e -==W ,对真空,2.远区场坡印廷矢量平均值计算公式(会计算):p4。

与距离平方、波长平方成反比,与子午角正弦的平方成正比。

电基本振子远区辐射场的主要特性:(1) E θ、H υ均与距离r 成反比,成反比,辐射场的等相位面为辐射场的等相位面为r 等于常数的球面,E 、H 和S av 相互垂直,且符合右手螺旋定则。

(2)传播方向上电磁场的分量为零。

(3)E θ和H υ的比值为常数。

(4)E θ和H υ与sin θ成正比。

(5)辐射功率P r 正比于(Il/λ)2。

如果是近区,电场与磁场相差90度相位差。

3.电基本振子的辐射功率和辐射电阻公式(会计算,p5) 22240()r l P I p l =4.电基本振子和磁基本振子远区辐射功率比较对同样电长度的导线绕制成磁偶极子,在电流振幅相同情况下,远区的辐射功率比电偶极子小几个数量级。

磁基本振子的辐射场是根据电磁对偶性原理推得的。

5.天线的方向函数定义:p8 (,,)(,)60/E r f I rq j q j =归一化方向函数:max max(,)(,)(,)(,)E f F f E q j q j q j q j ==电基本振子的E 面归一化方向函数F (θ,φ)=|sin θ| ,H 面为圆。

6.E 面方向图与H 面方向图如何定义的?p9 E 面方向图:电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面;H 面方向图:磁场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面。

功率方向图(也有E 面和H 面之分):Φ(θ,φ)=F 2(θ,φ) 半功率点波瓣宽度(3d B 波瓣宽度)2θ0.5E (E 面)或2θ0.5H (H面)。

2010《天线技术》第02章-

2010《天线技术》第02章-

l r 60 I m cos(kl cosθ ) cos( kl ) jkr e = j λ sin θ
Eθ (θ ) = j
60π I m e
jkr
λ
sin θ ∫
l
sin k (l z )e jkz cosθ dz
(1―4―4)
11
此式说明,对称振子的辐射场仍为球面波;其极 化方式仍为线极化;辐射场的方向性不仅与θ有关,也 和振子的电长度有关. 根据方向函数的定义(式(1―2―2)),对称振子 以波腹电流归算的方向函数为
6
矩矩矩
|I|
0.5
|I|
正正正正
矩矩矩
0.5
正正正正
0 0 0.05 0.1 l/λ 0.15 0.20 0.25 0 0 0.1 0.2 l/λ 0.3 0.4 0.5
图1―4―2 对称振子电流分布 (理想正弦分布与矩量法计算结果)
7
1.4.2 对称振子的辐射场 确定了对称振子的电流分布以后,就可以计算它 的辐射场. 欲计算对称振子的辐射场,可将对称振子分成无 限多电流元,对称振子的辐射场就是所有电流元辐射 场之和.在图1―4―3的坐标系中,由于对称振子的辐 射场与φ无关,而观察点P(r,θ)距对称振子足够远,因 而每个电流元到观察点的射线近似平行,因而各电流 元在观察点处产生的辐射场矢量方向也可被认为相同, 和电基本振子一样,对称振子仍为线极化天线.
Eθ (θ ) cos( kl cos θ ) cos(kl ) f (θ ) = = 60 I m / r sin θ
(1―4―5)
12
上式实际上也就是对称振子E面的方向函数;在 对称振子的H面(θ=90°的xOy面)上,方向函数与φ 无关,其方向图为圆.

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E
Em r
N1
F(, ) e jkr e ji( kdsin cos)
i0
Em e jkr F(, ) 1 e j e j2 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):
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0
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例三:(1)
两半波阵子,沿x轴,间距 d ,
4
2
H面方向图(xoy平面)为:
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例三:(2) E面方向图(zoy平面)为:
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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:
一 相关概念
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• 提出目的: 为了加强天线的方向性!
❖ 天线阵: 将若干辐射单元按某种方式排列,形成天线阵. (辐射单元:天线元/阵元)
❖ 天线阵的辐射场: 由天线元所产生的矢量场叠加,其上的电流振幅和相位分布 满足适当的关系得到. (相似元:各阵元的形状与尺寸相同,相同姿态排列)
F(
,
)
e jkr 1 r1
(1 e j )
F(, ) cos h cos cos h sin
---元因子:表示组成天线阵的单个辐射元的方向图函数. 其值仅取决于天线元本身的类型和尺寸.它体现了天 线元的方向阵对天线阵方向性的影响.

通信对抗原理第3章 通信信号的测向与定位

通信对抗原理第3章 通信信号的测向与定位

第3章 通信信号的测向与定位
3.1 测向与定位概述
3.1.1通信辐射源测向系统组成 通信测向系统包括测向天线、接收机、处理器、控制器和
显示器等设备。其基本组成如图3.1-1 测向天线接收空间的电磁信号,在少数情况下,测向天线
由单个天线构成。在大多数情况下,测向天线由在空间按照一 定规律排列的多个天线阵元构成,根据不同的测 通信信号的测向与定位
①测向和定位速度:表示测向或定位设备对目标完成一次 测向或定位所需要的时间,它包括接到命令把接收机置定到被 测频率上截获目标信号、进行处理运算以及把结果送到显示器
测向接收机的主要功能是对天线系统送来的信号进行选择 和放大,为随后的测向处理提供幅度特性和相位特性合适的中 频信号。根据测向方法的不同,测向接收机可以采用单信道
第3章 通信信号的测向与定位
图3.1-1通信测向设备的基本组成
第3章 通信信号的测向与定位
测向处理、控制及显示单元的主要功能是对测向接收机送 来的含有方位信息的测向信号进行模/数(ADC)变换、处理和 运算,从信号中提取方位信息,并对测向结果进行存储、显示 或打印输出。它的另一功能是控制测向设备各组成部分(测向 天线、接收机、测向处理显示器、输出接口等)协调工作,例 如测向天线的阵元转换、接收机本振及信道的控制、测向工作 方式的选择、测向速度及其他工作参数的设置、测向设备的校 准以及测向结果的输出等均由测向处理控制显示单元来控制。
无源定位是在通信测向的基础上发展起来的,因而利用测 向的结果进行定位计算或估计是最经典和最成熟的定位技术, 称为测向定位法。后来,随着各种测向和定位技术的开发及利 用,时差定位、多普勒频移定位、测向和频差以及时差和频差
第3章 通信信号的测向与定位
3.1.3通信测向和定位设备的主要指标 测向和定位设备在电性能、物理性能、环境和使用要求及

天线原理与设计—第三章V型振子

天线原理与设计—第三章V型振子

3.4 八木天线
参数设计:
1)引向器距离一般为0.25~0.35λ, 长阵多用长间距,短阵多用短间距。 反射器的长度约为0.5λ,激励源长度 为无寄生元时的谐振长度,引向器 长度一般比谐振长度短10%到20% 。 2)一般用一个反射器,若干个引向 器。当引向器增加到5-6个,增益提 高明显,继续增加到14个,怎一变化 不大,一次,多为6~14个左右
3.4 八木天线
参数设计:
1)增益对引向器 的长度较敏感。 2)支撑杆的长 度也有影响
3.4 八木天线
3.4 八木天线
3.4 八木天线 12单元的八木宇田天线方向图
方向性系数为11.82dBd, 前后比为38.5dB,输入阻抗 为26.5+j23.7������
3.4 八木天线
为什么八木天线多用折合振子作激励?
输入阻抗
3.2 折合振子
天线模式 (even mode)
两并列振子电流同向, 总电流为Ia, 激励电压 为U/2, 若振子的输入 阻抗为Zd
3.2 折合振子
传输线模式 Odd mode 两振子电流反相可 以等同于双线传输
输入阻抗
总电流为 It+Ia/2, 激励电压为U
输入阻抗
1) 折合振子的输入阻抗可以等效为四个串联的对 称振子与两个串联的短路传输线的并联。
分析:
折合振子可以等效为平行排列的、间距很小的、馈 电相同的二元对称振子阵
3.2 折合振子
辐射特性:
1)对于远场区,由于间隔很小,之间的相位差可以 忽略不计,折合振子的辐射场可以近似为两个对称 振子辐射场的叠加。 2)在折合振子与单个对称振子馈电电流相同的条件 下,折合振子的辐射功率是单个对称振子辐射功率 的二倍。 3)辐射功率相同的条件下,折合振子的输入电流是 对称振子输入电流的一半。

天线的方向图

天线的方向图
要严格地分析地面对天线方向图的影响,是一个十分复杂 的问题,这将涉及到分层媒质中的天线及电磁波传播理论。 一般而言,大地是一种有耗媒质,其电导率不为零。
介绍工程上采用的镜像法和反射系数法.
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元天线的镜像
三种情况的基本振子镜像
垂直基本振子的镜像电流与原电流等幅同相,即I’=I(称为正 像);水平基本振子的镜像电流与原电流等幅反相,即I’=I(称为负像);倾斜基本振子的镜像电流取向相反,镜像电流
的垂直和水平分量分别为原电流对应分量的正像和负像
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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。
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则远区的总场为
E E0 E1 E0 1 me j
可见,二元阵总场方向图由两部分相乘而得,第一部分与 单元天线的方向图函数有关;第二部分称为阵因子,它与
单元间距d、电流幅度比值m、相位差和空间方向角有
关,与单元天线的型式无关。因此得方向图相乘原理:由 相同单元天线组成的天线阵的方向图函数等于单元方向图 函数与阵因子的乘积。
E
2 E0
sin d
cos
阵因子函数只与角有关,与角无关,说明阵因子方向图关于
阵轴旋转对称
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第3章 行波天线

第3章  行波天线

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:
(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
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。
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。 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 电视信号接收原理天线及高频调谐器1

第3章 电视信号接收原理天线及高频调谐器1

第3章电视信号接收原理天线及高频调谐器3.1电视信号的接收原理※ 3.2 电视接收天线、馈线及阻抗变换器3.3 高频调谐器3.3.1 高频调谐器的功能及性能要求3.3.2 高频调谐器的类型3.3.3 电子调谐高频头3.3.4 电视频道预置器3.1 电视信号的接收原理3.1.1 黑白电视机电路框图及显像过程1.黑白电视接收机的方框图伴音通道高频头中频通道视放行场扫描图3-1黑白电视机方框图黑白电视接收机整体电路结构可分为高频调谐器(高频头)、中频通道(中放)、伴音通道、视频放大(视放)、扫描电路和电源几部分。

高频头中频通道伴音通道亮度通道 行场扫描色度通道解码矩阵3.1 电视信号的接收原理彩色电视机的高频调谐器,中频通道、伴音通道、扫描电路与黑白电视机相同,仅仅是要求不同。

3.1.2 彩色电视接收机组成框图及信号接收过程彩色电视要兼容黑白电视,黑白电视机所具备的功能彩色电视机完全具备。

所不同的是彩色电视机还必须具有对色度信号和色同步信号的处理功能,如图3-2所示。

图3-2彩色电视机方框图3.1 电视信号的接收原理④ 行场扫描电路与黑白电视基本相同图3-2彩色电视机方框图3.2 电视接收天线、馈线及阻抗变换器3.2.1 电视接收天线1. 天线的技术指标(1) 增益天线的增益是指在最大接收方向上接收到的信号电压(或功率)与基本半波振子天线在相同位置接收到的信号电压(或功率)的比值。

天线增益说明接收能力强弱。

(2)方向性天线对不同方向的信号具有不同的接收能力,称为天线的方向性。

(3)输入阻抗天线的输入阻抗,一般指天线处于谐振状态时的纯电阻值。

(4)通频带单频道电视天线通频带最少应在 8MH Z以上,多频道电视天线通频带应能覆盖所有接收频道。

天线通频带与制作天线的导体材料直径有关。

(b)二单元折合振子天线图 3‐3 天线方向图由图可见,水平放置的基本半波振子天线,并不是对任何方向来的信号都能同样接收的,实验表明,当信号电波的传送方向与水平放置的半波振子天线互相垂直时,接收到的信号最强,其它方向则较弱,当信号电波的传送方向与天线平行时,天线就会完全收不到。

第3章行波天线

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。

第3章 通信信号的测向与定位

第3章 通信信号的测向与定位
(2) 测向范围。 指通信测向和定位系统的可测向的空域范围。如方位全向 工作、半向工作或者部分方向测向等。 (3) 瞬时处理带宽。 当对短持续时间信号(如短脉冲、跳频信号)进行测向或定位 时,为保证测向或定位反应时间能适应对短持续时间信号搜索 截获和采样方面要求,对测向或定位设备瞬时射频带宽和处理 带宽(例如常用的FFT处理带宽)提出相应的要求。 通常测向或定位处理器的瞬时处理带宽决定了测向或定位 设备的瞬时射频带宽。
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哈尔滨工业大学通信技术研究所
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哈尔滨工业大学通信技术研究所
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3.1.3 通信测向和定位设备的主要指标
(5) 测向反应时间。 通常有两种表述方式: ①测向和定位速度: 表示测向或定位设备对目标完成一次测向或定位所需要的时 间,包括:接到命令把接收机置定到被测频率上截获目标信号、 进行处理运算以及把结果送到显示器显示出来这一过程所需要 的全部时间。 ②容许的信号最短持续时间: 表示测向或定位设备为保证测向或定位精度所需要的被测信 号的最短持续时间。只有信号持续时间足够长,才能采集到足 够数量的样本以保证相应的精度。
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3.1.2 通信测向和定位技术分类
(1) 振幅法测向 根据测向天线阵列各阵元(单元天线)感应来波信号后输出 信号的幅度大小,即利用天线各阵元的直接幅度响应或者比 较幅度响应,测得来波到达方向的方法,也称幅度法测向。

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【注意】:天线有效面积并不是它的物理面积,一般为(0.4~ 0.7)倍的物理面积。

物联网射频识别(RFID)技术与应用 - 第3章

物联网射频识别(RFID)技术与应用 - 第3章
3.1.2 天线分类
天线按照结构分类如下。 (1)线状天线 (2)面状天线 (3)缝隙天线 (4)微带天线
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物联网射频识别(RFID)技术与应用
3.1.3 天线的电参数
1.天线的效率
天线在工作时,并不能将输入天线的能量全部辐
射出去。天线的效率定义为天线的辐射功率 P 与输入
功率 Pin 的比值,即:
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物联网射频识别(RFID)技术与应用
图3.9 引向天线
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3.2.3 螺旋天线
(a)D/λ<0.18 (b)0.25<D/λ<0.46 (c)0.25<D/λ>0.46 图3.10 螺旋天线及其方向图
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A
P Pin
(3.1)
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2.输入阻抗
天线的输入阻抗定义为天线输入端电压与电流的
比值,即:
Z in
Uin I in
Rin
jX in
(3.2)
天线的输入端是指天线与馈线的连接处。
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物联网射频识别(RFID)技术与应用
3.方向性函数
天线的方向性函数是指以天线为中心,天线辐射 场与空间方向的关系。
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物联网射频识别(RFID)技术与应用
2. RFID印刷天线应用价值 (1)促进各行业RFID应用。 (2)促进印刷产业发展。
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2.微波RFID天线的应用方式

天线理论课件:第三章__典型线天线

天线理论课件:第三章__典型线天线

第三章线天线线天线的尺寸都接近于工作波长的整数倍或半整数倍,也称谐振天线。

由于其电特性对于频率的变化很敏感,因而大多为窄带天线。

线天线形式有很多,本章主要介绍一些应用较为广泛的几种典型的线天线。

§1.水平对称天线(Horizontal Antenna)1.1 双极天线双极天线是水平架设的对称阵子天线,其结构简单,架设方便,易于维护,广泛用做短波天线,用于天波的传播。

1.1.1 双极天线的结构水平架设于地面上的双极天线,由对称双臂、支架和绝缘子构成,结构如下图所示。

两臂与地面平行,由单根或多股金属导线构成,导线的直径一般为mm 6~3。

两臂之间由绝缘子固定,并通过绝缘子与支架相连,支架距离阵子两端m 3~2。

支架的金属拉线每隔小于4λ的间距加入绝缘子,减小方向图失真。

1.1.2 双极天线的方向性下图为一架设于地面上的双极天线,架设高度为H ,天线臂长为l 。

坐标原点到观察点射线的仰角(与地面夹角)为∆,与y 轴夹角θ,方位角ϕ。

由图可以得到: ϕθsin cos cos ''∆===OPOA OP OP OP OA则有:ϕθ22sin cos 1sin ∆-=在分析水平天线的辐射场时,常将地面看成是理想导电地,地面对天线辐射性能的影响可用天线的负镜像来替代。

双极天线的方向函数为对称阵子元函数和其负镜像阵函数的乘积,即为:()()()()()∆∆--∆=∆⋅∆=∆sin sin 2sin cos 1cos sin cos cos ,,221kH klkl f f f g ϕϕϕϕ根据上式,可以画出双极天线的立体方向图。

固定天线架设高度4λ=H ,改变双极天线的臂长得到的立体方向图见图3.2(1);固定双极天线的臂长,改变天线的架设高度得到的方向图如图3.2(2)所示。

λ5.0=l λ65.0=l λ25.0=l λ75.0=l λ0.1=l λ2.1=l 图3.2(1)方向图随臂长的变化双极天线的方向特性的分析:(1) 垂直平面方向图垂直平面是指垂直于地面并通过天线最大辐射方向的平面,即图3.1中0=ϕ的xoz 平面。

移动通信基站天线基本原理

移动通信基站天线基本原理

移动通信基站天线基本原理及选型原则讲义目录第一章天线的基本理论第二章分集技术第三章天线选型原则第一章天线的基本理论移动通信系统中,空间无线信号的接收和发射都是依靠基站天线来实现的。

因此,基站天线对移动通信网络来说,起着举足轻重的作用。

如果天线选择不好,或者天线的参数设置不当,都会直接影响到整个网络运行质量。

尤其在基站数量多,站距小,载频数量多的高话务量地区,天线选择及参数设置是否合适,对移动通信网络的干扰、覆盖率、接通率及全网服务质量有很大的影响。

一、天线主要的辐射单元•偶极子•喇叭•缝隙波导•印刷类(微带)二、阵列天线为了增强天线的方向性,提高天线的增益,得到所需要的辐射特性,把若干个相同的天线按一定的规律排列起来,并给予适当的激励,这样组成的天线系统称为天线阵。

组成天线阵的独立单元称为阵元或天线单元。

天线阵可分为线阵、面阵、立体阵以及共形阵。

三、天线的极化移动通信基站天线的极化主要有以下两种:1、垂直极化2、+45°/-45°交叉极化四、天线的方向图天线的辐射电磁场在固定距离上随空间角(θ,φ)分布的图形称为方向图,方向图是三维立体图。

工程上通常用两个相互垂直的主平面内的方向图表示(即E面和H面)。

E面是通过最大辐射方向并与电场矢量平行的平面,H面是通过最大辐射方向并与磁场矢量平行的平面。

常用天线的方向图覆盖示意图:五、天线方向图参数•零功率点波瓣宽度:主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。

•半功率点波瓣宽度:主瓣最大值两边场强等于最大场强的0.707倍的两辐射方向之间的夹角。

•副瓣电平:副瓣最大值与主瓣最大值之比,通常用dB表示。

•后瓣:与主瓣相反方向上的副瓣。

•前后比:主瓣最大值和后瓣最大值之比(dB)。

六、天线的增益在相同输入功率、相同距离条件下、天线在最大辐射方向上的功率密度与无方向性天线在该方向上的功率密度之比定义为天线的增益G i(单位dBi),有时也以无耗半波振子的增益系数(1.64)作比较标准,记为G d(单位dBd)。

第 3 章 s 波段圆极化天线设计内容。

第 3 章 s 波段圆极化天线设计内容。

第 3 章 s 波段圆极化天线设计内容。

第3章介绍了S波段圆极化天线的设计内容。

S波段是无线通信中的一个频段,其频率范围一般为2-4 GHz。

在这个章节中,主要包括以下几个方面的内容:
1. 圆极化天线基础知识:首先会对圆极化天线的基本原理和特点进行介绍。

圆极化天线可以实现信号的旋转极化,具有抗多径衰落、抗干扰等优点,在通信系统中得到广泛应用。

2. 圆极化天线设计方法:接着会介绍S波段圆极化天线的设计方法。

其中包括天线结构的选择、参数的确定以及仿真和优化等步骤。

通过合理的设计方法,可以提高天线的性能。

3. 天线阵列设计:在某些应用场景下,需要使用天线阵列来实现更好的性能。

这部分内容会介绍S波段圆极化天线阵列的设计原理和方法,包括阵列结构的选择、阵元间距的确定等。

4. 圆极化天线的性能评估:最后还会介绍如何评估圆极化天线的性能。

包括辐射特性、驻波比、增益、波束宽度等指标的测试和分析方法。

通过学习这一章节的内容,读者可以了解S波段圆极化天线的设计原理和方法,掌握对其性能进行评估的技术手段,为实际应用中的天线设计提供参考和指导。

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对于相似元组成的天线阵,影响方向图的因素有以下五点: (1)阵的几何排列结构; (2)阵元间的相对位置; (3)阵元的激励幅度; (4)阵元的激励相位; (5)阵元的方向图。
1、方向图乘积定理
天线阵是由许多辐射单元组成的,天线阵在空间产生的场是各个辐射单元产 生的场的叠加。
P(r,θ , ϕ )
O
图 3-1 任意阵元的方向图
N sin(ψ / 2)
Nψ / 2
2
可计算上式的解为:
(3.14)
Nψ 2
=
N 2
(βd
cosθ0.5
+
Δφ )

±1.391
可得半功率点所在的θ 值为
(3.15)
θ0.5
=
cos−1
⎡ ⎢⎣
1 βd
⎛ ⎜⎝
−Δφ
±
2.782 N
⎞⎤ ⎟⎠⎥⎦
=
cos−1
⎡⎢⎣cosθ0
±
0.443
λ Nd
⎤ ⎥⎦
=
N
qn−1
n=1
= 1− qN 1− q
,可得:
∑N
fa (ψ ) = A0 e j(n−1)ψ
n=1
=
A0
1 − e jNψ 1 − e jψ
=
A0
sin( Nψ sin(ψ /
/ 2) 2)
(3.8)
fam (ψ = 0) = A0N
(ψ = 0 同相叠加) (3.9)
则归一化阵因子为
Fa (ψ )
下图所示。
当θ = 0 和θ = 180 时,两天线之间的波程差ψ = 180 ; 当θ = 90 时,两天线之间的波程差ψ = 0 。
【例2】:求出下列二元阵的阵因子,并绘出阵因子的方向图。
(1)间距 d = λ 的等幅同相二元阵; (2)间距 d = λ / 2 的等幅反相二元阵;
(3)间距 d = λ / 4 、等幅、相位差为 90 的二元阵;
3.1 阵因子
图 3-2 等间距点源直线阵
将 zn′ = (n −1)d 及 In = Ane j(n−1)Δφ 代入得
8
《天线原理》讲义
邹艳林 郭景丽
N
N
∑ ∑ fa (θ ,ϕ) =
I e = jβ ( xn′ sinθ cosϕ + yn′ sinθ sinϕ +zn′ cosθ ) n
An e j(n−1) (β d cosθ +Δφ )(3.6)
半功率波瓣宽度点处的ψ 值可由下式求出
Fa (ψ
)
=
1 N
sin(Nψ / 2) sin(ψ / 2)
=
1 2
(3.13)
当线阵的单元数很多时, N 很大,天线阵的方向性很强,则在半功率波瓣
宽度处的ψ 值很小,因此 sin(ψ / 2) ≈ψ / 2 ,则代入到式(3.13)可得
1 sin(Nψ / 2) = sin(Nψ / 2) = 1
(3.16)
当 Fa (θ = 0 ) < 0.707 且 Fa (θ = 180 ) < 0.707 时,即最大辐射方向不在
(3.4)
式中 f1(θ ,ϕ ) 为阵元的方向函数,仅与阵元的形式和尺寸有关,称为单元因子;
fa (θ ,ϕ ) 与阵元的个数、空间位置、电流幅度与相位分布相关,称为阵因子,表
示为:
2
《天线原理》讲义
邹艳林 郭景丽
N −1
∑ fa (θ ,ϕ) =
I e jβ ( xn′ sinθ cosϕ+ yn′ sinθ sinϕ+zn′ cosθ ) n
⎢⎣
⎥⎦
=
β 2 cos(
d
cosθ

π
)
2
4
将 d = λ / 4 代入,并归一化,得
Fa (θ )
=
cos(π 4
cosθ

π) 4
=
cos
⎡π ⎢⎣ 4
(cosθ
− 1) ⎤⎥⎦
5
西安电子科技大学
结论:通过控制组阵参数形成特定的方向图
(4)间距 d = λ / 2 ,电流幅度比为 2 :1的同相二元阵
E 面方向图函数为:
7
西安电子科技大学
FE (θ ,ϕ)
=
FE (θ ,ϕ
=
0
)
=
cos
⎛ ⎜⎝
π 2
sinθ
cosθ
⎞ ⎟⎠ icos
⎡π ⎢⎣ 4
(cosθ
− 1) ⎤⎥⎦
(a)单元方向图
H 面方向图函数为:
(b)阵因子方向图
(c)天线阵方向图
FH
(θ ,ϕ)
=
FH
(θ ,ϕ
=
90
)
=
cos
⎡π ⎢⎣ 4
jβ (− d cosθ )
jβ ( d cosθ )
fa (θ ,ϕ) = 2e 2 + e 2
− j(π cosθ )
j(π cosθ )
将 d = λ / 2 代入,得 fa (θ ,ϕ) = 2e 2 + e 2
【例3】:间距 d = λ / 4 ,相位差为90°的二元等幅半波对称振子阵,求此二元
Fn (θ ,ϕ)In
e jβ (rn′ irˆ)
整个阵列的场为 n 个单元的叠加:
∑ ∑ E
=
N −1
En
n=0
=
C
e− jβr 4π r
N −1
Fn (θ ,ϕ) In
n=0
e jβ (rn′ irˆ)
用 f (θ ,ϕ ) 表示天线阵的场强幅度方向函数,得
(3.2) (3.3)
f (θ ,ϕ) = f1(θ ,ϕ)i fa (θ ,ϕ)
阵元可以是半波振子、喇叭天线、微带天线、缝隙天线或者其它形式的天线。 按照阵元中心连线轨迹,天线阵可以分成直线阵、平面阵、圆环阵、共形阵和立 体阵。实际的天线阵多由相似元组成。所谓相似元,是指各阵元的类型、尺寸、 架设方位等均相同。天线阵的辐射场是各单元天线辐射场的矢量和。只要调整好 各单元天线辐射场之间的相位差,就可以得到所需要的、更强的方向性。
=
1 N
sin(Nψ / 2) sin(ψ / 2)
(3.10)
3.2 最大辐射方向
当ψ = 0 时,阵因子出现最大值,令相应的θ 值为θ0 。则 Δφ = −β d cosθ0 ,

这是为了在相对于阵元排列直线成θ0 角的方向上产生阵因子主瓣最大值所需
的、阵元到阵元的激励电流相位移。因此对一个均匀激励的等间距直线阵,如果
1
西安电子科技大学
假设有 N 个相似元(各单元不仅形式相同,而且在空间的放置姿态或取向 也相同),如图3-1所示。坐标原点选在第 0 个单元的相位中心,第 n 个单元位于
rn′ = (xn′, yn′, zn′) ,电流幅度相位为 In 。第 n 个单元在观察点 P(r,θ ,ϕ) 处的辐
射场模值为:
n=0
(3.5)
式(3.4)表明,天线阵的方向函数等于阵元的方向函数与阵因子的乘积,称为
方向图乘积定理。方向图乘积定理在分析天线阵的方向性时有着很重要的作用,
它适用于由相似元组成的多元阵。
2、二元阵分析
由两个阵元组成的天线阵称为二元阵。本节通过若干不同间隔与相位的二元 阵的例子,来理解天线阵的基本原理。
(cosθ
− 1) ⎤⎥⎦
其方向图与阵因子方向图相同,如图(b)所示。
3、均匀直线阵
均匀直线阵是等间距,且各阵元电流的幅度相等(等幅分布)而相位依次等 量递增或递减(线性相位分布)的直线阵。
图中所示的线性相位渐变直线阵沿 z 轴排列,d 为相邻单元之间的距离,N 为单元数目。电流可表示为 In = Ane j(n−1)Δφ ,式中 Δφ 为相邻单元之间的相位差。
(3.11)
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西安电子科技大学
由式(3.11)可得天线阵的最大辐射方向为θm
=
cos−1
⎡ ⎢⎣
1 βd
( −Δφ
±
2mπ
)⎤⎥⎦
。当
m = 0 时,ψ = 0 对应主瓣, m 为其它值时对应于栅瓣。θ 所对应的主瓣最大值
方向为
θ0
=
cos−1
⎛ ⎜


Δφ βd
⎞ ⎟⎠
(3.12)
3.3 半功率波瓣宽度
cosθx = rˆixˆ = (sinθ cosϕ xˆ + sinθ sinϕ yˆ + cosθ zˆ)ixˆ = sinθ cosϕ
得单元因子为
F1(θ
,ϕ)
=
cos
⎛ ⎜⎝
π 2
cosθ
x
sin θ x
⎞ ⎟⎠
=
cos ⎛⎜⎝
π 2
sinθ
cosϕ
⎞ ⎟⎠
1− sin2 θ cos2 ϕ
由方向图乘积定理该二元阵的归一化方向函数为
n=1
n=1
可写为
N
∑ fa (ψ ) = An e j(n−1)ψ n=1
(3.7)
其中ψ 为相邻单元在场点处的相位差且ψ = β d cosθ + Δφ ,包括两项:相邻单
元的空间相位差和馈电相位差。以ψ 表示的阵因子称为通用方向函数,它便于
计算,且可用于方便地对阵列天线方向图进行设计。
∑ 应用等比数列求和公式 Sn
F

,ϕ)
=
F1(θ

)iFa

)
=
cos ⎛⎜⎝
π 2
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