天线原理与设计2015

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全向天线
根据天线的方向性，可以 将天线分成三类：
① 等向模式天线：理想的点源， 其在空间的辐射为各向同性， 辐射方向图为一个圆球，现实 中不存在，为了标定其它天线 的增益而设定。 ② 全向天线：在某一个平面内， 辐射方向图的截面是一个圆， 在其它截面非圆，具有一定的 指向性。 ③ 定向天线：辐射主要集中在某 个方向上。
)60 o的方向为 = m 60 o ,
即 150o 或30o , r2 2km处,有
r1 1 103 1 103 1 o H E0 sin 30 sin 30 0.663 A m . 3 2 r2 r2 2 120 2 10
o
天线场区的划分
1.感应近场区 紧靠天线表面的区域, 在这部分区域中感应电场与感应磁场之间相位相差90, 计算得到波印亭矢量为纯虚数, 能量在电场与磁场之间交替振荡, 不向外传输功率. R1 0.62 D 3 其中, D为天线线长最大值, 为天线的工作波长. 对于尺寸与工作波长相比很小的天线而言, R1可取 / 2。
极化特性
•极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律. 具体地说,就是在空间某一固定位置上,电场矢量的末端随时间变化所描绘的图形.
线极化的平面波
圆极化的平面波
椭圆极化的平面波
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天线增益
在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射 单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即 功率之比。如果没有特别指定方向，天线的增益是 指辐射最强方向的增益值。
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E面和H面
天线方向图：
在离天线一定距离处, 辐射场的相对场强（归一化模值）随方向 变化的曲线图。
表示方法：
通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表 示。
(1)E面:电场矢量所在的平面。 对于沿Z轴放置的电基本振子, 子午平面是E平面。 (2)H面:磁场矢量所在的平面。 对于沿Z轴放置的电基本振子, 赤道平面是H面。
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四分之一波长套筒巴伦
开路
短路
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微带贴片天线基模辐射原理
两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙. 缝的电场方向与长边垂直,并沿长边W 均匀分布.
缝的宽度为L h,长度为w,两缝间距为l 2 .
微带天线的辐射可以等效为由两个缝隙所组成的二元阵列.
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例
某天线只在半空间均匀辐射,求其方向性系数.
2.辐射近场区 辐射近场区也称为Fresnel区, 位于感应近场区和辐射远场区之间, 在该区域中, 天线辐射波瓣图的形状是随着观察点到天线之间的距离的变化而变化的, 天线的远场辐射方向图逐渐形成. R2 2D2

3.辐射远场区 辐射远场区也称为Fraunhofer区, 位于辐射近场区的外部至无穷远, 天线的辐射基本形成了稳定的波瓣图, 即波瓣图的形状与观察点到 天线之间的距离无关（距离仅决定天线辐射的功率密度） . 这个区域是天线测试的重要区域这个区域是天线测试的重要区域, 一般所说的波瓣图通常是在这个区域测得的,对于天线辐射特性的 研究通常也是在这个区域中进行的.
S ( , ) G( , )= 4 Pin
S max G S0

Pin 相同
Emax E0
2
2

Pin 相同
4

2
0
d F 2 ( , ) sin d
0

主瓣宽度
主瓣宽度是衡量天线的最大 辐射区域的尖锐程度的物理 量。 通常它取方向图主瓣两个半 功率点之间的宽度， 称为半 功率波瓣宽度（HPBW）； 有时也将头两个零点之间的 角宽作为主瓣宽度，称为第 一零点功率波瓣宽度 （FNBW）。
Il
D
4

0
2

0
F 2 ( , ) sin d d
例
已知电流元在最大辐射方向上远区r 1km处,电场强度振幅 为E0 1mV m , 试求 : (1) 最大辐射方向上r 2km处电场强度的振幅; (2) 偏离最大辐射方向60o 的方向上r 2km处磁场强度的振幅.
U max
2 1 Emax R2 2 120
U0
Pr 4
2
2 U max Emax R2 D U0 60 Pr
1 E , Pr s 2 120 ds
2 2 Emax R 2 F 2 ( , ) sin d d 0 0 240
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时变电磁场中的唯一性定理
电磁场麦克斯韦方程组的定解需要利用边界条件才能确定. 对于一个有耗区域,区域中的场源加上边界上所有的电场切向分量, 或边界上的磁场切向分量,或部分边界上的电场切向分量和其余边界 上的磁场切向分量,惟一地确定该区域中的场.无耗媒质中的场可看 成有耗媒质中损耗非常小时的相应场.
解
(1) E
Il 2 r1
E0 , 即 E
Il 2
E0 r1 =Fra Baidu bibliotekV
r1 E E0 =0.5 mV m . 2 r2 r2 Il
沿最大方向, r r2 2km处,有 (2) H Il 2 r sin ,
偏离最大辐射方向( = m =

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