第二章 天线特性参数

第二章
天线的特性参数
天线特性参数
机械特性参数：形状，尺寸，材料，可靠性等
一次参数：方向性图，输入阻抗，效率
电特性参数 二次参数：方向性系数，增益，波瓣宽度， 前后比，极化特性等
第一节 天线的辐射功率和辐射电阻
1. 辐射功率： 在单位时间内通过球面向外辐射的 电磁能量的平均值。
例：求电偶极子的辐射功率？
2）已知天线的辐射电阻和最大辐射方向的方向
性函数，求D
1 2 S 1 , 1 E 1 , 1 2Z S D P 4r
2
S 1 , 1 E 1 , 1 D 2r 2 S D ZP
CDMA垂直极化定向天线
三、方向性图的主瓣宽度和旁瓣电平
在方向性图中，一般有两个或更多个波瓣。在这些波瓣 中，最大辐射方向所在波瓣称为主瓣，其余波瓣称为旁瓣。
1. 主瓣宽度： 主瓣电平的最大值降到该值的0.707倍（即 -3dB）时，两个方向之间的张角宽度。
－3dB点
2 0.5
峰值 －3dB点
2
2
2. 辐射电阻：
将辐射功率视为一个电阻所消耗的功率， 并使流过电阻的电流等于天线上的电流振幅， 则该电阻就称为天线的辐射电阻。
根据定义，
1 2 P I m R 2
2 P R 2 Im
R 称为辐射电阻
例：求电偶极子的辐射电阻？
电偶极子的辐射功率为：
I 2 P 2 3
2
l
2
2
2 R 3
在自由空间中，
l

2 2
l R 80
第二节 天线的方向性
天线的辐射场强与方向有关的特性，称 为天线的方向性。
以电偶极子为例：
60Il jkr E j sin e r Il jkr H j sin e 2 r E E H H 0 r r
2 r 2 Emax P 2
S D
2 E P max 2 4r 8
2 2 F , sin dd 0 0
E 8Z
在任意方向
2 max

0
2

0
F , sin dd
2
(1 , 1 )
1 2 S 1 , 1 E H E 1 , 1 2Z 1 2 Emax F 2 1 , 1 2Z
F ( ,) E , / Emax , f , / f max ,
—— 反映了天线在不同方向的场分布。
2. 归一化方向性图：
表示归一化方向性函数的空间立体图形。
通常用两个互相垂直的平面上（子午面和赤道 面/E面和H面）的平面图来表示。
CDMA天线
0


0
E 2
2
2 r sin dd
r2 2
2 2 d E sin d 0 0
W
将 E 代入，得：
I 2 P 2 3
2
l
2
在自由空间，电偶极子的辐射功率为：
Il P 40
1）电偶极子在赤道面内的方向性函数和方向性图：
l f ( )
180
90
E

0
270
2）电偶极子在子午面内的方向性函数和方向性图：
l f ( ) sin
0

270
E
90
180
二、天线的归一化方向性函数和归一化方向性图
1. 归一化方向性函数： 天线辐射场与最大方向上的场强值之比。
一、天线的方向性函数和方向性图
1. 用于表示天线方向性特性的函数： f ( , ) 2. 电偶极子的方向性函数
60Il E j sin e jkr r
l f ( , ) f ( ) sin
3. 电偶极子的方向性图
• 赤道面：与天线轴垂直并经过天线中心 的平面。 90 某一常数 • 子午面：包含天线轴的平面。
先求全向天线(点源)均匀辐射时的平均辐射功率密度:
S D
P
4r
2
点源通过球面无穷小单位面积的功率为：
1 2 2 dP E r sin dd 2 1 2
2 2 Emax F , r 2 sin dd
2 2 F , sin dd 0 0
S 1 , 1 D S D

0
2

0
F 2 , sin dd
4F 1 , 1
2
通常方向性系数指的是天线最大辐射方向上的方 向性系数，此时，F (1 , 1 ) 1
D
4

0
2

0
F 2 , sin dd
第三节 天线的方向性系数
1. 定义：
天线辐射功率一定，在任意方向 (1 , 1 )
辐射功率密度与相等的辐射功率均匀辐射时
的平均功率密度之比。
S ( , ) 1 1 D
S D
2. 物理意义：
由于天线有方向性，使某方向的辐射功
率密度比均匀辐射时增加的倍数D。实际上，
D反映了天线集中辐射能量的特性。 3. 方向性系数的求法： 1）已知归一化方向性函数求D
2. 旁瓣电平：相对主瓣最大值的比值。
n
En max
Emax
Fn max ( , )
3. 前后抑制比： 方向图中，前后瓣最大值之比称为前 后比，记为 F / B 。 前后比越大，天线的 后向辐射（或接收）越小。
前后比F / B 的计算： F / B = 10 Lg {（前向功率密度） /（ 后向功率密度）}
z
r sin drd Nhomakorabear sin
I

d
r
y
d
x
1 S E H 2
ds r sin d d
2
通过小面积ds的功率为
1 dP E H r 2 sin dd 2
H E
P
2
2 E dP 2
2 r sin dd