天线与电波基础

第一章电波与天线的基础知识

1、天线的基本功能是什么？

天线的基本功能是辐射和接收无线电波。发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电磁波转换为高频电流。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。

2、近场区存在辐射场吗？远场区存在感应场吗？感应场和辐射场各有什么特点？当离基本电振子距离r=5λ时(在最大辐射方向上)求感应场与辐射场之比。（第四问选作）天线周围的空间电磁场根据特性的不同又可划分为三个不同的区域：(a)感应近场，(b)辐射近场，(c)辐射远场，它们的区分依靠离开天线的不同距离来限定。在这些场区交界的距离处电磁场的结构并无突变发生，但总体上来看，三个区域的电磁场特性是互不相同的。尽管有各种准则来区分三者的边界，但这些准则并不是唯一的，我们需要了解的是相互之间的本质区别：

感应近场区指最靠近天线的区域。在此区域内，由于感应场分量占主导地位，其电场和磁场的时间相位差为90度，电磁场的能量是震荡的，不产生辐射.

)辐射近场区：辐射近场区介乎于感应近场区与辐射远场区之间。在此区域内，与距离的一次方、平方、立方成反比的场分量都占据一定的比例，场的角分布(即天线方向图)与离开天线的距离有关，也就是说，在不同的距离上计算出的天线方向图是有差别的。

辐射远场区：辐射近场区之外就是辐射远场区，它是天线实际使用的区域。在此区域，场的幅度与离开天线的距离成反比，且场的角分布(即天线方向图)与离开天线的距离无关，天线方向图的主瓣、副瓣和零点都已形成。

在实际使用中，最感兴趣的是辐射远场区。通常的应用中，我们应该避免收、发天线处在近场区范围，因为此时不但天线的方向图没有形成，而且在近场范围内的任何导电体甚至介质物体都被看成是天线电磁边界条件的一部分，它影响了原来的天线，和原来的天线一起共同修正和改变了远场的方向图辐射特性，从而影响了实际使用效果。

3、如果用基本电振子来探测来波方向，这个基本电振子应如何放置和如何操作？（假设来波方向是任意的）若用小环天线探测又如何进行

4、试说明下列各组天线参数之间的异同。

①输入阻抗与辐射电阻

输入阻抗和辐射阻抗是两个不同的概念,天线的输入阻抗的定义:传输线将高频电磁能量馈入天线，以馈入点作为参考面，参考面上电压与电流的比值。天线辐射阻抗用天线上最大电流定义并以辐射功率计算。因此只有当天线的效率为100%即天线无损耗,输入功率全部转化为发射功率时可以把手机天线的输入阻抗就看成辐射阻抗

②天线的增益与方向性系数

天线方向性系数定义为：在总辐射功率相同时，天线在最大辐射方向的辐射功率密度P 与均匀辐射在该方向的辐射功率密度P0的比值，用分贝表示为

(dB)

（总辐射功率相同）

天线增益定义为：在总输入功率相同时，天线在最大辐射方向的辐射功率密度P与均

匀辐射器在该方向的辐射功率密度P0的比值，用分贝表示为

(dB)

（总输入功率相同）

天线增益与方向性系数的关系为

G=ηD （G、D以倍数表示）

③天线的有效长度与天线的长度

有效长度是为了便于衡量天线的辐射能力，特别是接收天线产生的感应电动势大小而引

入的。将实际天线的辐射场类比于元电流产生的辐射场，同时按天线上某一点的电流归算，就得到该天线有效长度的表达式。

④天线的口面面积与有有效接收面积

有效接收面积表示其接收电磁波的能力，假定有一天线平面，它垂直于来波方向并且将截获的来波能量全部转变为输出功率送到接收机，则该天线平面的面积称为天线的有效接收面积或天线孔径。当接收天线的最大接收方向对准来波的方向时，输送给共轭匹配负载的功

率与该点功率通量密度之比就称为该天线的有效接收面积。

接收天线的有效接收面积可以用接收天线的增益表示出来。

有效接收面积直接反映了天线接收无线电波能力的大小，它是接收天线特有的电参数之一

⑤天线的极化失配与阻抗失配

天线的极化与电波的极化一样，也分为线极化、圆极化和椭圆极化三种情况。当接收天线的极化方向与来波的极化方向相同时，接收到的功率为最大。极化失配因子反映了接收天线的最大接收方向与入射电波的传播方向相同而其极化方向与电波极化方向不相同时对接收天线输出功率产生的影响。

设发射天线与接收天线之间的介质为线性介质，不存在极化旋转现象。用和分别代表发射天线和接收天线极化椭圆长轴与短轴的比值，线极化天线，圆极化天线u=1；令两个极化椭圆长轴之间的夹角为 ，于是极化失配因子可以表示为

式中，收发天线极化旋转方向相同时取+号，不同时取-号

阻抗失配因子反映了阻抗不匹配时对功率传输产生的影响，它可以表示为

阻抗失配因子的取值范围是：0～1，阻抗完全匹配时，q =1。

⑥天线的阻抗频带宽度与增益频带宽度

无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频带宽度有两种不同的定义------

一种是指：在驻波比SWR ≤ 1.5 条件下，天线的工作频带宽度；

一种是指：天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。

在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比 SWR 不超过 1.5 时，天线的工作频率范围。

一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上, 天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。

5、试简画出下列同相等幅二元阵的阵因子方向图。(×代表天线 )

6、试利用方向性相乘原理画出如图所示的四元同相天线阵方向性图（选作题）。

7、 一架设在地面上的水平振子天线，工作波长m 40=λ，若要在垂直于天线的平面内获得最大辐射仰角

30=∆，试计算天线应架设多高？

根据公式： H=λ／4sin Δ

可知 λ=40 Δ=30

=40／4×0.5

=20m

故：天线应架高20米

8 采用天线阵可增强方向性，其主要原理是什么？