第3章天线特性参数

参考电流值时，辐射电阻越大，则它所等效“吸收”的功率越大，也
就是天线产生的辐射功率越大，辐射能力越强
P r天 线 辐 射 功 率 P 辐 射 电 阻 耗 散 I2R r辐 2射 电 阻
10
Pr＝40
2I
2
l
2
Fra Baidu bibliotek
Rr
80 2
l
2
例：求电偶极子的辐射电阻？
电偶极子的辐射功率为：
P
Im2
3
l 2
• 所谓方向性，就是在相同距离的条件下
天线辐射场的相对值与空间方向（子午
角θ、方位角φ）的关系。若天线辐射的
电场强度为E(r,θ,φ)，把电场强度（绝对
值）写成
E(r,,60I f(,)
r
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3.2 天线的方向性和增益
3.2.1 归一化方向性函数
天线的辐射场强在空间的分布是不均匀的， 即在以天线为中心的球面上，各方向的场 强大小是不同的。对任何天线，在空间的 电场公式均可写成：
E A f , e j( , )e jkr
其中A为与方向无关的因子，取决于天线的类型；
f ,为天线方向性函数；
e e j(,) jkr反映E 的相位特性。
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为了便于比较不同天线间的方向性差别，常使用的
参数是归一化方向性函数 F(,,定)义为：天线辐射场
与最大方向上的场强值之比。
F ( ,) E , / E m ,a x f , / f m ,a x
• E面即电场强度矢量所在并包含最大辐射 方向的平面；
• H面即磁场强度矢量所在并包含最大辐射 方向的平面。
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平面性方向图
它分为H面方向图和E面方向图。 所谓的H面是指在天线辐射的周围空间里，磁场矢量所 在的平面，这个面的方向图就叫H面方向图； 同样，E面是指电场矢量所在的平面，这个面的方向图 就叫天线的E面方向图。
天线上的电流，则该电阻就称为天线的
辐射电阻。
根据定义：
P
1 2
Im2 R
R
2 P
I
2 m
R称为辐射电阻，Im为电流振幅。
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辐射电阻Rr： 发 P r
发
射
射
Rr
机
机
辐射电阻Rr：电流元向外的辐射能量来自波源，对于波源来说，
电流元相当于波源的负载。工程实际中．为了衡量天线辐射功
率的大小，以辐射电阻R r表述天线
F(,) 反映了天线在不同方向的场强大小的分布。
F(,)1
功率归一化方 向函数为
F P(,)F2(,)
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3.2.2 方向图 • 将方向函数用曲线描绘出来，称之为方
向图(Fileld Pattern)。方向图就是与天
线等距离处，天线辐射场大小在空间中 的相对分布随方向变化的图形。 • 依据归一化方向函数而绘出的为归一化 方向图。
• 大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线 把高频电流能量转变成空间电波能量以及定向辐射的能 力。
2
• 天线的分析：救给定天线的特性参数； • 天线综合：在预先给定天线参数的情况下，
求天线上的电流分布
根据互易定理，对一个无源线形天线来说，无论是用 于发射，还是用于接收，天线的特性参数都是相同的。
R23 l 2
在自由空间中，
R
80 2
l
2
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3 天线效率：天线辐射功率与输入有功功率的比 值，称为天线的效率。
P A P P n P n 1 2Im 2R n P 1 2Im 2R
P P AP P P nR R R n
物理意义：表示有百分之几的高频电流的输入 有功功率转变成了辐射出去的电磁波能量。
x
5
通过小面积ds的功率为
d P Sd 1 2 sE H r2sid nd
H E d P E 2 2 r2sin dd
P
2
0
E2 02
r2 sindd
r2 2
2
d
0
0
E2
sind
W
可用来求任意天线的辐射功率
6
例：求电偶极子的辐射功率？ 电偶极子的辐射场
E
j
Ilk 2
• 变化θ及φ得出的方向图是立体方向图。
16
几种天线的立体归一化方向性图
一个单一电流元具 有面包圈形的方向 图辐射
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多个对称振子组成的 全向天线具有扁面包 圈形的方向图辐射
多个对称振子组成 的定向天线具有的
方向图
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平面性方向图
• 在实际中，工程上常常采用两个特定正 交平面方向图。
• 在自由空间中，两个最重要的平面方向 图是E面和H面方向图。
3
3.1 天线的辐射功率和辐射电阻
以天线为中心，作一球面（球面半径 r>>波 长 ）,则从天线辐射出来的能 量必须全部通过这球面。
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。
4
3.1 天线的辐射功率和辐射电阻
z
rsin
r I d
rsind
rd
S
1 2
E
H
y dsr2sindd
为了便于理解，人们以地平面为参考，又将天线的 方向图分为水平面方向图和垂直面方向图。
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• 方向图可用极坐标绘制，角度表示方向， 矢径表示场强大小。这种图形直观性强， 但零点或最小值不易分清。
4wr
sine jkr
Er E 0
传播常数 k w
H
j
Ilk
4r
sine jkr
Hr H 0
7
此处Im为振 幅值，即电 流最大值。
I Imsinwt
将
E
代入，得：
P
Im2
3
l
2
在自由空间，电偶极子的辐射功率为：
P
402
Iml
2
8
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
结论：辐射电阻
R
越大，损耗电阻
越R n小，天线
的就越高。在工程设计中， 往R 往给定，这时就
需要降低 来提R高n 天线的效率。
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3.2 天线的方向性和增益
• 方向函数
• 由电基本振子的分析可知，天线辐射出 去的电磁波虽然是一球面波，但却不是 均匀球面波，因此，任何一个天线的辐 射场都具有方向性。
第3章 天线的特性参数
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机械特性参数：形状，尺寸，材料，可靠性等
电特性参数
一次参数：方向性图，输入阻抗， 效率
二次参数：方向性系数，增益， 波瓣宽度，前后比，极化特性等
• 描述天线工作特性的参数称为天线电参数(Basic Antenna Parameters)，又称电指标。它们是定量衡 量天线性能的尺度。
是将天线辐射到空间中的总辐射功率等效地视为被一个电阻所吸收，
这个电阻值便是天线的辐射电阻。（辐射功率与电流有关，一般有两
种选择，一种是取电流的最大值，此时的辐射电阻称为归于波腹电流
的辐射电阻，一种是取馈电点处的电流值，称为归于输入电流的辐射
电阻）。辐射电阻是天线辐射能力的表征，当不同的天线上有同样的