天线与电波传播(李莉编著)思维导图

第1章--天线基础知识(1)

第1章天线基础知识
本次课主要内容 1.绪论
(1)天线在无线电通信系统中的地位
(2)天线的定义、作用
2.电基本振子的辐射
(1)电基本振子辐射场表达式
(2)电基本振子的辐射特性（重点）
绪论
1.天线在无线电通信系统中的地位天线是任何无线电通信系统都离不开的
重要前端器件。 2.天线的作用（１）将发射机输出的高频电流能量转换成电磁波辐射出去。
（２）将空间电磁波信号转换成高频电流能量送给接收机。
绪论
3.天线的定义
天线是用来辐射或接收无线电波的装置。
4.天线辐射过程
天线在外加高频激励源的作用下，在其周围激发起交变电场和磁场，这种交变的磁场和电场周而复始地相互作用、相互转化，形成电磁波，并以一定的速度向周围空间传播出去。
绪论
5.天线有效辐射的条件
Pr
1 2
I 2Rr
(1―1―8)
Rr称为该天线归算于电流 I 的辐射电阻，这里 I 是电流的振幅值。将上式代入（1―1―7），得电
基本振子的辐射电阻为
Rr
80
2( l )2
(1―1―9)
第1章天线基础知识
1.1.2 磁基本振子的辐射
磁基本振子：又称磁流源、磁偶极子。
z
磁基本振子模型：
小电流环，周长远小于波长，环上电流I等幅同相均匀分布。
自适应天线、智能天线等。
绪论
通常按天线原理分为两大类：
线天线：用于长波、短波、超短波面天线：用于微波
7.天线研究方法 (1)精确解法：求解麦克斯韦方程组
(2)近似解法：微扰法、变分法、迭代法、几何光学法、几何绕射法
(3)数值解法：矩量法、有限元法

天线与电波传播课件(第三章)宽带天线

3.1 行波天线　前面讲的振子型天线, 其上电流为驻波分布, 如对称振子的电流分布为I(z)=I m sin β(h-z)= 式中, 第一项表示从馈电点向导线末端传输的行波; 第二项表示从末端反射回来的从导线末端向馈电点传输的行波; 负号表示反射系数为1。

　当终端不接负载时, 来自激励源的电流将在终端全部被反射。

这样, 振幅相等、传输方向相反的两个行波叠加就形成了驻波。

凡天线上电流分布为驻波的均称为驻波天线。

驻波天线是双向辐射的, 输入阻抗具有明显的谐振特性, 因此, 一般情况下工作频带较窄。

　)(2z j z j h j m e e e j I βββ−−第3章宽带天线(3-1-1)如果天线上电流分布是行波, 则此天线称为行波天线。

通常, 行波天线是由导线末端接匹配负载来消除反射波而构成, 如图3-1-1 所示。

最简单的有行波单导线天线、V形天线和菱形天线等, 它们都具有较好的单向辐射特性、较高的增益及较宽的带宽, 因此在短波、超短波波段都获得了广泛的应用。

但由于部分能量被负载吸收, 所以天线效率不高。

1. 行波单导线天线的方向图　若天线终端接匹配负载, 则天线上电流为行波分布:e jβz　(3-1-2) I(z)=I忽略地面的影响, 行波天线的辐射场为图3-1-1 行波天线匹配负载～rθlI (z )经积分得)]cos 1(21[0cos)1(2sin cos 1sin 60θβθβθθλπ−+−⎥⎦⎤⎢⎣⎡−⋅−⋅=r j e l r I j E 因而, 单根行波单导线的方向函数为θβθθcos 1cos)1(2sin sin −⎥⎦⎤⎢⎣⎡−=l F 由图3-1-2可见, 行波天线是单方向辐射的, 但其最大辐射方向随电长度l/λ的变化而变化, 旁瓣电平较高且瓣数较多, 与其它类型天线相比, 相对其电尺寸而言增益是不高的。

但这些不足可以利用排阵的方法来进行改善。

　当天线较长时, 行波天线的最大辐射方向可近似由下式确定:(3-1-3)(3-1-4)图3-1-2 l=4λ和8λ时行波单导线方向图1.04082.08163.12244.16321.19022.38033.57054.76075.9508(a )(b )120°330°30°60°150°240°210°0°90°180°270°300°120°330°30°60°150°240°210°0°90°180°270°300°因此, 有 cosθm =l21λ−由上式可见, 当l/λ较大, 工作波长改变时, 最大辐射方向θm变化不大。

第8章天线与电波传播

➢ 典型增益：单独天线增益减去功率分配器带来的 3dB损耗
第8章天线与电波传播
30
8.1天线基本概念
天线分集技术 – 分集技术用于移动通信系统中解决衰落问题 – 基站接收也采用分集接收技术
➢ 对用电池供电的MS，不能用提高发射功率满足衰落储备
第8章天线与电波传播
31
8.1天线基本概念
天线下倾
✓ λ/2的对称振子在800MHz频段约200mm长；在400MHz 频段约400mm长
第8章天线与电波传播
24
8.1天线基本概念
✓ 基本电振子、半波振子、全波振子天线的增益
天线类型基本电振子半波振子全波振子
增益(dBi) 1.76 2.14 3.80
第8章天线与电波传播
25
8.1天线基本概念
– 天线下倾可改善系统的抗干扰性能 – 天线下倾主要是改变天线的垂直方向图主瓣指向，
使垂直方向图的主瓣信号指向覆盖小区，而垂直方向图的零点或副瓣对准受其干扰的同频小区
➢ 改善服务小区覆盖范围内的信号强度 ➢ 提高服务小区内的C/I值，减少对远处同频小区的干扰 ➢ 提高系统的频率复用能力，增加系统容量 ➢ 改善基站附近的室内覆盖性能
第8章天线与电波传播
27
8.1天线基本概念
– 定向天线
➢ 定向天线的水平和垂直辐射方向图是非均匀的
✓ 常称为扇区天线，辐射功率或多或少集中在一个方向
➢ 使用方向天线有两个原因：覆盖扩展及频率复用
✓ 使用方向天线可改善蜂窝移动网中的干扰
➢ 定向天线一般由直线天线阵加上反射板构成或直接采用方向天线
➢ 典型增益值是9～16dBd ➢ 结构上一般为8～16个单元的天线阵
第8章天线与电波传播

第8章(144)

第 8 章电波传播
引入衰减因子W后，则实际传播电道接收点场强为
| E || Emax | W
60PT GT W r
(8.2-13)
相应最大辐射方向上的能流密度pmax和接收功率PA分别为
pmax

PT GT
4π
W2
(8.2-14)
第 8 章电波传播
PA

4πr
2 w2 PT GT GA
第 8 章电波传播
在传播距离、工作频率、发射天线和发射功率相同的情况下，接收点的实际场强|E|和自由空间场强|Emax|之比定义为该电道的衰减因子W，即
def
W
E
Emax
(8.2-11)
第 8 章电波传播
若用dB表示，则W为 W 20 lg E dB Emax
(8.2-12)
第 8 章电波传播
图8.1-2 地面波传播
第 8 章电波传播
2. 天波传播(Ionosphere Radio Wave Propagation) 电波自发射天线向天空辐射，经过空中电离层的反射或折射后返回地面的无线电波叫天波。经由这种方式到达接收点的通信方式称做天波传播，如图8.1-3 所示。
的模值
时，可假设透入地层内
部的电波仍是一均匀平面波，沿法线方向垂直向下传
播，其场分量具有下述关系：
E2x
0 c
H2y
(8.3-7)
第 8 章电波传播
式(8.3-7)中忽略了E2z，不过由下面的分析可知， |E2z| ＜＜|E2x|，故该假设是合理的。将式(8.3-6)的第一个和第三个等式代入式(8.3-7)中，可得

天线与电波传播_完整版

§1.1 辅助函数法
在远场区
E jA E jA E jA Er 0
1 j ˆE ˆ A H r r

天线辐射问题分析过程
§1.2 电基本振子
什么是电基本振子？一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于
§1.2 电基本振子
近区场的性质：由于电场和磁场相差90度，故坡印廷矢量的平均值等于零，这说明无电磁场能量辐射，称为感应场。远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
Er E H r H 0 jkr kI 0l e E j sin 4 r kI 0l e jkr H j sin 4 r
§1.2 电基本振子
电基本振子的场辐射
§1.3 磁基本振子
麦克斯韦电磁理论获得了巨大的成功。电和磁的对称性问题，至今尚未解决。电的基本单元是电荷。正负电荷可以分开，自由电荷能单独存在，因而我们可以引进电荷密度和电流密度的概念。磁的基本单元是磁偶极矩，它可以看作是正负磁荷的组合。然而，正负磁荷却不能分开，自由磁荷不能单独存在。所以，在电磁理论中我们不能引入磁荷密度和磁流密度等概念。
天线发展简史
五、2000, 移动/手持天线（Mobile/Hand - held Antenna）工作于800MHz的手持蜂窝电话天线随处可见。从马可尼时代直到20世纪40年代，天线主要是以导线为辐射单元，工作频率也提高到UHF。进入二战期间，随着1GHz以上微波源（如调速管、磁控管）的发明，天线开始了一个新的纪元。波导口径天线、喇叭天线和反射面天线等如雨后春笋般出现。

《天线与电波传播》课件

自由空间损耗
电波在自由空间中传播时，能量随距离的平方成正比地衰减。
穿透损耗
电波在穿透建筑物、墙体等障碍物时，会受到损耗。
地面吸收损耗
电波在传播过程中，会受到地面的吸收作用，导致能量衰减。
散射损耗
由于散射体的散射作用，导致电波传播过程中的能量衰减。
03
天线设计与应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
Hale Waihona Puke 天线的定义与分类总结词
天线的定义是指能够将电磁波能量转换为导行波能量或将导行波能量转换为电磁波能量的装置。天线根据不同的分类标准可以分为多种类型。
详细描述
天线是一种能够将电磁波能量转换为导行波能量或将导行波能量转换为电磁波能量的装置。根据不同的分类标准，天线可以分为多种类型，如按工作性质可以分为发射天线和接收天线，按方向性可以分为定向天线和全向天线，按频段可以分为超长波天线、长波
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
《天线与电波传播》ppt课
件
• 天线基础知识 • 电波传播基础 • 天线设计与应用 • 电波传播的干扰与防护 • 未来发展与展望
目录
CONTENTS
01
天线基础知识
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
设备干扰
影响设备的正常运行，可能导致设备故障或性能下降。
04
干扰的防护与抑制
频率管理
通过合理规划和管理无线电频谱，减少不同无线电业务之间的干扰。
天线隔离
通过合理设置天线位置和方向，降低不同无线电设备之间的干扰。
滤波技术
采用滤波器对信号进行筛选和处理，减少干扰信号的影响。

北邮李莉教授之天线与电波传播第2章习题详解

Z 21 = −0.41 + j 0.50( A) Z 22
3
天线与电波传播第二章习题详解李莉（编著）
振子 1 的总辐射阻抗： Z r1 =
U1 I = Z11 + M 2 Z12 = 61.63 + j 76.07Ω IM1 IM1 U2 = 0Ω IM 2
振子 2 的总辐射阻抗： Z r 2 =
π
Δ 角的变化范围 0 0 − 90 0
a)
h = 0.25λ , d = 0.5λ , kd =
2π
λ
× 0.5λ = π
5
天线与电波传播第二章习题详解李莉（编著）
cos( sin Δ) 2 f 阵列 (Δ) = cos(0.5π sin Δ) cos Δ
其方向图如下：
π
cos( sin Δ) 2 cos Δ
b)
π
cos(0.5π sin Δ)
2π
cos( sin Δ) 2 cos(0.5π sin Δ) cos Δ
π
h = 0.3λ , d = 0.6λ , kd =
π
λ
× 0.6λ = 1.2π
cos( sin Δ ) 2 f阵列 (Δ ) = cos(0.6π sin Δ ) ，其方向图如下： cos Δ
1 0.8 0.6 60
90 120
1 0.8 0.6 60
150
0.4 0.2
30
150
0.4 0.2
30
×
180
π
π
FH (θ , ϕ = 0 0 ) = sin( cos θ ) 2
由此，可得出ห้องสมุดไป่ตู้应的方向图为 E 面：

天线与电波传播课件(第六章)电波传播概论

编著： [美] John D.Kraus
出版社：电子工业出版社
8/12/2013
Ronald J. Marhefka
2002年8月第一版
2
Dept.PEE Hefei Normal University
天线与电波传播
第1章天线基础知识
第2章窄带天线
第3章宽带天线第4章口径天线第5章天线新技术第6章电波传播概论
不被电离层反射
8/12/2013
15
Dept.PEE Hefei Normal University
主要传播方式
注：微波中继通信
视距通信中天线一般为抛物面天线
8/12/2013
16
Dept.PEE Hefei Normal University
主要传播方式
4、散射通信：利用对流层、电离层、流星余迹等不均匀体对电磁波的散射来实现“超视距传播”，用于超短波（米波）和微波的远距离通信。
8/12/2013
11
Dept.PEE Hefei Normal University
研究内容
(4) 开拓新频段：低到几十赫兹，高到几百吉赫兹，开发毫米波段应用研究。 (5) 开发电波应用领域：军用（通信雷达，制导等）民用（遥感、测控、导航等等）等其他领域。 (6) 研究电磁兼容、抗干扰等相关课题的研究。
8/12/2013
12
Dept.PEE Hefei Normal University
主要传播方式
1、地波传播：信号延地面传播、信号稳定、吸收小，适用于甚长波、长波、中波(一般<2MHz)，主要用于广播、授时等。
通常适宜采用垂直极化天线发射信号！
8/12/2013

天线与电波传播第1章习题详解

eA le E s i n
4

10 0
1 2 7V .39
（2）当接收天线与负载匹配时，传给负载的功率最大为：
Pmax
2 eA (127.39 106 ) 2 2.779 1011W 。 8Rin 8 73
1.15 某线极化天线接收远方传来的圆极化波，且天线的最大接收方向对准来波方向。天线的增益系数为 30dBi，效率为 A 1 ，接收点的功率密度为 1mW / m2 。试求（1）该天线的接收功率；（2）如果失配因子 0.8 ，则求出进入负载的功率。解：（1）线极化天线接收圆极化波，极化失配因子为天线的增益
4
1.11 有两副天线的方向函数分别为 f1 ( ) sin 这两副天线的半功率波瓣宽度。解：对于 f1 ( ) sin 令 f1
2
0.4 和 f 2 ( ) cos2 0.4 ，分别计算
0.4 ，在 90 时取最大值 f1max 1.4

将 F 代入得： D
4
2
F ( , )
0 0

2.56 sin d
2
F ( , )
0
2
天线增益： G D 2.43 1.8 甲、乙两天线的方向系数相同，甲的增益系数是乙的四倍，它们都以最大辐射方向对准远区的 M 点（1）当两天线辐射功率相同时，求其在 M 点产生的场强比（分贝表示）；（2）当两天线输入功率相同时，求其在 M 点产生的场强比（分贝表示）。解：设甲天线的方向性系数和增益系数分别为 D1 , G1 ，乙天线的方向性系数和增益系数分别为： D2 , G2 ， Pr1 、 Pr2 和 Pr0 分别为甲天线、乙天线和作为标准的无方向性点源天线的辐射功率。 Pin1 Pin2 和 Pin0 分别为甲天线、乙天线和作为标准的无方向性点源天线的输入功率。根据题意可知， D1 D2 ， G1 4G2 （1）当天线辐射功率相同时， P r1 P r2 P r0

(第二章)窄带天线

dE

j 60
sinIm sin (h
z ) e jr dz r (2－1―2)
选取振子的中心与球坐标系的原点重合, 上式中的r′与从原点算起的r稍有不同。
在远区 , 由于rh, 参照图 2-1-1, 则r′与r的关系为
r′=(r2+z2-2rzcosθ)1/2≈r-zcosθ
的办法。如短波波段使用的笼形振子天线就是基于这一原理。
② h/λ≈0.25时, 对称振子处于串联谐振状态, 而h/λ≈0.5时, 对称
振子处于并联谐振状态, 无论是串联谐振还是并联谐振, 对称
振子的输入阻抗都为纯电阻。但在串联谐振点（即h=λ/4n1）
附近, 输入电阻随频率变化平缓, 且Rin=RΣ=73.1 Ω。这就是说, 当h=λ/4n1 时, 对称振子的输入阻抗是一个不大的纯电阻, 且具有较好的频率特性, 也有利于同馈线的匹配, 这是半波振子被
天线与电波传播
z
h dz z

r′
r
Im h
图 2―1 ―1
图 2-1-1 对称振子
天线与电波传播
一、对称振子的辐射场
工程上计算对称振子的辐射场的近似方法是:把对称振子看成是终端开路的传输线两臂向外张开的结果 (如图2-1-2),并假设其上的电流分布仍和张开前一样,然后将振子分成许多小段,每一小段上的电流在某个瞬间可认为各处相同,即把每个小段看作一个元电辐射体,于是空间任一点的场强是许多元电辐射体在该点产生场强的叠加。
(2―1―15)
式中, Z0为有耗线的特性阻抗, 以式（2 -1 -14）的0来计算; α和β分别为对称振子上等效衰减常数和相移常数。
(1) 对称振子上的等效衰减常数α

天线与电波传播_第六章

宽边上纵缝的E 面方向图
导壁的平面）沿金属面方向的辐射为零，所以波导的有限尺寸带来的影响相对较小，因此其H面方向图与理想缝隙天线差别不大。
§6.4 波导缝隙天线

波导缝隙天线和理想缝隙天线的辐射空间不同，波导缝隙天线的辐射功率相当于理想缝隙天线的一半，因此波导缝隙天线的辐射电导也就为理想缝隙天线的一半。半波谐振波导缝隙其辐射电导为 Grm 0.001 S 【等效电路】微波技术知识可知，波导可以等效为双线传输线，所以波导上的缝隙可以等效为和传输线并联或串联的等效阻抗。
对偶关系
J Y0 J m E1 Z 0 H m H1 Y0 Em
§6.2 巴卑涅原理
比较图中（c）和（d），可看出两者的源和屏完全对偶，因此他们在y>0半空间的场对偶。
Ed Z0 Hm，Hd Y0 Em
电流源直接激励时的场为 E, H
§6.3 理想缝隙天线
【等效】缝隙相当于一个磁流源，由电场分布可得到等效磁流密度为：
ˆ J m n E l ˆ Em sin k z z , x 0 2 Em sin k l z z , x 0 ˆ 2
(60 ) 2 Rrm 500 73.1
re
73.1
，理
Grm 0.002 S

由于谐振电对称阵子的输入阻抗为纯阻，因此谐振缝隙的输入阻抗也为纯阻，并且其谐振长度同样稍短于 2 ，且缝隙越宽，缩短程度越大。
§6.4 波导缝隙天线
最基本的缝隙天线是由开在矩形波导壁上的半波谐振缝隙构成的。波导传输主模TE10波。在波导宽壁上有纵向和横向两个电流分量，横向分量的大小沿宽边呈余弦分布，中心处为零，纵向电流沿宽边呈正弦分布，中心处最大；波导窄壁上只有横向电流，且沿窄边均匀分布。