第1章__天线基础知识
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天线基础知识(全)PPT课件
• 这时出现了分析天线公差的统计理论，发展了天线阵列的综合 理论等。
• 1957年美国研制成第一部靶场精密跟踪雷达AN/FPS-16，随后各 种单脉冲天线相继出现，同时频率扫描天线也付诸应用。
• 在50年代，宽频带天线的研究有所突破，产生了非频变天线理 论，出现了等角螺旋天线、对数周期天线等宽频带或超宽频带 天线。
天线的方向性
3/25/2020
7
Dept.PEE Hefei Normal
天线的方向性
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8
Dept.PEE Hefei Normal
天线的方向性
D=0.32 λ, S=0.25 λ, N=10
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9
Dept.PEE Hefei Normal
无线电电磁频谱
3Hz 30Hz 300Hz 3kHz 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz 3THz 30THz 300THz
主 编：John D. Kraus
出版社：the McGraw-Hill Companies 出版时间：2002
《天线》
编著：[美]John D.Kraus Ronald J. Marhefka
出版社：电子工业出版社 2004年4月 第一版
《Radio Propagation for Modern Wireless Systems》
线电波来传递信号的，而无线电波的发射和接收都通过天线来完成。 因此天线设备是无线电系统中重要的组成部分。图1.和图2.指出了 天线设备在两种典型的无线电系统中的地位。
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11
Dept.PEE Hefei Normal
天线功能
• 1957年美国研制成第一部靶场精密跟踪雷达AN/FPS-16，随后各 种单脉冲天线相继出现，同时频率扫描天线也付诸应用。
• 在50年代，宽频带天线的研究有所突破，产生了非频变天线理 论，出现了等角螺旋天线、对数周期天线等宽频带或超宽频带 天线。
天线的方向性
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Dept.PEE Hefei Normal
天线的方向性
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天线的方向性
D=0.32 λ, S=0.25 λ, N=10
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Dept.PEE Hefei Normal
无线电电磁频谱
3Hz 30Hz 300Hz 3kHz 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz 3THz 30THz 300THz
主 编：John D. Kraus
出版社：the McGraw-Hill Companies 出版时间：2002
《天线》
编著：[美]John D.Kraus Ronald J. Marhefka
出版社：电子工业出版社 2004年4月 第一版
《Radio Propagation for Modern Wireless Systems》
线电波来传递信号的，而无线电波的发射和接收都通过天线来完成。 因此天线设备是无线电系统中重要的组成部分。图1.和图2.指出了 天线设备在两种典型的无线电系统中的地位。
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Dept.PEE Hefei Normal
天线功能
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
天线基础知识课件
重新安装
修复完成后，重新安装天线， 确保安装牢固。
天线的升级与改造方案
升级方案
根据实际需求和技术发展，对天线进 行升级改造，提高天线的性能和功能 。
改造方案
根据实际场景和需求，对天线进行改 造，如改变天线结构、增加天线数量 等。
方案实施
制定详细的实施方案，包括改造计划 、时间安排、人员分工等，确保改造 顺利进行。
04
天线的应用领域
通信领域
移动通信
01
手机、无线电对讲机等移动通信设备使用天线接收和发送信号
。
卫星通信
02
卫星地面站使用天线与卫星进行通信。
无线局域网
03
路由器、电脑等设备通过天线连接无线网络。
雷达领域
天气预报雷达
用于监测天气状况，如风切变、降水等。
导航雷达
用于飞机、船舶等导航。
军事雷达
用于探测目标、制导武器等。
05
天线的设计与制作
天线的设计原则与方法
匹配原则
天线应与发射和接收设 备相匹配，以确保信号
的最佳传输。
效率原则
天线应具有高效率，以 减少信号的损失和干扰
。
抗干扰原则
天线应具有抗干扰能力 ，以减少外部信号的干
扰。
多功能性原则
天线应具有多功能性， 以满足不同的应用需求
。
天线的制作材料与工艺流程
01
电磁波在空间中以波的形 式传播，其传播速度等于 光速。
电磁波的特性
电磁波具有频率、波长、 振幅等特性，不同特性的 电磁波具有不同的传播方 式和性质。
天线辐射原理
天线的作用
天线是用来发射或接收电 磁波的设备，其作用是将 电信号转换为电磁波或将 电磁波转换为电信号。
修复完成后，重新安装天线， 确保安装牢固。
天线的升级与改造方案
升级方案
根据实际需求和技术发展，对天线进 行升级改造，提高天线的性能和功能 。
改造方案
根据实际场景和需求，对天线进行改 造，如改变天线结构、增加天线数量 等。
方案实施
制定详细的实施方案，包括改造计划 、时间安排、人员分工等，确保改造 顺利进行。
04
天线的应用领域
通信领域
移动通信
01
手机、无线电对讲机等移动通信设备使用天线接收和发送信号
。
卫星通信
02
卫星地面站使用天线与卫星进行通信。
无线局域网
03
路由器、电脑等设备通过天线连接无线网络。
雷达领域
天气预报雷达
用于监测天气状况，如风切变、降水等。
导航雷达
用于飞机、船舶等导航。
军事雷达
用于探测目标、制导武器等。
05
天线的设计与制作
天线的设计原则与方法
匹配原则
天线应与发射和接收设 备相匹配，以确保信号
的最佳传输。
效率原则
天线应具有高效率，以 减少信号的损失和干扰
。
抗干扰原则
天线应具有抗干扰能力 ，以减少外部信号的干
扰。
多功能性原则
天线应具有多功能性， 以满足不同的应用需求
。
天线的制作材料与工艺流程
01
电磁波在空间中以波的形 式传播，其传播速度等于 光速。
电磁波的特性
电磁波具有频率、波长、 振幅等特性，不同特性的 电磁波具有不同的传播方 式和性质。
天线辐射原理
天线的作用
天线是用来发射或接收电 磁波的设备，其作用是将 电信号转换为电磁波或将 电磁波转换为电信号。
第1章 天线基础知识(课件)
螺旋天线、喇叭天线和反射面天线等。
第1章 天线基础知识
天线的分析方法:麦克斯韦电磁场方程(“场”分析法)
“路”分析法: 将系统看成由分立元件及连接导线组成.
“场”分析法: 将系统看成分布系统. “场”:在全部或部分空间里的每一个点,都对应某个物理 量的一个确定的值,称为在这个空间确定了该物理量的 场.
第1章 天线基础知识
对于线性媒质,某点的电极化强度P正比于该点的电场强
度E。在各向同性媒质中某点的P和E方向相同,即
P xe 0 E
式中χ e为电极化率,它是没有量纲的纯数,不同的介质
就有不同的χ e。
D 0 E xe 0 E 0 (1 xe ) E 0 r E E
(3)Eθ 和Hφ 的比值为常数，称为媒质的波阻抗，记
为η。对于自由空间 E
0 120 H 0
(1―4―6)
第1章 天线基础知识
(4)Eθ 和Hφ 与sinθ成正比，说明电基本振子
的辐射具有方向性，辐射场不是均匀球面波。
因此，任何实际的电磁辐射绝不可能具有完全
的球对称性，这也是所有辐射场的普遍特性。 电偶极子向自由空间辐射的总功率称为辐 射功率Pr，它等于坡印廷矢量在任一包围电偶 极子的球面上的积分，即
第1章 天线基础知识
(4) 按天线特性分类：按方向特性分，有定向天线、全
向天线、强方向性天线和弱方向性天线；按极化特性 分，有线极化(垂直极化和水平极化)天线和圆极化天 线；按频带特性分， 有窄频带天线、 宽频带天线和超 宽频带天线。 (5) 按馈电方式分，有对称天线和非对称天线。 (6) 按天线上的电流分，有行波天线和驻波天线。 (7) 按天线外形分，有V形天线、菱形天线、环行天线、
第一章天线基础知识PPT课件
辐射总功率： Pr 40IA2(l)2
等效关系： Rr 2Pr /IA2
辐射电阻： Rr 8(0l/)2
辐射功率取决于电偶极子的电长度，频率越高 或波长越短，辐射功率越大。已经假定空间媒 质不消耗功率且在空间内无其它场源，所以辐 射功率与距离r无关。
17
1.1.2 对偶原理与磁基本振子
（1）对偶原理 （2）磁基本振子
18
（1） 对偶原理
电荷与电流是产生电磁场的唯一源。自然界中至今 尚未发现任何磁荷与磁流存在。但是对于某些电磁场 问题，引入假想的磁荷与磁流是有益的。
对偶原理
如果将上述电场及磁场分为两部分：一部分是由电荷及电
流产生的电场 及Ee (磁r )场 ；另He一(r)部分是由磁荷及磁流产生 的电场 及磁场Em(r，) 即 Hm(r)
由对偶关系：
22
磁偶极子的辐射总功率
1
P rs S ad v s s 2 R E e H ] [ d s 1
4 6 I m 2 (0 s ) 2
磁偶极子的辐射电阻
Rr
2Pr Im2
3204(s)2
同样长度的导线，绕制成磁偶极子，在电流
振幅相同情况下，远区的辐射功率比电偶极子
的要小的多。
工程上常采用两个正交平面方向图，自由空 间中两个最重要的平面方向图是E面和H面。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振子的H平面方向图
功率方向图反映辐射的功率密度与方向之间 的关系，它与场强方向图关系为
25
（1）方向函数
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的关系。 天线远场区：
方向函数：
归一化方向函数：
等效关系： Rr 2Pr /IA2
辐射电阻： Rr 8(0l/)2
辐射功率取决于电偶极子的电长度，频率越高 或波长越短，辐射功率越大。已经假定空间媒 质不消耗功率且在空间内无其它场源，所以辐 射功率与距离r无关。
17
1.1.2 对偶原理与磁基本振子
（1）对偶原理 （2）磁基本振子
18
（1） 对偶原理
电荷与电流是产生电磁场的唯一源。自然界中至今 尚未发现任何磁荷与磁流存在。但是对于某些电磁场 问题，引入假想的磁荷与磁流是有益的。
对偶原理
如果将上述电场及磁场分为两部分：一部分是由电荷及电
流产生的电场 及Ee (磁r )场 ；另He一(r)部分是由磁荷及磁流产生 的电场 及磁场Em(r，) 即 Hm(r)
由对偶关系：
22
磁偶极子的辐射总功率
1
P rs S ad v s s 2 R E e H ] [ d s 1
4 6 I m 2 (0 s ) 2
磁偶极子的辐射电阻
Rr
2Pr Im2
3204(s)2
同样长度的导线，绕制成磁偶极子，在电流
振幅相同情况下，远区的辐射功率比电偶极子
的要小的多。
工程上常采用两个正交平面方向图，自由空 间中两个最重要的平面方向图是E面和H面。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振子的H平面方向图
功率方向图反映辐射的功率密度与方向之间 的关系，它与场强方向图关系为
25
（1）方向函数
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的关系。 天线远场区：
方向函数：
归一化方向函数：
天线基础知识(馈电原理)
天线输入阻抗与特性阻抗不一致时，产生 的反射波和入射波在馈线上叠加形 成驻波，其相邻电压最大值和最小值之比就是电压驻波比。电压驻波比过 大，将 缩短通信距离，而且反射功率将返回发射机功放部分，容易烧坏功放 管，影响通信系统正常工作。
2. 前后比（F/B）
天线的后向180°±30°以内的副瓣电平与最大波束之差，用正值表示。一 般天线的前后比在18～45dB之间。对于密集市区要积极采用前后比大的天 线，如40dB。
天线知识
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天线知识 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 天线基础知识 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1 天线增益 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 方向图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3 极化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.4 天线其它技术指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.5 天线的种类 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 天线技术 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1 天线分集技术 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2 赋形波束技术 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3 智能天线 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3 天线选型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.1 各种天线的应用原则 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2 各种无线环境下的天线选择原则 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4 天线倾角规划 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.1 天线倾角设计 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.2 实际运用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 5 天线的安装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5.1 天线支架安装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5.2 天线安装 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
第1章 天线基础知识5
BW0 = 2arcsin
FN (θ ) =
λ πd N sin cosθ λsinFra bibliotekNπd
cosθ
λ
Nd
≈2
λ
Nd
BW0.5 ≈ 0.89
λ
Nd
第一旁瓣电平： （4）第一旁瓣电平：-13.5dB
均匀直线阵： 均匀直线阵：
6.普通端射阵（ 6.普通端射阵（ξ = ±βd ）： 普通端射阵
d sin Nπ (cosθ −1) λ FN (θ) = d N sin π (cosθ −1) λ
D G
作业： 作业：
P298， 12、17、20题 P298，第12、17、20题
3.三种补偿： 3.三种补偿： 三种补偿 欠补偿： （1）欠补偿：| ξ |< βd
0 < θm <180
o o
完全补偿： （2）完全补偿： o o | ξ |= βd θm = 0 或 180 （3）过度补偿
| ξ |> βd
均匀直线阵： 均匀直线阵：
4.扫描特性（ 4.扫描特性（ | ξ |< βd ）： 扫描特性
π βd cosθ ) F2 (θ ) = cos + 2 4
均匀直线阵： 均匀直线阵：
阵因子：
Nψ N(ξ + βd cosθ) sin sin 2 = 2 fN (θ) = ψ ξ + βd cosθ sin sin 2 2
Nψ N(ξ + βd cosθ ) sin sin 2 = 2 FN (θ ) = ψ ξ + βd cosθ N sin N sin 2 2
相似阵的分类： 相似阵的分类：
FN (θ ) =
λ πd N sin cosθ λsinFra bibliotekNπd
cosθ
λ
Nd
≈2
λ
Nd
BW0.5 ≈ 0.89
λ
Nd
第一旁瓣电平： （4）第一旁瓣电平：-13.5dB
均匀直线阵： 均匀直线阵：
6.普通端射阵（ 6.普通端射阵（ξ = ±βd ）： 普通端射阵
d sin Nπ (cosθ −1) λ FN (θ) = d N sin π (cosθ −1) λ
D G
作业： 作业：
P298， 12、17、20题 P298，第12、17、20题
3.三种补偿： 3.三种补偿： 三种补偿 欠补偿： （1）欠补偿：| ξ |< βd
0 < θm <180
o o
完全补偿： （2）完全补偿： o o | ξ |= βd θm = 0 或 180 （3）过度补偿
| ξ |> βd
均匀直线阵： 均匀直线阵：
4.扫描特性（ 4.扫描特性（ | ξ |< βd ）： 扫描特性
π βd cosθ ) F2 (θ ) = cos + 2 4
均匀直线阵： 均匀直线阵：
阵因子：
Nψ N(ξ + βd cosθ) sin sin 2 = 2 fN (θ) = ψ ξ + βd cosθ sin sin 2 2
Nψ N(ξ + βd cosθ ) sin sin 2 = 2 FN (θ ) = ψ ξ + βd cosθ N sin N sin 2 2
相似阵的分类： 相似阵的分类：
《天线与电波传播(第二版)》学习指导-第1章
m
H
E 120π
1.6
10 105 π
6.29
106
A
m
第1章 习题与解答
1-1-3 一基本振子密封在塑料盒中作为发射天线， 用另 一电基本振子接收， 按天线极化匹配的要求， 它仅在与之极 化匹配时感应产生的电动势为最大， 你怎样鉴别密封盒内装的 是电基本振子还是磁基本振子？
解 根据极化匹配的原理及电基本振子与磁基本振子的方 向性和极化特点来确定。
Em
j Imlm
2r
sin
e jkr
e
同样， 由题设条件可得
60πIele Imlm
r 2r
第1章 习题与解答
所以， 远区场点P的合成场为
EH
j 60πIele
r
(1 sin ) e jkr
e
由此可以求得E面和H面的归一化方向函数均为
FE
(
)
FH (
)＝1 2
1
sin
组合天线E面和H面的归一化方向图见题1-1-4解图(三)所示。
第1章 习题与解答
题1-1-4解图(三)
H
j Il
2r
sin
e jkr
E
j 60πIl
r
sin e jkr
Hr H Er E 0
可见， Eθ、 Hj与电流I、 空间距离r、 电长度l/λ以及子午角 θ有关。
第1章 习题与解答
(6) 从电基本振子辐射场的表达式可知， 当θ=0°或 180°时， 电场有最小值0； θ=90°时， 电场有最大值。 因 此， 电基本振子在θ=0°或180°方向的辐射最小， 为0， 在 θ=90°方向的辐射最大。
(2) 电基本振子辐射的是线极化波。 (3) 由于过M点的等相位面是一个球面， 所以电基本振子 的远区辐射场是球面波； 又因为Eθ, Hj与sinθ成正比， 所 以该球面波又是非均匀的。 (4) M点的电场与磁场之间有如下关系：
天线基本知识点总结
天线基本知识点总结引言天线作为无线通信系统中的重要组成部分，起着收发电磁波信号的重要作用。
它的性能直接影响到无线通信系统的传输质量和覆盖范围，因此对天线的基本知识进行深入了解对于理解和设计无线通信系统至关重要。
一、天线的基本概念1. 天线的定义天线是指用于传输和接收无线电波的设备，通常由一个或多个导体制成。
它可以将射频信号转换成电磁波，或者将电磁波转换成射频信号，是无线通信系统中不可或缺的组成部分。
2. 天线的主要功能天线主要功能是将射频信号转化为电磁波并进行辐射，或者将接收到的电磁波转化为射频信号。
其次，天线还具有指向性和增益调节的功能。
3. 天线的分类根据使用场景和结构特点，天线可以分为室内天线和室外天线；根据辐射方式，天线可以分为定向天线和非定向天线；根据频段，天线可以分为宽频天线和窄带天线。
二、天线的基本参数1. 天线的增益天线的增益是指天线在特定方向上辐射功率与参考天线（一般为同种条件下的理想点源天线）辐射功率之比。
增益值越大，天线的辐射方向性越强，传输距离越远。
2. 天线的方向特性天线的方向特性是指天线在空间中辐射电磁波的方向分布规律。
根据辐射特性，天线可以分为全向天线和定向天线。
全向天线在水平方向上的辐射方向性最小，而定向天线在特定方向上的辐射方向性最大。
3. 天线的频率特性天线的频率特性是指天线在不同频率下的辐射特性和阻抗匹配情况。
由于不同频率下的波长不同，因此同一天线在不同频段下的辐射特性和阻抗情况会有所不同，需要进行频率特性的设计和匹配。
4. 天线的阻抗天线的阻抗是指天线在工作频率下的输入阻抗。
天线的阻抗匹配对于信号的传输和接收至关重要，需要根据工作频率进行设计和调整。
阻抗匹配不佳会导致信号的反射和损耗，影响通信质量。
5. 天线的带宽天线的带宽是指天线在一定范围内能够正常工作的频率范围。
天线的带宽需要根据具体应用场景来选择，以保证在不同频率下的正常工作和性能表现。
三、天线的设计原理1. 天线的辐射原理天线的辐射原理是天线将射频信号转换成电磁波并进行辐射的物理过程。
第1章--天线基础知识
f ( , ) f ( ) l sin
第1章 天线基础知识
为了便于比较不同天线的方向性，常采用归一化 方向函数，用F(θ,φ)表示，即
F( , )
f ( , )
E( , )
fmax ( , )
Emax
第1章 天线基础知识
式中，fmax(θ,φ)为方向函数的最大值；Emax为最大辐射方 向上的电场强度;E(θ,φ)为同一距离(θ,φ)方向上的电场强 度。
归一化方向函数F(θ,φ)的最大值为1。因此，电基本 振子的归一化方向函数可写为
F(θ,φ)=|sinθ| 为了分析和对比方便，今后我们定义理想点源是无 方向性天线，它在各个方向上、相同距离处产生的辐射 场的大小是相等的，因此，它的归一化方向函数为
F(θ,φ)=1
第1章 天线基础知识
1.2.2 方向图 天线的方向函数，它与r及I无关。将方向函数用
y
图1―2―3 电基本振子E平面方向图
第1章 天线基础知识
z
x
y |sin 90°|＝ 1
图1―2―4 电基本振子H平面方向图
第1章 天线基础知识
但是要注意的是，尽管球坐标系中的磁基本振子方 向性和电基本振子一样，但E面和H面的位置恰好互换。
有时还需要讨论辐射的功率密度（坡印廷矢量模值） 与方向之间的关系，因此引进功率方向图（Power Pattern）Φ(θ,φ)。容易得出，它与场强方向图之间的关 系为
第1章 天线基础知识 z
Er
H
Ir
E
lO y
x
图1―1 电基本振子的坐标
第1章 天线基础知识
E Erer E e
H He
式中,E为电场强度，单位为V/m；
H为磁场强度，单位为A/m；
第1章 天线基础知识
为了便于比较不同天线的方向性，常采用归一化 方向函数，用F(θ,φ)表示，即
F( , )
f ( , )
E( , )
fmax ( , )
Emax
第1章 天线基础知识
式中，fmax(θ,φ)为方向函数的最大值；Emax为最大辐射方 向上的电场强度;E(θ,φ)为同一距离(θ,φ)方向上的电场强 度。
归一化方向函数F(θ,φ)的最大值为1。因此，电基本 振子的归一化方向函数可写为
F(θ,φ)=|sinθ| 为了分析和对比方便，今后我们定义理想点源是无 方向性天线，它在各个方向上、相同距离处产生的辐射 场的大小是相等的，因此，它的归一化方向函数为
F(θ,φ)=1
第1章 天线基础知识
1.2.2 方向图 天线的方向函数，它与r及I无关。将方向函数用
y
图1―2―3 电基本振子E平面方向图
第1章 天线基础知识
z
x
y |sin 90°|＝ 1
图1―2―4 电基本振子H平面方向图
第1章 天线基础知识
但是要注意的是，尽管球坐标系中的磁基本振子方 向性和电基本振子一样，但E面和H面的位置恰好互换。
有时还需要讨论辐射的功率密度（坡印廷矢量模值） 与方向之间的关系，因此引进功率方向图（Power Pattern）Φ(θ,φ)。容易得出，它与场强方向图之间的关 系为
第1章 天线基础知识 z
Er
H
Ir
E
lO y
x
图1―1 电基本振子的坐标
第1章 天线基础知识
E Erer E e
H He
式中,E为电场强度，单位为V/m；
H为磁场强度，单位为A/m；
微波技术与天线——第1章
（1-7a） 根据双曲函数的表达式，上式整理后可得 （1-7c）
第一章、传输线理论 （2）已知传输线始条件 这时将坐标原点z=0选在始端较为适宜。将始端条件 U(0)=U1，I(O)=I1 ，代入式(1—4)，同样可得沿线的 电压电流表达式为
（1-6b）
第一章、传输线理论 4、传输线的特性参量 传输线的特性参量主要包括：传播常数、特性阻抗、 相速和相波长 （1）、传播常数
反映波经过单位长度传输线后幅度和相位的变化 的物理量。
传播常数γ 一般为复数，可表示为 其中实部α称为衰减常数，表示行波每经过单位长度 后振幅的衰减，单位为分贝/米(dB/m)或奈培/米
第一章、传输线理论 (NP/m)；虚部β称为相移常数，表示行波每经过单位长 度后相位滞后的弧度数,单位为弧度/米(rad/m)。 对于低耗传输线，一般满足 R0 L0 , G0 C0 ， 所以有
第一章、传输线理论 由此可得
衰减常数是由传输线的导体电阻损耗αc和填充介质的漏 电损耗αd两部分组成。对于无耗传输线RO=0，G0=0
实际应用中，在微波频段内，总能满 足 R0 L0 , G0 C0 因此可把微波传输线当作无耗传输线来看待。
第一章、传输线理论 （2）特性阻抗 特性阻抗定义：传输线上入射波电压Ui(z)与入射波电流 Ii(z)之比。或反射波电压Ur(z)与反射波电流Ir(z)之比 的负值，即
图1-2
图1-3
第一章、传输线理论
电阻器
第一章、传输线理论 电容器
第一章、传输线理论 电感器
图1-9
图1-10
图1-11
第一章、传输线理论 在微波频率下传输线的分布参数效应
体现为分布参数电感，电容，电导和电阻
微波传输线的特点
天线01_天线的基础知识
電流分佈
z=h
z=-h
I ( z )=I 0 sin k ( h z )
第一章 天線的基礎知識
36
§ 1-4-2 線型天線上的電流分佈
<2>半波天線的電流分佈
z= 4
i(t)
電流分佈
= =
2
z=-
I(z)=I 0 cos kz
i(t)
4
I ( z )=I 0 sin(
2
kz) I ( z )=I 0 cos( kz)
31
§ 1-3-3 天線參數(Antenna Parameters)
<5>增益(Gain)
G D
第一章 天線的基礎知識
32
§ 1-4 半波偶極天線
(Half-Wave Dipole Antenna) § 1-4-1 § 1-4-2 § 1-4-3 § 1-4-4 簡介 線型天線上的電流分佈 半波天線之求解 半波天線之重要參數
第一章 天線的基礎知識
33
§ 1-4-1 簡介
<1>短天線之三大問題 <2>線型天線之解題概念
LA
LA= HD
HD
第一章 天線的基礎知識
34
§ 1-4-1 簡介
<3>線型天線的三種表達方式
i(t)
(a)
(b)
(c)
第一章 天線的基礎知識
35
§ 1-4-2 線型天線上的電流分佈
<1>任意長度線型天線的電流分佈
CH1 天線的基礎知識
2
大綱
§ 1-1. 前言 § 1-2. HFSS11.0概述 § 1-3. 短偶極天線 § 1-4. 半波偶極天線 § 1-5. 線性天線的微型化技術 § 1-6. 參考文獻
z=h
z=-h
I ( z )=I 0 sin k ( h z )
第一章 天線的基礎知識
36
§ 1-4-2 線型天線上的電流分佈
<2>半波天線的電流分佈
z= 4
i(t)
電流分佈
= =
2
z=-
I(z)=I 0 cos kz
i(t)
4
I ( z )=I 0 sin(
2
kz) I ( z )=I 0 cos( kz)
31
§ 1-3-3 天線參數(Antenna Parameters)
<5>增益(Gain)
G D
第一章 天線的基礎知識
32
§ 1-4 半波偶極天線
(Half-Wave Dipole Antenna) § 1-4-1 § 1-4-2 § 1-4-3 § 1-4-4 簡介 線型天線上的電流分佈 半波天線之求解 半波天線之重要參數
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33
§ 1-4-1 簡介
<1>短天線之三大問題 <2>線型天線之解題概念
LA
LA= HD
HD
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34
§ 1-4-1 簡介
<3>線型天線的三種表達方式
i(t)
(a)
(b)
(c)
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35
§ 1-4-2 線型天線上的電流分佈
<1>任意長度線型天線的電流分佈
CH1 天線的基礎知識
2
大綱
§ 1-1. 前言 § 1-2. HFSS11.0概述 § 1-3. 短偶極天線 § 1-4. 半波偶極天線 § 1-5. 線性天線的微型化技術 § 1-6. 參考文獻
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kd cos
2
0.7 cos
第1章 天线基础知识
可视区：–0.2π≤Ψ ≤1.2π
（–360）
（2160）
归一化阵因子为
5 1.4 sin sin[5( cos )] 1 1 2 4 4 Fa [ ( )] 5 sin 5 sin( 1.4 cos ) 2 4 4
z
r1
r2
r3
rN－ 1
rN
I1 O I2 I3 … IN－ 1 IN d
y
x
图1―5―13 均匀直线阵坐标图
第1章 天线基础知识
设单元天线 1 为相位参考点，当电波射 线与阵轴线成δ角度时，相邻阵元在此方向 上的相位差为
kd cos
（1―5―13）
N元均匀直线阵的阵因子为
则可以绘出不同均匀直线阵的方向系数变化曲线。 当N很大时，方向系数与N的关系基本上成线性 增长关系。
第1章 天线基础知识
普通端射阵
40 N＝ 5 35 30 25 20 15 10 5 0 .2 0 .3 d / (a ) 强方 向性端 射阵 普通 端射阵 边射 阵 0 .4 0 .5 0 .6 0 2 4 6 8 10 N (b ) 12 14 16 18 20 d ＝ 0 .2 5
强方向端射阵
10 9 8 7
D
5 4 3 2 1 0 .1
边射阵
图1―5―20 均匀直线阵方向系数变化曲线 (a)方向系数D~间隔距离d；(b)方向系数D~阵元数N
D
6
第1章 天线基础知识
表1―5―1 当N很大时均匀直线阵方向图参数
第1章 天线基础知识
阵因子方向图画法（以四元均匀直线阵为例）
设：d=λ /2,ξ =π ，N = 4，Ψ =ξ +kdcosδ
（1―6―7）
第1章 天线基础知识
回路方程可写为
U1 I m1Z11 I m 2 Z12 U 2 I m1Z 21 I m 2 Z 22
其中：
（1―6―8）
Z11、Z22分别为归算于波腹电流Im1、Im2的自阻抗； Z12为归算于Im1、Im2的振子2对振子1的互阻抗； Z21为归算于Im2、Im1的振子1对振子2的互阻抗。
－ 2.5 － 2 － 1.5 － 1 － 0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
9 0°
6 0° 3 0° 0° 3 30 °
F()
0.6 0.4 0.2 0
2 10 ° 2 40 ° 2 70 ° (b )
(a )
3 00 °
图1―5―16 边射阵方向图
第1章 天线基础知识
d ＝ 0 .2 5 N＝ 5
3 00 °
(a )
图1―5―15
阵因子方向图 (b)F(δ)的极坐标方向图
(a)在可视区内的F(Ψ);
第1章 天线基础知识
2.均匀直线阵的应用 1）边射阵（侧射阵） 最大辐射方向：垂直于阵轴线（δmax=π/2） 条 件：ξ=0，Ψ=kd cosδ 当间隔距离加大时，可视区变大，栅瓣 出现。栅瓣会造成天线的辐射功率分散，或
d ＝ 0 .5 N＝ 1 0
d ＝ 1 N＝ 5
图1―5―17 边射阵阵因子极坐标方向图
结论：阵元数越多，间隔距离越大，边射阵
主瓣越窄，副瓣电平也就越高。
第1章 天线基础知识
2）普通端射阵 最大辐射方向： 沿天线阵的阵轴线（即δmax=0或π） 条件：ξ+kdcos0=0或ξ+kdcosπ=0，即
9 0° 6 0° 3 0° 0° 3 30 ° 2 70 ° (b ) 3 00 °
F()
0 .6 0 .4 0 .2 0
(a )
2 40 °
图 1―5―18
第1章 天线基础知识
普通端射阵不产生栅瓣的条件为
max 2
N
1 ) （1―5―22） 即 d (1 2 2N
可视区：－kd+ξ ≤Ψ ≤kd+ξ 即0 ≤Ψ ≤2 π
1.作出 Fa (Ψ ) ~ 曲线； 2.在此曲线下方平行于Ψ 轴作一直线（阵轴）；
第1章 天线基础知识
3.找出Ψ=ξ点，以此点为圆心,以kd 为半径
作圆；
4.根据 Fa ( ) ~ 曲线的主瓣 副瓣和零值描点作图。
5.利用旋转对称性完成作图。
kd max 0 kd max
（1―5―21）
各阵元的电流相位沿最大辐射方向依次 滞后kd。
第1章 天线基础知识
普通端射阵实例
N 5, d
4
,
2
1 0 .8
1 20 ° 1 50 ° 1 80 ° 2 10 ° －3 －2 .5 －2 －1 .5 －1 －0 .5 0
N
为了防止出现栅瓣
max 2 N N 1 d (1 ) 2 N
(1―5―25a) （1―5―25b）
第1章 天线基础知识
强方向性端射阵实例
1 0 .8
N 5, d
4
,
2
5
1 20 ° 1 50 ° 1 80 ° 2 10 ° －3 .5 －3 －2 .5 －2 －1 .5 －1 －0 .6 2
在分子为1的条件下。
(2m 1) m N
Ψ m1 3 N
m 1, 2, N 2
N 1 sin 2 Fa ( ) N sin 2
第1章 天线基础知识
３．阵因子有N－1个零点，发生在分子为零 而分母不为零时。
2m 0 m 1, 2,, N 1 N
1.5.2
均匀直线阵
定义：所有单元天线结构相同，并且等间 距、等幅激励而相位沿阵轴线呈依次递增 或递减的直线阵。 构成要素： 1、N个相同振元排列在一条直线上 2、各振元的电流关系为 In=In-1 e jξ (n=2,3,…,N) 3、相邻元的间距相等(均为d)
第1章 天线基础知识
N个天线元沿y轴排列，且间距相等，电流 激励为In=In-1ejξ(n=2,3, …，N)
第1章 天线基础知识
第一副瓣： Ψ m1 =3π /5，代入Ψ （δ ）
2
0.7 cos m 1
3 5
解得 m1 82
5Ψ m1 sin 1 2 0.25 12.14dB 副瓣电平： SLL Ψ m1 5 sin 2
2 2 Ψ 01 , 即 0.7 cos 01 第一零点： 5 2 5
最大辐射方向将由ξ+kdcosδmax =0 决定，表示为
max
arccos kd
（1―5―23）
当 d 给定后，δmax将随ξ的变化而变化。连续地 调整ξ，可以让波束在空间扫描，这就是相控阵天线 的基本原理。
第1章 天线基础知识
3）强方向性端射阵（汉森-伍德耶特阵） 最大辐射方向：沿天线阵的阵轴线，可获 最大方向系数 （1―5―24） 条 件： kd
受到严重干扰。
第1章 天线基础知识
防止栅瓣出现的条件是可视区的宽度
ΔΨmax=|Ψ(δ=0)–Ψ(δ=π)|=2kd 有一定的限制。
对于边射阵，要求
max 4 d
（1―5―20）
第1章 天线基础知识
五元阵实例
N 5, 0, d
3 7
1 0.8
1 20 ° 1 50 ° 1 80 °
f a 1 e j e j 2 e j 3 e j N 1
jn e n 0 N 1
（1―5―14）
第1章 天线基础知识
此式是一等比级数求和，其值为：
N sin 2 f a ( ) sin 2 归一化方向函数为： N sin 1 2 Fa ( ) N sin 2
2 Ψ 01 N
N sin 1 2 Fa ( ) N sin 2
第1章 天线基础知识
【例题1―5―4】设有一个五元均匀直线阵， 间隔距离d=0.35λ，电流激励相位ξ=π/2，绘出 均匀直线阵阵因子方向图，同时计算极坐标 方向图中的第一副瓣位置和副瓣电平、第一 零点位置。
解 相位差
应分别写为
Pr1 P11 P12 Pr 2 P21 P22
和Im2பைடு நூலகம்自辐射功率。
（1―6―4）
P11和P22分别为振子单独存在时对应Im1
第1章 天线基础知识
如果仿照网络电路方程，引入分别归 算于Im1和Im2的等效电压U1和U2，则振子1 和2的总辐射功率可表示为
1 Pr1 U1 I m1 2 1 Pr 2 U 2 I m 2 2
由于0≤δ≤π ，所以 -kd +ξ≤Ψ≤kd +ξ 称为可视区
栅瓣：最大值与主瓣相同的波瓣。
天线辐射为了保证能量集中，应该避免 出现栅瓣。应正确选择d,使栅瓣落入不可见 区。
第1章 天线基础知识
主瓣、副瓣、零点位置 1．阵因子有 1 个最大值（主瓣），发生在 Ψ =０、2π 处。
２．阵因子有N－2个极大值（副瓣），发生
z1 l1 d z1 O r12 O z2 l2
E12 I1
振子1上电流I1(z1)必须在线元 dz1处产生-E12，以满足总的切向电 场为零。
I2
~
~
振子1上电流I1(z1)也必须在dz1 上产生一个反向电动势-E12dz1。
－l2
－l 1
第1章 天线基础知识