天线参数的物理意义
第4章_天线
3）坡印亭矢量的瞬时值为正值，即 S 为实数
4）场强与Il成正比 Il 称为电流矩
第二节 电小环天线
定义：环天线的尺寸远小于所辐射电磁波 的最大波长 场强计算公式 2
120 I sin A E 2 r I sin A H 2 r
与电偶极子的区别
第三节 天线的特性参数
60 Idl E sin r 2 dl sin 2 2 Sav 30 I ( ) r2 2 2 dl 2 P 80 I ( )
Sav ( m, m ) G P 4 r 2
30 I 2 (
dl
)2
sin dl
2
2 4 r 2 1.5
r2 )2
E
EZ E sin
Z
0
接收机 d0 i0
Z
Z
E0 sin e jkzcos
根据互易定理，有
l
Ezdz i2
l
d 0 EZ dz i2 i0
d 0 EZ i2 i0 dz
EZ：振子上Z处单位长度感应出的电动势
i2 令 f z i0
线天线：
天线的直径远小于其几何长度
可不考虑天线横截面上的电流分布
天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、 不同场合、不同要求等不同情况下使用。
偶极子天线
单极天线
环天线
螺旋天线
一、电流元
电流元：长度l<<的流有电流的导线。 特点：由l<<，得电流元上的电流I处处相等
各种天线都可以看成是由很多电流元构 成的，因此天线的辐射场也可以看成是 这许多电流元辐射场的叠加。
第3章天线特性参数
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
• 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
13
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：
R23 l 2
在自由空间中，
R
80 2
l
2
11
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。
• 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。
19
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。
一文看懂天线辐射的基本原理
⼀⽂看懂天线辐射的基本原理1电磁波产⽣的基本原理按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在其周围空间产⽣变化的磁场，⽽变化的磁场⼜产⽣变化的电场。
这样，变化的电场和变化的磁场之间相互依赖，相互激发，交替产⽣，并以⼀定速度由近及远地在空间辐射出去。
周期性变化的磁场激发周期性变化的电场，周期性变化的电场激发周期性变化的磁场。
电磁波不同于机械波，它的传播不需要依赖任何弹性介质，它只靠“变化电场产⽣变化磁场，变化磁场产⽣变化电场”的机理来传播。
当电磁波频率较低时，主要籍由有形的导电体才能传递；当频率逐渐提⾼时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是⼀种辐射。
在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化⽐较缓慢，其能量⼏乎全部反回原电路⽽没有能量辐射出去。
然⽽，在⾼频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能反回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。
每⼀段流过⾼频电流的导线都会有电磁辐射。
根据以上的理论，每⼀段流过⾼频电流的导线都会有电磁辐射。
但是他们在不同地⽅需要有不同的功能，有的导线⽤作传输，就不希望有太多的电磁辐射损耗能量；有的导线⽤作天线，就希望能尽可能地将能量转化为电磁波发射出去。
于是就有了传输线和天线。
⽆论是天线还是传输线，都是电磁波理论或麦克斯韦⽅程在不同情况下的应⽤。
对于传输线，这种导线的结构应该能传递电磁能量，⽽不会向外辐射；对于天线，这种导线的结构应该能尽可能将电磁能量传递出去。
不同形状、尺⼨的导线在发射和接收某⼀频率的⽆线电信号时，效率相差很多，因此要取得理想的通信效果，必须采⽤适当的天线才⾏！研究什么样结构的导线能够实现⾼效的发射和接收，也就形成了天线这门学问。
⾼频电磁波在空中传播，如遇着导体，就会发⽣感应作⽤，在导体内产⽣⾼频电流，使我们可以⽤导线接收来⾃远处的⽆线电信号。
2天线在⽆线通信系统中，需要将来⾃发射机的导波能量转变为⽆线电波，或者将⽆线电波转换为导波能量，⽤来辐射和接收⽆线电波的装置称为天线。
各种天线功率、符号详细说明
什么是dBi、dBd、dB、dBm、dBc-技术文章真正意义上的全向天线的方向图应该是球星但是现在使用中所说的全向天线其实都只是在水平面上是圆，在垂直面上是一个长条立体上理解就是个面包圈定向天线是个大鸭梨从能量守恒上解释就是把球星的能量压缩在面包圈里当然就会出现增益，天线是无源器件本身没有放大作用，就是因为天线内部的振子的排列使本来全方位的发射集中在一定区域内才会有叠加的作用，使得天线产生增益所以压缩的越厉害的天线增益也就越高.天线增益G我们也可用增益来表示天线集中辐射的程度。
天线在某一方向的增益定义为：在相同的输入功率下，天线在某一方向某一位置产生的电场强度的平方（E2）与无耗理想点源天线在同一方向同一位置产生的电场强度的平方（E02）的比值，通常以G表示。
G=E2/E02（同一输入功率）同样，增益也可以这样来确定：在某一方向向某一位置产生相同电场强度的条件下，无耗理想点源天线的输入功率（Pino）与天线的输入功率（Pin）的比值，即称为该天线在该点方向的增益。
G=Pino/Pin（同一电场强度）通常是以天线在最大辐射方向的增益作为这一天线的增益。
增益通常用分贝表示。
即：G=101gPino/Pin天线增益的计算：G=η4πS/λ2=η（π/λ）2D2式中，S-天线口径面积（平方米）；λ-工作波长（米）；D-抛物面口径（即面口直径）（米）；η-天线效率。
答：1、增益是用来表示天线集中辐射的程度。
其在某一方向的定义是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。
增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。
增益的单位用“dBi”或“dBd”表示。
2、天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。
一般来说，增益的提高主要是依靠减少垂直面向辐射的波束宽度，而在水平面上保持全向的辐射特性。
3-4天线的电参数
一 方向图
表示场的相对大小，因此，画图时要用归一化方向 函数 F (θ , φ ) = E (θ , φ ) Emax
电偶极子的归一化方向函数 F (θ , φ ) = F (θ , φ ) = sin θ
臂长度不超过0.625个波长的对称振子的方向函数 cos ( kL cos θ ) cos ( kL ) F (θ , φ ) = sin θ 0 θ = 900 F (θ = 90 ) = 1 cos kL
Emax =
60 Pin r
某天线的增益系数，表征该天线在其最大辐射方向上比起 无方向性理想天线来说把输入功率放大的倍数。 对于无耗天线，G=D
2010-9-23
由于方向系数和增益表示的是功率的比值，因此，
DdB = 10 lg D GdB = 10 lg G 用分贝表示基本振子的方向系数 DdB = 10 lg (1.5 ) = 1.76dB
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七、输入阻抗
天线通过传输线与发射机相连，天线作为传输线的 负载，与传输线之间存在阻抗匹配的问题。 天线与传输线连接处称为天线的输入端，天线输入 端呈现的阻抗值定义为天线的输入阻抗，用Zin表示
U in Z in = = Rin + jX in I in
输入电阻，对应有功功率， 以辐射和损耗两种方式耗散 掉 输入电抗，对应无功功率， 贮存在近区中
（分贝）
二、主瓣宽度 主瓣宽度
半功率主瓣宽度 主瓣最大值两侧功率密度等于最大方向上功率 密度一半的两个方向的夹角 23db 2θ3db 零功率主瓣宽度 主瓣最大值两侧的两个零辐射方向间的夹角
2θ 0
20
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二、基本振子的主瓣宽度
第二章 天线特性参数
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。
电磁波与天线知识点
第一章1.天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置2.天线的作用：3.天线基本辐射单元：电基本振子、磁基本振子、惠更斯元4.电基本振子又称电流元，其辐射场是球面波（等相位面的形状），辐射的是线极化波，传输的波的模式是横电磁波（TEM 波，沿传播方向电场、磁场分量为0）5.媒质波阻抗η 自由空间（120ηπ=Ω） 电基本振子E H θηϕ= 磁基本振子E H ϕθη=-6. 磁基本振子又称磁流元、磁偶极子7. 电基本振子归一化方向函数(,)sin F θϕθ=理想电源归一化方向函数(,)1F θϕ=8.方向图：E 面 H 面9. 电基本振子E 面方向函数()sin E F θθ=，H 面()1H F ϕ=磁基本振子E 面方向函数()1E F θ=，H 面()sin H F ϕϕ=10.方向系数：在同一距离及相同辐射功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比11.电基本振子D=1.5 半波振子D=1.6412.增益系数：在同一距离及相同输入功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比13.天线效率：物理意义（表述了天线能量转换的有效程度）14. A G D η=15.天线极化可分为：线极化、圆极化、椭圆极化16.有效长度17.输入阻抗18.频带宽度19.有效接收面积是衡量接收天线接收无线电波能力的重要指标。
20.对称振子中间馈电，极化方式为线极化，辐射场为球面波。
计算输入阻抗采用“等值传输线法”，最终等效成具有一平均特性阻抗的有耗传输线。
对称振子天线振子越粗，平均特性阻抗越小。
21.末端效应：由于对称振子末端具有较大的端面电容，末端电流实际不为零。
22.采用天线阵是为了加强天线的定向辐射能力。
23.方向图乘积定理P2624.水平线天线镜像一定时负镜像；垂直对称线天线正镜像垂直驻波单导线半波正垂直驻波单导线全波负25.无限大理想导电反射面对天线电性能的影响主要有两个方面：对方向性的影响；对阻抗特性的影响26.沿导电平面方向，正镜像始终是最大辐射，负镜像始终是零辐射。
kymeta天线指标
Kymeta天线指标1. 简介Kymeta是一家专注于开发和提供卫星通信解决方案的公司。
他们的核心产品是一种革命性的天线技术，能够提供高性能的卫星通信能力。
本文将介绍Kymeta天线的指标，包括性能指标和技术参数。
2. 性能指标2.1 增益天线的增益是衡量其辐射效率的重要指标。
增益越高，天线的辐射功率越强，信号传输距离越远。
Kymeta天线采用的是相控阵技术，能够实现电子扫描和波束形成，从而提高增益和覆盖范围。
根据实际应用需求，Kymeta天线的增益可以根据需求进行调整。
2.2 频率范围Kymeta天线的频率范围是指其能够接收和发送信号的频率范围。
不同的应用场景和卫星通信系统需要不同的频率范围。
Kymeta天线能够支持多种频段的通信，包括C频段、Ku频段、Ka频段等。
这使得Kymeta天线具备了广泛的适用性，可以满足各种不同的通信需求。
2.3 极化天线的极化方式是指电磁波传播时的振动方向。
常见的极化方式有水平极化和垂直极化。
Kymeta天线采用的是可调极化技术，可以根据实际需求进行调整。
这种灵活性使得Kymeta天线能够适应不同的通信环境和要求。
2.4 效率天线的效率是指其将输入功率转化为辐射功率的能力。
高效率的天线能够最大程度地减少能量损耗，提高信号传输的可靠性和稳定性。
Kymeta天线具有高效率的特点，能够提供稳定、可靠的卫星通信服务。
2.5 覆盖范围天线的覆盖范围是指其能够覆盖的空间范围。
Kymeta天线采用的相控阵技术可以实现电子扫描和波束形成，从而实现对特定区域的精确覆盖。
这种灵活的覆盖能力使得Kymeta天线能够满足不同应用场景的需求，包括陆地、海洋和航空等领域。
3. 技术参数3.1 天线尺寸Kymeta天线的尺寸是指其物理外形的大小。
相对于传统的卫星天线，Kymeta天线采用了平面结构，具有更小的尺寸和更轻的重量。
这使得Kymeta天线更加便携和易于安装，可以在各种场景中灵活应用。
天线基本理论
❖ 则其方向系数为
D 2
4
1.5
sin 3 dd
00
❖ 下面讨论方向系数的物理意义。由式（5）得
Emax
60DPr r
60(DPr ) r
(7)
对于无方向性天线，D=1,式（7）写为
Emax
60Pr r
(8)
❖ 比较式（7）与（8），可以看出：某天线的方向系数，表 征该天线在其最大辐射方向上比起无方向性天线来说把辐 射功率增大的倍数。譬如，为了在一定距离的点M处产生 一定的场强，在使用无方向时，需馈给天线100（w）的 辐射功率，但若使用方向系数D=100的强方向天线，并将 天线最大辐射方向对准点M，只需馈给1（w）的辐射功率。
❖ (5)有效接收面积
❖ 当天线以最大接收方向对准来波方向进行接收，且负
载与天线完全匹配时，天线向负载输出的功率为 Pr ；另 一方面可以假定功率 Pr 是由与来波方向相垂直的一块面
积所截获的，则这个面积就称为接收天线的有效接收面积
（或简称为有效面积），记为 S e ，可证明天线的有效面Fra bibliotek积为❖
Se
（12）
❖ 设外加输入功率为，被研究天线的效率为，则辐射功率,
则
p0
Pin
4r 2
Pr
A 4r 2
❖ 将上式代入式（12），则 G A 4r 2 pmax
Pr
❖ 利用
pmax
E2 m ax
240
，并考虑式（7），则
❖
G Ar 2 Emax 2
60Pr
❖
❖
式的中单位ei矢为量P入L；射F波P电是e场两i 的单er单位位矢矢量co量之s；间Pe的r 为夹接角收，(天1“5线) ”所号在表方示向
天线基本参数资料
故 于是
Pr 0
S0 4 r2
E02
20
4 r2
E02r 2 60
E02
60 Pr 0 r2
D
E2 max E02
Pr Pr 0
2 0
4 F 2( , )sin d d
0
根据方向系数的的定义可知
E2 max
DE02
D
60 Pr 0 r2
即
Emax
60DPr r
Pr Pr 0
对无方向性天线，D=1，得
宽度为90°。
（2）副瓣电平 最大副瓣的功率密度 值。表示为
和主瓣功率密度
SLL
10 log
S1 S0
dB
之比的对数
通常要求副瓣电平尽可能低
（3）前后比 主瓣的功率密度 S0 与后瓣功率密度 Sb 之比的对数值。 表示为
FB
10
log
S1 Sb
dB
通常要求副瓣电平尽可能低
2.方向性系数
电流的大小等于输入端的电流，
此假想天线的长度 即称为实
际天线的有效长度。
le
是衡量天线辐射能力的参数之一。
7.极化
天线的极化特性是天线在其最大辐射方向上电场矢量的 取向随时间变化的规律。按轨迹形状分为线极化、圆极化和 椭圆极化。
A
Pr Pin
Pr
Pr PL
,
括P天L 为线天导线体的中总的损损耗耗功和率介，质通损常耗包
天线向外辐射的功率可以看作是被某个电阻吸收的功率，而 总损耗功率也可以作是某个电阻上的损耗功率，该电阻为损 耗电阻 RL ，于是有：
Pr
1 2
I 2 Rr, PL
1 2
I 2 RL
天线因子 单位-概述说明以及解释
天线因子单位-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容可以包括对天线因子单位的定义和重要性的介绍。
【1.1 概述】天线因子是衡量天线性能的重要指标之一。
在无线通信和电磁波传输中，天线因子用于描述天线的接收和发射效果。
它是指在给定的条件下，天线所接收或发射的信号功率与理想天线（理想天线是指不存在损耗、辐射方向性完美的天线）接收或发射的信号功率之比。
天线因子的单位一般使用分贝（dB）作为度量单位。
因为天线因子是一个比值或者增益，所以使用分贝来表示天线因子可以更加直观地反映出天线性能的优劣。
一般情况下，天线因子的值越大，表示天线接收或发射效果越好。
在实际应用中，天线因子是一个非常关键的参数。
它直接影响着无线通信的距离、信号传输质量和网络覆盖范围等因素。
不同的应用场景对天线因子有不同的要求。
例如，在移动通信领域，天线因子直接关系到移动设备的信号强度和网络覆盖的稳定性。
在无线电广播领域，则需要天线因子能够实现较大的接收范围和良好的信号质量。
总之，天线因子作为衡量天线性能的重要指标，其单位为分贝，对于无线通信和电磁波传输具有重要意义。
在本文接下来的内容中，我们将介绍天线因子的具体计算方法、影响因素以及其在不同领域的应用等方面内容，以期更加深入地理解和应用天线因子。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文共分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分从概述、文章结构和目的三个方面介绍了本文的内容和目标。
概述部分简要介绍了天线因子单位的重要性和应用背景。
文章结构部分则给出了整篇文章的大纲和主要章节，为读者提供了整体的把握。
最后，目的部分明确了本文的研究目标和意义，为读者建立了合理的期望。
正文部分根据大纲分为了三个要点：第一个要点、第二个要点和第三个要点。
每个要点将会详细介绍天线因子单位的相关知识和应用。
每个要点之间具有逻辑关联，因此读者可以循序渐进地理解天线因子单位的不同方面。
结论部分总结了正文中的要点，并提供了对未来发展的展望。
天线系数af(antenna_factor)表达式的推导过程_概述说明
天线系数af(antenna factor)表达式的推导过程概述说明1. 引言1.1 概述在无线通信和电磁测量领域，天线是起到收发信号和辐射电磁波的重要设备。
天线的性能评估需要考虑许多因素，其中之一是天线系数（Antenna Factor，简称AF）。
天线系数是描述天线接收或辐射功率与外场电场强度之间关系的一个重要参数。
本文旨在推导天线系数AF 的表达式，通过该表达式可以更准确地计算天线的接收或辐射功率。
1.2 文章结构本文将按如下结构进行叙述：引言部分概述了文章的背景和目的；正文部分详细介绍了相关概念和理论知识；推导过程部分将逐步推导出天线系数AF 的表达式；结论部分对推导过程进行总结，并通过实例验证了AF 表达式的准确性与可靠性。
1.3 目的本文旨在提供一个清晰明了的方法，用以推导出准确计算天线系数AF 的表达式。
通过这个表达式可以更好地评估、设计和优化各种类型的天线系统。
随着近年来无线通信技术和电磁测量技术的迅速发展，对天线性能的要求也越来越高。
推导出准确的AF 表达式，可以帮助工程师更好地了解天线的性能及其在特定外场环境下的表现，从而指导天线系统的优化和改进。
在接下来的正文部分，将详细介绍与天线系数相关的概念和理论知识，并逐步推导出AF 的表达式。
2. 正文在我们探讨天线系数af（antenna factor）表达式的推导过程之前，首先需要了解什么是天线系数以及它的意义。
天线系数af是指天线辐射场强与入射场强之比，它实际上是一个用于描述天线性能的重要参数。
正如我们在前面提到的，天线系数af可以表示为：af = E / Ei其中，E代表天线接收到的辐射场强度，Ei则表示入射到天线上的总场强度。
通过衡量这两个值之间的比例关系，我们可以得到有关天线性能优劣和信号接收质量的信息。
现在让我们来详细介绍如何推导出天线系数af的表达式。
首先需要明确一点，在进行推导之前，我们需要知道所使用的具体天线类型以及其特性参数。
双频天线在毫米波频段的天线效率和口径利用率
双频天线在毫米波频段的天线效率和口径利用率1. 介绍1.1 基本概念双频天线是指能够同时接收和发送两个或多个不同频段信号的天线，其中包括毫米波频段的天线。
毫米波频段通常指30 GHz至300 GHz的频段，属于高频段的一部分。
天线效率和口径利用率是衡量天线性能的两个重要指标。
本文将重点讨论双频天线在毫米波频段的天线效率和口径利用率。
1.2 研究意义天线效率和口径利用率是评估天线性能的重要指标，对于双频天线在毫米波频段的应用具有重要意义。
天线效率是指电磁能量从发射端或接收端传输的效率，较高的天线效率能够提高信号的传输和接收质量。
口径利用率是指天线有效面积与理论有效面积之比，反映了天线在给定频段内的辐射和接收效果。
双频天线在毫米波频段的天线效率和口径利用率对于毫米波通信、雷达、无线传感器网络等应用具有重要参考价值。
2. 双频天线设计原理2.1 天线结构双频天线通常采用复合结构设计，结合不同频段的天线元件来实现多频段的接收和发送功能。
在毫米波频段，常见的天线结构包括微带天线、波导天线、槽天线等。
2.2 天线参数在双频天线设计中，需要考虑的天线参数包括频率带宽、增益、方向性、驻波比、天线效率等。
对于毫米波频段的天线设计，需要特别注意天线效率和口径利用率。
3. 双频天线的天线效率问题3.1 天线效率定义天线效率是指天线辐射或接收的能量与输入或接收到的能量之间的比值，通常用百分比表示。
天线效率越高，天线辐射或接收的能量损耗越小。
3.2 天线效率影响因素双频天线在毫米波频段的天线效率受到多种因素的影响，包括材料损耗、辐射器损耗、结构损耗等。
其中，材料损耗是主要的影响因素之一。
由于毫米波频段的工作波长较短，要求天线材料具有较低的耗散和导电损耗，以减少能量的损失。
3.3 提高天线效率的措施为了提高双频天线在毫米波频段的天线效率，可以采取以下措施：•选择低损耗的材料，如聚合物、复合材料等；•优化天线结构，减少结构损耗；•使用高效的辐射器结构，如微带贴片天线、螺旋天线等。
（完整word版）天线基本原理
（完整word版）天线基本原理第⼀讲天线基本原理⼀、天线的基本概念1．天线的作⽤在任何⽆线电通信设备中，总存在⼀个向空间辐射电磁能量和从空间接收电磁能量的装置，这个装置就是天线。
天线的作⽤就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间⽆线信道，或从空间⽆线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。
2．天线问题的实质从电磁场理论出发，天线问题实质上就是研究天线所产⽣的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的电特性。
空间任何⼀点的电磁场满⾜电磁场⽅程——麦克斯韦⽅程及其边界条件。
因此，天线问题是时变电磁场问题的⼀种特殊形式。
从信号系统的⾓度出发，天线问题可以理解为考察由⼀个电磁波激励源产⽣的电磁响应特性。
从通信系统的⾓度出发，天线可以理解为信号发射和接收器，收发天线之间的⽆线电信号强度满⾜通道传输⽅程和多径衰落特性。
3．对天线结构的概念理解采⽤不同的模型，对天线可以有不同的理解。
典型的模型⽐如：●开放的电容[思考] 野外电台或电视发射塔，⽆线电视或电台接收机，为什么能构成⼀个天线，其电流回路在什么地⽅？●开放的传输线从传输线理论理解，天线可以看做是将终端开路的传输线终端掰开。
●TM mn型波导将天线辐射看做是在4π空间管道中传输的波导，则对应的传输波型是TM型波，但在传输过程中不断遇到波导的不连续性，因此不断激励⾼次模。
由电磁波源和电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构波的形成都需要波源和传输媒质。
在⼀盆⽔中形成机械波纹，可以使⽤点激励源产⽣波，并在⽔⾯上传播。
波的传播特性只与媒质特性有关⽽与波源⽆关。
将⼀个⾁包⼦扔出去，这个⾁包⼦可能产⽣不同的结果，或者被狗吃了，或者掉在什么地⽅了，都与扔包⼦的⼈不再有任何关系。
⽽对天线来说，馈点的激励源就是这种波源，天线导体和外界空间就是传输媒质。
不过电磁波的传输媒质可以是真空。
[思考] 电磁波具有波粒⼆象性。
频率越低，波动性越强；频率越⾼，粒⼦性越强。
所以光波主要表现出粒⼦性，⽽长波表现出波动性。
天线理论与设计—第三章
Aem
PR S
voc 2 8Rri S
物理意义：接收天线捕获电磁波的能力
最大条件：1，感应电压最大；2，无耗情 况。
第3章
电流元—最大有效口径的计算 假设电流元与来波电场 平行，则感应开路电压
voc El
来波功率密度： S E 2 2
电流元的辐射电阻可写为：
Rri
2 l 2 3
第3章
Pr
1 2
I in
2 RL
第3章
阻抗共轭匹配
zL zin* Rin jxin
最大功率输出给负载
PR
voc 2 8Rin
假设无损耗
PR
voc 2 8Rri
Rri 对应于输入阻抗的辐射电阻
第3章
3.2 接收天线的参数 方向图：开路电压或输送给负载的功率
随等强度 , 方向来波的相对变化 f , voc ,
3
8
2
4
2
Aem
D 4 2 Aem
G eD 4 2 eAem 4 2 Ae
Ae 称为有效口径 Ae eAem
第3章
极化失配 天线与入射波的极化不一定完全匹配， 天线与负载也不一定共轭匹配。 这两种失配将减少输送给负载的功率， 使最大有效口径减少。
极化失配因子
p eR* e2
eR* 和 e是天线和入射波的复单位矢量。
若 R 0 ， p 0 ，则极化失配，用 yˆ 极化发射，xˆ 极化接收；
第3章
例：如接收天线右旋圆极化， 来波为y向线 极化，求极化失配因 子。
解：
已知右旋圆极化则接收单位复矢量
中的 R 45
R 90
eR cos45 xˆ sin 45e j 2 yˆ
第二章__天线的特性参数
1. 主瓣宽度： 主瓣宽度： 主瓣电平的最大值降到该值的0.707倍（即 主瓣电平的最大值降到该值的 倍 -3dB）时，两个方向之间的张角宽度。 两个方向之间的张角宽度。 ）
－3dB点 点
2θ 0.5
峰值 －3dB点 点
2. 旁瓣电平：相对主瓣最大值的比值。 旁瓣电平：相对主瓣最大值的比值。
ξn =
第三节 天线的方向性系数
1. 定义： 定义： 天线辐射功率一定， 天线辐射功率一定，在任意方向 (θ1 , ϕ1 ) 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。 的平均功率密度之比。
S (θ1 , ϕ1 ) D=
S µD
2. 物理意义： 物理意义： 由于天线有方向性， 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， 率密度比均匀辐射时增加的倍数 。实际上， D反映了天线集中辐射能量的特性。 反映了天线集中辐射能量的特性。 反映了天线集中辐射能量的特性 3. 方向性系数的求法： 方向性系数的求法： 1）已知归一化方向性函数求 ）已知归一化方向性函数求D
2
ε 2 2 E max F (θ , ϕ )r 2 sin θdθdϕ µ
2 max
r E ∴ P∑ = 2
ε 2π π 2 ∫0 ∫0 F (θ , ϕ )sin θdθdϕ µ
∴ S µD
2 E max P∑ = 2 = 4πr 8π
ε 2π π 2 ∫0 ∫0 F (θ , ϕ )sin θdθdϕ µ
1）电流元在赤道面内的方向性函数和方向性图： ）电流元在赤道面内的方向性函数和方向性图：
πl f (ϕ ) = λ
180 °
90 °
E
ϕ
ϕ = 0°
第二章天线基础知识选编
Rin
jX in
引入损耗功率Pd和损耗电阻Rd
Pin Pr f Pd
Rd
2Pd | I |2
天线效率 :
定义：天线的辐射功率与天线的输入功率 之比，即
Pr Pr Rr
Pin Pr Pd Rr Rd 式中Pin , Pr和Pd分别为输入功率、 辐射功率和损耗功率
(2) 各向同性天线（等方向性天线）： 在所有方向上具有相同辐射的假想的无损 耗天线，又称为理想点源。通常被作为参 考，进而来表示实际天线的方向特性。
方向图
将天线的方向函数以图形的形式表示出 来，即为天线的方向图。
方向图对天线方向特性的描述更为直观。 方向图的类型有归一化场强方向图和归 一化功率方向图。 方向图通常是空间三维立体形状。
天线的波束范围（或波束立体角）A 为天线 的辐射功率等效地按辐射强度的最大值均匀地 流出时的立体角。
2
AUmax 0
U ( ,) sin d d
0
A Pn ( ,)d F 2 ( ,)d sr
4
4
波束范围是指天线的所有辐射功率等效地
例2.具有 cos 场强波瓣图的天线的波束范围 A
波束效率
总的波束范围 A 由主瓣范围 M 加上副 瓣范围m 所构成，即
A M m
主波束范围与总波束范围之比称为波束效
率M
，即 波束效率= M
M A
副瓣范围与总波束范围之比称为杂散因子m ，
即
杂散因子= m
m A
7、天线的有效长度、有效面积 8、天线的极化 9、频带宽度
方向性
天线的方向性是指在远区相同距离的条 件下，天线的辐射特性与空间方向的关系。
天线基础知识
天线基础知识⼀. ⽅向性系数：物理意义：⽅向图函数E(,)θφ或f (,)θφ表⽰了离辐射源相同距离上各点在各个⽅向上辐射场的相对⼤⼩，它不能明确表⽰天线辐射能量在某个特定⽅向上集中的程度，因⽽必须引进⽅向性系数这⼀指标参数。
⽅向性系数是⽤来表征天线辐射能量集中程度的⼀个参数。
定义1：在相同辐射功率r r P P =o 情况下，某天线在给定⽅向i i (,)θφ的辐射强度i i U(,)θφ与理想点源天线在同⼀⽅向的辐射强度U o 之⽐，即22204r r i i i i i P i i P i i U(,)f (,)D(,)U f (,)sin d d ππθφπθφθφθφθθφ==oo @定义2：在给定⽅向i i (,)θφ产⽣相同电场强度M E E =o 下，理想点源天线的辐射功率r P o与某天线辐射功率r P 之⽐。
即：22204M ri i i i ri i i E E P f (,)D(,)P f (,)sin d d πππθφθφθφθθφ==oo@图0：两种条件下的某天线⽅向图和理想点源⽅向图⼀般⽅向性系数我们都是指最⼤波束(,)θφo o 处的⽅向性系数（是否可以这么理解，⼯程上主要考虑最⼤波束⽅向上的能量集中的程度），则最⼤波束处的⽅向性系数可以表⽰为：200002204f (,)D(,)f (,)sin d d πππθφθφθφθθφ=⽅向性系数表⽰⽆量纲的量，⼯程上⼀般采⽤分贝表⽰：10dB D (,)lg D(,)θφθφ=o o o o⽅向性系数两种定义的物理解释：前⾯已经提到，天线的⽅向性系数是⽤来表征天线辐射能量集中程度的⼀个参数，对于最⼤辐射⽅向上的⽅向性系数D(,)θφo o 来说，其值愈⼤，天线的能量辐射就愈集中，定向性能就愈强。
下⾯针对⽅向性系数的两种定义⽅法⽤图解来说明。
图0所⽰为⽅向性系数的两种定义⽅法对应的两种条件下某天线和理想点源天线的⽅向图。
天线自由空间中 电压反射系数 -回复
天线自由空间中电压反射系数-回复天线自由空间中的电压反射系数是指天线输入端的电压波与反射波的幅度之比。
在无线通信中，了解电压反射系数对于天线设计和系统优化非常重要。
本文将分步解释天线自由空间中的电压反射系数。
第一步：理解电压反射系数的定义和意义电压反射系数是指反射波与输入波之间的相对幅度比。
它用来衡量电磁波在天线输入端的反射情况。
正常情况下，我们希望尽量减小反射，保持尽可能高的能量传输效率。
因此，掌握电压反射系数对于优化天线性能至关重要。
第二步：推导电压反射系数的数学表达式根据传输线理论，电压反射系数可以通过以下公式计算：\[\Gamma=\frac{V_r}{V_i}\]其中，\(\Gamma\)表示电压反射系数，\(V_r\)表示反射波电压，\(V_i\)表示输入波电压。
第三步：解释电压反射系数的物理意义电压反射系数的绝对值的范围通常在0至1之间。
当绝对值接近0时，表示几乎没有反射，能量几乎完全传输到负载中。
相反，当绝对值接近1时，表示大部分能量被反射回天线，几乎没有能量被传输到负载中。
第四步：分析电压反射系数对天线性能的影响电压反射系数直接影响着天线系统的传输效率和性能。
高反射系数会导致能量的损失和反射波的干扰，从而降低传输效率。
此外，大部分反射波会反射回来并在传输线上产生干扰，影响整个系统的工作稳定性。
第五步：探讨减小电压反射系数的方法为了减小电压反射系数，我们可以采取以下方法：1. 确保天线的阻抗匹配：天线的输入阻抗应与传输线或系统负载的阻抗匹配，以最大限度地减小反射。
2. 使用匹配网络：若天线与系统负载之间存在阻抗不匹配，可以使用匹配网络来调整阻抗，减小反射。
3. 优化天线设计：通过精确的设计和调试，可以减小电压反射系数。
4. 使用反射抑制器：在天线和传输线之间安装反射抑制器，如电压驻波比(VSWR)抑制器，可以有效减小反射。
第六步：总结电压反射系数的重要性和应用电压反射系数是衡量天线性能和传输效率的重要参数。
重点-手机天线的基本参数
手机天线的基本参数1，VSWR 驻波比V oltage standing wave ratio. Measures the peak to peak voltage on the input transmission line.一般高频传输线上都是行驻波。
电压驻波比是指传输线线相邻的电压振幅最大值和电压振幅最小值的绝对值的比值。
行波无反射状态，VSWR=1，为最佳情况。
全反射状态，VSWR为无穷大。
对于天线而言，我们希望反射的能量越少越好，那么就用驻波比来表示反射的多少，尽量接近1为最佳。
VSWR=(1+反射系数)/（1-反射系数）。
驻波比越小越好，表示反射系数越小越好。
驻波比反映了天馈系统的匹配情况。
它是以天线作为发射天线时发射出去和反射回来的能量（对于天线而言，重点强调的是能量关系，而不像传输线那样强调的是电压之间的关系）的比来衡量天线性能的。
驻波比是由天馈系统的阻抗决定的。
天线的阻抗与馈线的阻抗与接收机的阻抗一致，驻波比就小。
驻波比高的天馈系统，信号在馈线中的损失很大。
驻波比跟反射系数，也可以说的回波损耗是成正比的，回波损耗强调能量关系。
来自网络，仅供参考2，Return Loss 回波损耗The amount of power reflected by the antenna back to the generator.回波损耗是指某一点（对于手机天线而言是指天线的馈点处）反射波的功率与入射波的功率之比的10*log值。
也就是反射系数的平方的10*log值。
回波损耗=10*log（反射系数平方值）。
知道了驻波比，可以求出反射系数，进而就可以求出回波损耗。
单位是dB，有时候回波损耗也当成是反射系数，即20*log（反射系数），由于反射系数小于1，所以回波损耗为负数。
3，Directivity 方向系数Ratio of the power density in the direction of maximum power to the average power.能够定量的表示天线定向辐射能力的电参数。
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天线参数的物理意义
1方向性系数D：反应了天线集中辐射能量的特性。
由于天线具有方向性，所以最大方向的辐射功率密度为均匀辐射时的若干倍数；或者说与无方向性天线相比，采用有方向性天线就等于把天线的辐射功率提高D倍。
2增益G：描述天线把输入功率集中辐射的程度，即最大辐射方向上的辐射效果。
为了在观察点有相等的辐射功率密度，无方向性天线的输入功率应是有方向性天线输入功率的G倍。
因此使用高增益天线可以在维持输入功率不变的条件下，增大有效辐射功率。
dBi是以理想的点源天线作为参考的增益。
dBd是以对称阵子作为参考的增益。
对0dBd=2.15dBi.
3天线效率：表示了天线在能量上的转换效能。
即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。
4电压驻波比VSWR：用来表示天线和电波发射机是否匹配。
定义：传输线上电压振幅最大值与最小值之比。
如果 VSWR 的值等于1，则表示发射传输给天线的电波没有任何反射，全部发射出去，这是最理想的情况。
如果VSWR 值大于1，则表示有一部分电波被反射回来，最终变成热量，使得馈线升温。
被反射的电波在发射台输出口也可产生相当高的电压，有可能损坏发射台。
关于VSWR，目前业界的统一标准是：VSWR<1.3的馈线属于良好，1.3<VSWR<1.5 属于一般，VSWR>1.5属于较差，VSWR>3.0属于非常坏。
5回波损耗(Return Loss)：是衡量天线馈电系统质量好坏的参数之一。
定义：反射波与入射波功率之比。
在系统工作过程中，发射波通过系统向外传播，但由于接头质量等原因发生反射波，如果反射波两次反射，就形成了回波，它会干扰入射波。
Return loss=10lg （P入/P反）。
6反射系数：反射波与入射波幅度之比。
与驻波比和回波损耗一样都是描述匹配状态的概念。
7特性阻抗：传输线上入射波电压与入射波电流之比。
天线的特性阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关，当天线完成后，其阻抗已经决定，同样馈线也有阻抗，馈线的阻抗是指传输线上各处的电压与电流的比值。
研究阻抗的目的，是为了测试馈线与天线是否匹配，即，当天线与馈线的特性阻抗相等时，我们称它们互相匹配，反之，我们称它们为不匹配。
不匹配时，负载只能吸收馈电线上传输的高频部分，而不能全部吸收，未被吸收的能量将反射回去形成反射波。
8散射参数：S11是端口2匹配端口1的反射系数。
S12是端口1匹配，没有反射时，端口2到1的传输系数。
Sii是匹配反射系数，表示所有端口，除了第i个端口都匹配时第i个端口的反射系数。
Sij表示端口i匹配时，j端口到i端口的传输系数。
9波瓣宽度：反映了天线的辐射集中程度。
半功率角：辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）时，两侧功率点的夹角简称为该功率的波瓣角。
说明：波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。
其中水平平面的波瓣角越大,在扇区交界处的覆盖越好，但当提高天线倾角时，也越容易发生波束畸变,形成越区
覆盖。
角度越小，在扇区交界处覆盖越差。
提高天线倾角可以在一定程度上改善扇区交界处的覆盖，而且相对而言，不容易产生对其他小区的越区覆盖。
在市中心基站由于站距小，天线倾角大，应当采用水平平面的半功率角小的天线，郊区选用水平平面的波瓣角大的天线，常见的水平波瓣角有45°,60°,90°等。
垂直平面的波瓣角定义了天线垂直平面的波束宽度。
垂直平面的半功率角越小，偏离主波束方向时信号衰减越快，越容易通过调整天线倾角准确控制覆盖范围。
常见的垂直波瓣角有48°, 33°,15°,8°。
天线增益和水平及垂直波瓣宽度密切相关，一般，天线的波瓣宽度越小，增益越大，三个参数需要综合考虑。
10前后比：前后主瓣的功率之比。
F/B=10lg(前向功率/后向功率)。
前后比越大，天线的后向辐射越小。
典型值为（18 ～ 30）dB，特殊情况下则要求达（35 ～ 40）dB。
11极化形成：天线向周围空间辐射电磁波，电磁波由电场和磁场构成。
人们规定：电场的方向就是天线极化方向。
天线有四种基本的单极化方式：垂直极化和水平极化、+45°极化与 -45°极化。
单极化多采用垂直极化，而双极化多采用±45°极化。