电磁场与电磁波综述报告-天线..

合肥学院电子系

——电磁场与电磁波

综

述

报

告

综述报告题目天线概念及应用研究

课程名称电磁场与电磁波

指导教师李翠花

系别/班级电子信息与电气工程系

姓名施胜鹏

学号1105021028

目录

一、天线发射与接收的性能指标 (1)

1、天线的长度 (1)

2、天线效率 (1)

3、天线材质 (1)

4、天线的形状 (2)

5、工作频率 (2)

二、天线的电参数 (2)

1、天线的效率 (2)

2、输入阻抗 (3)

3、方向性函数 (3)

4、方向图 (3)

（1）、E 面方向图 (3)

（2）、H 面方向图 (4)

(3)、立体方向图 (4)

（4）、主瓣宽度 (5)

三、天线的频带宽度 (5)

四、天线阵或阵列天线的概念 (6)

五、面天线 (7)

天线概念及应用研究

摘要：理论和实践都已证明，时变电磁场的能量可以脱离场源，以电磁波的形式在空间向远处传播而不再返回场源。电子系统中辐射或接收电磁波的装置称为天线，它是无线电通信、导航、雷达、测控、遥感、射电天文、电子对抗及信息战等各种民用和军用系统必不可少的组成部分之一。实际上，一切无线电设备(包括无线电通讯、广播、电视、雷达、导航等系统)都是利用无线电波来进行工作的，而从几MHz 的超长波到四十多 GHz 的毫米波段电磁波的发射和接收都要通过天线来实现。天线是这样一个部件，作发射时，它将电路中的高频电流或馈电传输线上的导行波有效地转换成某种极化的空间电磁波，向规定的方向发射出去；作接收时，则将来自空间特定方向的某种极化的电磁波有效地转换为电路中的高频电流或传输线上的导行波。

关键字：天线发射接收电磁场分类

一、天线发射与接收的性能指标

1、天线的长度

当天线的有效长度接近其工作频率半波（1/2波长）的正整数倍时，天线的效率较高，若这个倍数增加时，天线的效率还会进一步提高，但波长数（天线长度）的增加与效率的提高不是成正比关系。环型天线的直径增加时，天线效率会提高，环型天线的圈数增加时，天线的效率也会进一步提高。抛物面天线的直径增加时，天线效率的提高会更明显

2、天线效率

天线效率和架设天线的导体材质、天线形状、工作频率、天线长度、天线架设高度有关。

3、天线材质

尽量选择导电性能好、电阻率低的金属材料，如银、铜、铝等。由于银线材的成本太高，所以实际应用中最好选择电工纯铜线.由铜矿石冶炼后，除去杂质，尤其要减少氧化物，再通过电解后得到电解铜，然后拉成丝。这种电工纯铜的杂质少，电阻率很低。一些正规国营电线厂生产的电线和漆包线都属于这类线材。现在市场上还常常见到一些乡镇企业或个体户用回收的废旧铜冶炼后（再生铜）生产的电线，这种铜线材所含杂质较多，电阻率也较大，如果用这种线材制做天线时，天线的效果不会很好，往往还会增大接收时的白噪声，不利于弱信号的接收。用各种线材制作天线时，截面大的线材接收效果好

于截面小的线材。由于高频信号的集肤效应，同样截面时，多股线材的接收效果好于单股线材。铝材料一般在制作八木天线时用的较多。

4、天线的形状

为了提高天线的效率，往往在不同波段采用不同形状的天线，LW 段以长线天线为主，MW段以长线天线和环状天线为主，SW段以长线天线、偶极天线和八木天线为主，FM段和V/U波段以八木天线和鞭状天线为主，800M以上的微波段以板状天线和抛物面天线为主。

5、工作频率

工作于不同频率的天线，其效率也是不同的，天线的效率一般都随工作频率的提高而增加，高频天线的效率一般都高于低频天线。有资料表明：长波天线的效率为10%—40%，中波天线的效率为70%—80%，短波天线的效率为90%—95%，超短波（FM、V、U）和微波天线的效率为95%—99%。

二、天线的电参数

天线的作用是辐射（发射）和接收电磁波。为了评价一副天线的技术性能优劣，必须规定一些能够表征天线性能的参数。根据互易原理，同一副天线用作辐射和接收时，其特性参数是相同的，只是具体含义有所不同。

1、天线的效率

天线在工作时，并不能将输入天线的能量全部辐射出去。天线的效率定义为天线的辐射功率与输入功率的比值。如下：

2、输入阻抗

天线的输入阻抗定义为天线输入端电压与电流的比值。

天线的输入阻抗是一个重要的参数，它决定于天线本身的结构和尺寸，并与激励方式、工作频率、周围物体的影响等有关。只有极少数简单的天线才能准确地计算出输入阻抗，多数天线的输入阻抗通过近似计算或测量的方法得以确定。

3、方向性函数

天线的方向性函数，是指以天线为中心，在远区相同距离r的条件下，天线辐射场与空间方向的关系，是天线辐射场的相对值，用表示。根据方向性函数绘制的图形，称为方向图。

为了便于比较不同天线的方向特性，常采用归一化方向性函数，归一化方向性函数定义为：

4、方向图

（1）、E 面方向图

E面方向图是电场矢量所在平面的方向图。对沿轴放置的电基本振子而言，E面即为子午平面。

（2）、H 面方向图

H面方向图是磁场矢量所在平面的方向图。对沿轴放置的电基本振子而言，H面即为赤道平面。

(3)、立体方向图

立体方向图可以完全反映出天线的方向特性。

（4）、主瓣宽度

天线的方向图由一个或多个波瓣构成。天线辐射最强方向所在的波瓣称为主瓣，主瓣宽度是衡量主瓣尖锐程度的物理量。主瓣宽度分半功率波瓣宽度和零功率波瓣宽度。在主瓣最大值两侧，主瓣上场强下降为最大值的两点矢径之间夹角，称为半功率波瓣宽度。半功率波瓣宽度是主瓣半功率点间的夹角。场强下降为零的两点矢径之间夹角，称为零功率波瓣宽度。

三、天线的频带宽度

天线的性能参数如输入阻抗、方向图、主瓣宽度、副瓣电平、波束指向、极化、增益等一般是随频率的改变而变化的，有些参数随频