天線與電波傳播 宋錚 習(xí)題答案

1、第一章習(xí)題參考答案（僅供參考） 1. 解：電基本振子放置于Z軸上，其空間坐標(biāo)如右圖所示。? （1）輻射場(chǎng)的傳播方向?yàn)閺较?；電?chǎng)方向?yàn)?；磁?chǎng)方向?yàn)椋唬ㄗⅲ哼@里表示的是電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)）（2）電基本振子輻射的是線極化波。（3）過M點(diǎn)的等相位面是一個(gè)球面，所以遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)是球面波；又因?yàn)榕c成正比，則球面波又是非均勻的。（4）M點(diǎn)的電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間有如下關(guān)系：（5）從電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)表達(dá)式可見：與電流大小、空間距離及電長(zhǎng)度以及子午角有關(guān)。（6）從電基本振子輻射場(chǎng)的表達(dá)式可知：當(dāng)時(shí)，電場(chǎng)有最小值；當(dāng)時(shí)，電場(chǎng)有最大值；磁場(chǎng)無方向性。（注：也可以用電磁場(chǎng)的方向圖來說明。）（7）電基本振子的E面和H面

2、的方向圖如下圖所示。5、解：（1）電基本振子的歸一化方向函數(shù)為：因?yàn)槭侵钢靼曜畲笾祪蛇厓蓚€(gè)零輻射方向之間的夾角。由此可知：? ? 取，則。 因?yàn)槭侵钢靼曜畲笾祪蛇厛?chǎng)強(qiáng)等于最大值0.707的兩個(gè)輻射方向之間的夾角。由此可知：? ? 取，則。（2）磁基本振子的E面圖為電基本振子的H面圖，H面圖為電基本振子的E面圖。所以，其和的計(jì)算過程于電基本振子的類似，從略。8、解：本題考察對(duì)半功率點(diǎn)波瓣寬度的理解。因?yàn)?，所以；從圖上可以看出點(diǎn)是半功率點(diǎn)，其場(chǎng)強(qiáng)大小為：，其中為的場(chǎng)強(qiáng)。由于場(chǎng)強(qiáng)與成正比，則的場(chǎng)強(qiáng)是點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的，即。故有。10、解：已知天線1的，；天線2的，。（1）由可得：（2）由可得：（3）由可得：?

3、 ? ? ? ? 14、解：接收天線的有效接收面積為將，代入，則可得。29、解：如圖所示，這是一個(gè)4元均勻直線陣，,d=0.25。 在通用直線陣陣因子圖形中取下本題對(duì)應(yīng)的圖形如下： （1）先求E面(yoz)方向圖,因?yàn)橄噜応囋g的相位差為式中為射線與z軸夾角。陣因子為：元因子為:則E面的方向函數(shù)為：則E面的方向圖為：（2）再求H(xoy)面方向圖, 因?yàn)橄噜応囋g的相位差仍為式中為射線與x軸夾角。陣因子為：元因子為： 則H面的方向函數(shù)為：H面的方向圖為：2.5.1 第7題 簡(jiǎn)述蝙蝠翼電視發(fā)射天線的工作原理。答案要點(diǎn)：（1）蝙蝠翼天線由水平對(duì)稱振子天線排列組成，朝空間輻射水平極化波，以滿足電

4、視廣播信號(hào)的要求；（2）兩幅蝙蝠翼在空間正交布置，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)場(chǎng)天線，以獲得在水平平面的全向特性；（3）各振子沿傳輸線兩側(cè)水平放置，中間饋電處振子較短，而兩側(cè)短路端振子較長(zhǎng)，以獲得寬頻帶阻抗特性，滿足電視信號(hào)發(fā)射的帶寬要求。2.5.2 第8題 怎樣提高直立天線的效率答案要點(diǎn)：有三種辦法：（1）加頂負(fù)載，如在鞭狀天線的頂端加小球、圓盤和輻射葉；（2）加電感線圈；（3）降低損耗電阻，改善地面的電性質(zhì)，常用的有埋地線、架設(shè)平衡器等。2.5.3 第14題 天線與饋線連接有什么基本要求？答案要點(diǎn)：天線與饋線之間連接時(shí)要考慮兩個(gè)問題：（1）阻抗匹配，以保證具有最大的能量傳輸效率；（2）平衡饋電，以保證天線方向

5、圖的對(duì)稱性。2.5.5 第15題 簡(jiǎn)述U形管平衡-不平衡變換器的工作原理？答案要點(diǎn)：U形管平衡器是一段長(zhǎng)度為/2的同軸線，天線的兩臂都接在內(nèi)導(dǎo)體上，因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地的平衡；又因?yàn)榻尤朦c(diǎn)相距/2，對(duì)地的電位正好是反相的，所以天線兩臂上的電流大小相等，是一個(gè)對(duì)稱分布。4.5.1  3.3.1 第1題 說明行波天線與駐波天線的差別和優(yōu)缺點(diǎn)。答案要點(diǎn)：（1）行波天線上電流的分布呈行波狀態(tài)；駐波天線上電流的分布呈駐波狀態(tài)；（2）行波天線的等效模型為終端接匹配負(fù)載的傳輸線，輸入端阻抗近似為純阻性的特性阻抗，且不隨頻率而變，因而具有寬頻帶特性；（3）駐波天線的等效模型為終端開路的傳輸模型，輸出阻抗

6、與電長(zhǎng)度有關(guān)，因?yàn)殡S頻率變化劇烈，屬于窄帶天線；（4）行波天線的輸入功率有相當(dāng)一部分會(huì)被匹配負(fù)載吸收，因而比駐波天線的效率低。4.5.2 第1題 簡(jiǎn)述等角螺旋天線的非頻變?cè)?。答案要點(diǎn)：（1）等角螺旋天線由兩個(gè)螺旋臂構(gòu)成，每個(gè)螺旋臂的邊緣線都是等角螺旋線，屬于一種角度天線，它的結(jié)構(gòu)僅僅由角度決定；（2）當(dāng)工作于一個(gè)頻率時(shí)，在等角螺旋天線上有一個(gè)對(duì)應(yīng)的工作區(qū)域，起主要輻射作用，是該頻率點(diǎn)的有效輻射區(qū)，在它后面的區(qū)域電流迅速衰減到20dB以下，當(dāng)工作頻率發(fā)生改變時(shí)，這個(gè)有效輻射區(qū)會(huì)向前或向后移動(dòng)，使得它的輻射性能基本保持不變，從而保證了非頻變特性。4.5.2 第2題 簡(jiǎn)述對(duì)數(shù)周期天線寬頻帶工作原理

7、。答案要點(diǎn)：（1）對(duì)數(shù)周期天線由排列在集合線上的若干根對(duì)稱振子天線組成，振子的長(zhǎng)度、半徑以及振子的間距都按同一比例系數(shù)變化，且接近與1；（2）當(dāng)工作于一個(gè)頻率時(shí)，在天線陣面上有一個(gè)有效輻射區(qū)，該區(qū)域后面的電流迅速減小，符合電流截?cái)嘈?yīng)的要求，當(dāng)工作頻率發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)有效輻射區(qū)會(huì)前后移動(dòng)，但輻射區(qū)的電尺寸基本保持不變，從而使得電特性也維持基本不變，保證了對(duì)數(shù)周期天線的非頻變特性。6.7.1 第1題 何謂惠更斯元？它的輻射場(chǎng)及輻射特性如何？答案要點(diǎn)：（1）在分析面天線的輻射場(chǎng)時(shí)，通常將面天線的輻射問題轉(zhuǎn)化為口徑面的二次輻射。因?yàn)榭趶矫嫔洗嬖谥妶?chǎng)和磁場(chǎng)分量，根據(jù)惠更斯原理，將口徑面分割成許多面元

8、，這些面元就稱為惠更斯元或者二次輻射源。由惠更斯元的輻射長(zhǎng)之和就可以得到口徑面的輻射場(chǎng)?；莞乖妮椛鋱?chǎng)可以看作是由等效電流元和等效磁流元的輻射場(chǎng)構(gòu)成的。其E面和H面的輻射場(chǎng)由相同的形式，即：E面和H面方向圖具有相同的形狀。6.7.2 第7題 口徑相位偏差主要有哪幾種？它們對(duì)方向圖的影響如何？答案要點(diǎn)：口徑的相位偏差主要有三種類型：（1）直線律相位偏差；（2）平方律相位偏差；（3）立方律相位偏差。直線律相位偏差相當(dāng)于一個(gè)平面波傾斜投射到平面口徑上，會(huì)帶來最大輻射方向的偏移。平方律相位偏移相當(dāng)于一個(gè)球面波或柱面波投射到平面口徑上，會(huì)帶來零點(diǎn)模糊、主瓣展寬、主瓣分裂以及方向系數(shù)下降，是天線設(shè)計(jì)中應(yīng)

9、該極力避免的。立方律相位偏移會(huì)產(chǎn)生最大輻射方向的偏轉(zhuǎn)，而且還會(huì)導(dǎo)致方向圖不對(duì)稱，在主瓣一側(cè)產(chǎn)生較大的副瓣。6.7.3 第18題 對(duì)旋轉(zhuǎn)拋物面天線的饋源有哪些基本要求答案要點(diǎn)：（1）源應(yīng)該具有確定的相位中心，并且此相位中心應(yīng)該置于拋物面天線的焦點(diǎn)，以使口徑上得到等相位分布；（2）饋源方向圖的形狀應(yīng)該盡量符合最佳照射，同時(shí)副瓣和后瓣盡量小，因?yàn)樗鼈儠?huì)使得天線的增益下降，副瓣電平抬高；（3）饋源應(yīng)該具有較小的體積，以減小對(duì)拋物面口徑的遮擋；（4）饋源應(yīng)該有一定的帶寬，它決定了拋物面天線的帶寬。9.5.1 第1題 為什么地面波傳播會(huì)出現(xiàn)波前傾斜現(xiàn)象？波前傾斜的程度與那些因素有關(guān)？為什么？答案要點(diǎn)：波前

10、傾斜現(xiàn)象是指由于地面損耗造成電場(chǎng)向傳播方向傾斜的一種現(xiàn)象。當(dāng)一個(gè)垂直極化的電磁波沿著地面向前傳播時(shí)，會(huì)在地面上感應(yīng)出電荷，這些電荷隨著電波向前移動(dòng)時(shí)形成感應(yīng)電流，而地面是一種半導(dǎo)電媒質(zhì)，有一定的電阻，故會(huì)在傳播方向上會(huì)產(chǎn)生電壓降，也即在傳播方向上產(chǎn)生新的電場(chǎng)分量，這個(gè)電場(chǎng)分量和原來的垂直分量合成以后，就形成了向傳播方向傾斜的電場(chǎng)，即波前傾斜。通常，地面的介電性越強(qiáng)（電導(dǎo)率約?。?，波前傾斜現(xiàn)象約嚴(yán)重，導(dǎo)電性越強(qiáng)（電導(dǎo)率越大），波前傾斜現(xiàn)象越小。9.5.2 第2題 當(dāng)發(fā)射天線為輻射垂直極化波的鞭狀天線時(shí)，在地面上和地面下接收地面波時(shí)，各應(yīng)用何種天線比較合適？為什么？答案要點(diǎn)：當(dāng)采用垂直極化的鞭狀天

11、線作為發(fā)射天線時(shí)，根據(jù)波前傾斜現(xiàn)象的原理，在地面上和地面下均可以接收信號(hào)。在地面上接收時(shí)，由于電場(chǎng)的垂直分量遠(yuǎn)大于水平分量，所以宜采用直立天線來接收，接收天線附近的地面宜選擇濕地。如果受條件限制，不能采用直立天線來接收，也可以采用低架或水平鋪設(shè)的天線來接收，此時(shí)地面宜選擇干地。10.5.1 第1題 何謂臨界頻率？臨界頻率與電波能否反射有何關(guān)系？答案要點(diǎn)：當(dāng)電波垂直向上發(fā)射時(shí)，能夠從電離層反射回來的最高頻率成為電離層的臨界頻率。臨界頻率反映了電波能夠垂直反射的最高頻率，當(dāng)超過該頻率時(shí)，電波將穿出電離層，不會(huì)反射回來。10.5.2 第7題 在短波天波傳播中，頻率選擇的基本原則是什么？為什么在可能的條件下頻率盡量選擇的高一些？答案要點(diǎn)：（1）最高可用頻率fMUF。由于白天的電子密度大，夜間的電子密度小，所以工作頻率的上限也是白天高，夜間低，另外通信距離越遠(yuǎn)，工作頻率的上限也可以高一些。（2）最低工作