天線基礎(chǔ)知識(shí)(全)

1、天線與電波傳播6/5/202216/5/20222教材：教材：天線與電波傳播王增和 盧春蘭 錢(qián)祖平 等編著機(jī)械工業(yè)出版社參考書(shū)：參考書(shū)：天線原理2003年7月第一版主 編：江賢祚出版社：北京航空航天大學(xué)出版社Antennas: For All Applications1993年第一版主 編：John D. Kraus出版社：the McGraw-Hill Companies出版時(shí)間：2002天線編著：美John D.Kraus Ronald J. Marhefka出版社：電子工業(yè)出版社2004年4月 第一版Radio Propagation for Modern Wireless System

2、s編著： 美 John D.Kraus出版社：電子工業(yè)出版社Ronald J. Marhefka2002年8月 第一版天線與電波傳播天線與電波傳播6/5/20223第1章 天線基礎(chǔ)知識(shí)第2章 窄帶天線第3章 寬帶天線第4章 口徑天線第5章 天線新技術(shù)第6章 電波傳播概論6/5/202241.1 1.1 天線概述天線概述 天線是任何無(wú)線電系統(tǒng)的基本組成部分 天線是一種用來(lái)發(fā)射或者接收電磁波的器件 天線是將傳輸線中的導(dǎo)行電磁波轉(zhuǎn)化為空間電磁波 IEEE：發(fā)射或者接收系統(tǒng)的一部分，為發(fā)射或者接收電磁波而設(shè)計(jì) 發(fā)射天線的作用是將發(fā)射機(jī)的高頻電流（或波導(dǎo)系統(tǒng)中的導(dǎo)行波）的能量有效地轉(zhuǎn)換成空間的電磁能量。

3、而接收天線的作用則恰恰相反。因此天線實(shí)際上是一個(gè)換能器換能器。高頻電流高頻電流發(fā)射機(jī)發(fā)射天線接收機(jī)接收天線Wave6/5/20225天線的作用天線的作用 發(fā)射天線應(yīng)能使電磁波的能量集中輻射到所規(guī)定的方向或區(qū)域內(nèi)，并抑制對(duì)其它不需要方向或區(qū)域的輻射。接收天線應(yīng)對(duì)某個(gè)方向的來(lái)波接收最強(qiáng)，而抑制其它方向來(lái)波的干擾。也就是說(shuō)天線應(yīng)該有一定的方向性方向性。發(fā)射天線接收天線wave避免能量損耗避免能量損耗防止干擾防止干擾6/5/20226天線的作用天線的作用6/5/20227天線的方向性天線的方向性6/5/20228天線的方向性天線的方向性6/5/20229D=0.32 , S=0.25 , N=10天線

4、的方向性天線的方向性6/5/202210頻段2音頻8基低頻4低 頻（VF)） （VLF） （LF）5中 頻（MF）6高 頻7甚高頻8特高頻9超高頻10極高頻（HF） （VHF ） （UHF） （SHF） （EHF）11121314超長(zhǎng)波長(zhǎng)波中波超短波分米波厘米波毫米波3Hz30Hz300Hz3kHz30kHz300kHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GHz3THz30THz300THz105km 104km 103km102km 10km1km100m10m1m10cm1cm1mm10010 1 （公里）（米）（厘米）（毫米）（微米）短波（VLW） （LW） （MW）

5、（SW） （VSW）（米波）音頻雷達(dá)頻率微波頻率紅外視頻無(wú)線電廣播、通信、遙測(cè)、遙控以及導(dǎo)航等無(wú)線電系統(tǒng)都是利用無(wú)線電波來(lái)傳遞信號(hào)的，而無(wú)線電波的發(fā)射和接收都通過(guò)天線來(lái)完成。因此天線設(shè)備是無(wú)線電系統(tǒng)中重要的組成部分。圖1.和圖2.指出了天線設(shè)備在兩種典型的無(wú)線電系統(tǒng)中的地位。6/5/202211 天線應(yīng)能將導(dǎo)波能量盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪芰俊?這首先要求天線是一個(gè)良好的電磁開(kāi)放系統(tǒng), 其次要求天線與發(fā)射機(jī)或接收機(jī)匹配。 天線應(yīng)使電磁波盡可能集中于確定的方向上, 或?qū)Υ_定方向的來(lái)波最大限度的接受, 即天線具有方向性。 天線應(yīng)能發(fā)射或接收規(guī)定極化的電磁波, 即天線有適當(dāng)?shù)臉O化。 天線應(yīng)有足夠的工作

6、頻帶。 6/5/202212 由麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化由麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，這樣就產(chǎn)的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，這樣就產(chǎn)生了電磁波。生了電磁波。B BE EB BE EB B 如廣播電臺(tái)如廣播電臺(tái)聲聲電電電磁波發(fā)射電磁波發(fā)射電視臺(tái)電視臺(tái)聲光聲光電電電磁波發(fā)射電磁波發(fā)射E E6/5/202213天線的理論基礎(chǔ)天線的理論基礎(chǔ)最早的發(fā)射天線是赫茲在1887年為了驗(yàn)證麥克斯韋根據(jù)理論推導(dǎo)所作關(guān)于存在電磁波的預(yù)言而設(shè)計(jì)的。它是兩個(gè)約為30厘米長(zhǎng)、位于一直線上的金屬桿，其遠(yuǎn)離的兩端分別與兩個(gè)約40厘米2的正方形金屬板相連

7、接，靠近的兩端分別連接兩個(gè)金屬球并接到一個(gè)感應(yīng)線圈的兩端，利用金屬球之間的火花放電來(lái)產(chǎn)生振蕩。當(dāng)時(shí)，赫茲用的接收天線是單圈金屬方形環(huán)狀天線，根據(jù)方環(huán)端點(diǎn)之間空隙出現(xiàn)火花來(lái)指示收到了信號(hào)。 6/5/202214最早的天線最早的天線19091909年馬可尼獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，后來(lái)享有年馬可尼獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，后來(lái)享有“無(wú)線電之父無(wú)線電之父”的美譽(yù)。的美譽(yù)。19331933年年1212月月7 7日至日至1212日，馬可尼曾到我國(guó)訪問(wèn)，并在南京停留，宣傳普及無(wú)線電知識(shí)，他特別日，馬可尼曾到我國(guó)訪問(wèn)，并在南京停留，宣傳普及無(wú)線電知識(shí)，他特別講到：講到：“貴國(guó)地大民眾，無(wú)線電最有用處，望貴國(guó)人士深明此意

8、，聯(lián)絡(luò)民眾，交換情感，可貴國(guó)地大民眾，無(wú)線電最有用處，望貴國(guó)人士深明此意，聯(lián)絡(luò)民眾，交換情感，可造成一強(qiáng)大無(wú)匹之國(guó)家造成一強(qiáng)大無(wú)匹之國(guó)家”。馬可尼，意大利人，第一個(gè)采用大型天線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋通信的，所用的發(fā)射天線由30根下垂銅線組成，頂部用水平橫線連在一起，橫線掛在兩個(gè)支持塔上。這是人類真正付之實(shí)用的第一副天線。自從這副天線產(chǎn)生以后，天線的發(fā)展大致分為四個(gè)歷史時(shí)期。6/5/202215馬可尼馬可尼 在無(wú)線電獲得應(yīng)用的最初時(shí)期，真空管振蕩器尚未發(fā)明，人們認(rèn)為波長(zhǎng)越長(zhǎng)，傳播中衰減越小。因此，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，所利用的波長(zhǎng)都在1000米以上。倒L形、T形、傘形天線等。由于高度受到結(jié)構(gòu)上的限制，這些天線的

9、尺寸比波長(zhǎng)小很多，因而是屬于電小天線的范疇。 后來(lái)，業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者發(fā)現(xiàn)短波能傳播很遠(yuǎn)的距離，A.E.肯內(nèi)利和O.亥維賽發(fā)現(xiàn)了電離層的存在和它對(duì)短波的反射作用，從而開(kāi)辟了短波波段和中波波段領(lǐng)域。這時(shí)，天線尺寸可以與波長(zhǎng)相比擬，促進(jìn)了天線的順利發(fā)展。 這一時(shí)期除抗衰落的塔式廣播天線外，還設(shè)計(jì)出各種水平天線和各種天線陣，采用的典型天線有：偶極天線（見(jiàn)對(duì)稱天線）、環(huán)形天線、長(zhǎng)導(dǎo)線天線、同相水平天線、八木天線（見(jiàn)八木-宇田天線）、菱形天線和魚(yú)骨形天線等。這些天線比初期的長(zhǎng)波天線有較高的增益、較強(qiáng)的方向性和較寬的頻帶，后來(lái)一直得到使用并經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)。 6/5/202216線天線時(shí)期：線天線時(shí)期：1930

10、1930年之前年之前在這一時(shí)期，天線的理論工作也得到了發(fā)展。H.C.波克林頓在1897年建立了線天線的積分方程，證明了細(xì)線天線上的電流近似正弦分布。由于數(shù)學(xué)上的困難，他并未解出這一方程。后來(lái)E.海倫利用函數(shù)源來(lái)激勵(lì)對(duì)稱天線得到積分方程的解。同時(shí)，A.A.皮斯托爾哥爾斯提出了計(jì)算線天線阻抗的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)法和二重性原理。R.W.P.金繼海倫之后又對(duì)線天線作了大量理論研究和計(jì)算工作。將對(duì)稱天線作為邊值問(wèn)題并用分離變量法來(lái)求解的有S.A.謝昆穆諾夫、H.朱爾特、J.A.斯特拉頓和朱蘭成等。6/5/202217線天線時(shí)期線天線時(shí)期雖然早在1888年赫茲就首先使用了拋物柱面天線，但由于沒(méi)有相應(yīng)的振蕩源，一直

11、到30年代才隨著微波電子管的出現(xiàn)陸續(xù)研制出各種面天線。這時(shí)已有類比于聲學(xué)方法的喇叭天線、類比于光學(xué)方法的拋物反射面天線和透鏡天線等。這些天線利用波的擴(kuò)散、干涉、反射、折射和聚焦等原理獲得窄波束和高增益。第二次世界大戰(zhàn)期間出現(xiàn)了雷達(dá)，大大促進(jìn)了微波技術(shù)的發(fā)展。為了迅速捕捉目標(biāo)，研制出了波束掃描天線，利用金屬波導(dǎo)和介質(zhì)波導(dǎo)研制出波導(dǎo)縫隙天線和介質(zhì)棒天線以及由它們組成的天線陣。在面天線基本理論方面，建立了幾何光學(xué)法，物理光學(xué)法和口徑場(chǎng)法等理論。當(dāng)時(shí)，由于戰(zhàn)時(shí)的迫切需要，天線的理論還不夠完善。天線的實(shí)驗(yàn)研究成了研制新型天線的重要手段，建立了測(cè)試條件和誤差分析等概念，提出了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和模型測(cè)量等方法。在面

12、天線有較大發(fā)展的同時(shí)，線天線理論和技術(shù)也有所發(fā)展，如陣列天線的綜合方法等。6/5/202218面天線時(shí)期：面天線時(shí)期：1930-19451930-1945微波中繼通信、對(duì)流層散射通信、射電天文和電視廣播等工程技術(shù)的天線設(shè)備有了很大發(fā)展，建立了大型反射面天線。這時(shí)出現(xiàn)了分析天線公差的統(tǒng)計(jì)理論，發(fā)展了天線陣列的綜合理論等。1957年美國(guó)研制成第一部靶場(chǎng)精密跟蹤雷達(dá)AN/FPS-16，隨后各種單脈沖天線相繼出現(xiàn)，同時(shí)頻率掃描天線也付諸應(yīng)用。在50年代，寬頻帶天線的研究有所突破，產(chǎn)生了非頻變天線理論，出現(xiàn)了等角螺旋天線、對(duì)數(shù)周期天線等寬頻帶或超寬頻帶天線。6/5/202219面天線時(shí)期：面天線時(shí)期：1

13、945-19591945-1959人造地球衛(wèi)星和洲際導(dǎo)彈研制成功對(duì)天線提出了一系列新的課題，要求天線有高增益、高分辨率、圓極化、寬頻帶、快速掃描和精確跟蹤等性能。從60年代到70年代初期，天線的發(fā)展空前迅速。一方面是大型地面站天線的修建和改進(jìn)，包括卡塞格倫天線的出現(xiàn)，正副反射面的修正，波紋喇叭等高效率天線饋源和波束波導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用等；另一方面，沉寂了將近30年的相控陣天線由于新型移相器和電子計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，以及多目標(biāo)同時(shí)搜索與跟蹤等要求的需要，而重新受到重視并獲得了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。6/5/2022205050年代年代-70-70年代年代無(wú)線電頻道的擁擠和衛(wèi)星通信的發(fā)展，反射面天線的頻率復(fù)用、正交極

14、化等問(wèn)題和多波束天線開(kāi)始受到重視；無(wú)線電技術(shù)向波長(zhǎng)越來(lái)越短的毫米波、亞毫米波，以及光波方向發(fā)展，出現(xiàn)了介質(zhì)波導(dǎo)、表面波和漏波天線等新型毫米波天線。此外，在陣列天線方面，由線陣發(fā)展到圓陣；由平面陣發(fā)展到共形陣；信號(hào)處理天線，自適應(yīng)天線、合成孔徑天線等技術(shù)也都進(jìn)入了實(shí)用階段。同時(shí)，由于電子對(duì)抗的需要，超低副瓣天線也有了很大的發(fā)展。由于高速大容量電子計(jì)算機(jī)的研制成功，60年代發(fā)展起來(lái)的矩量法和幾何繞射理論在天線的理論計(jì)算和設(shè)計(jì)方面獲得了應(yīng)用。這兩種方法解決了過(guò)去不能解決或難以解決的大量天線問(wèn)題。隨著電路技術(shù)向集成化方向發(fā)展，微帶天線引起了廣泛的關(guān)注和研究，并在飛行器上獲得了應(yīng)用。同時(shí)，由于遙感技術(shù)和

15、空間通信的需要，天線在有耗媒質(zhì)或等離子體中的輻射特性及瞬時(shí)特性等問(wèn)題也開(kāi)始受到人們的重視。這一時(shí)期在天線結(jié)構(gòu)和工藝上也取得了很大的進(jìn)展，制成了直徑為 100米、可全向轉(zhuǎn)動(dòng)的高精度保形射電望遠(yuǎn)鏡天線，還研制成單元數(shù)接近 2萬(wàn)的大型相控陣和高度超過(guò)500米的天線塔。6/5/2022217070年代以后年代以后6/5/202222常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202223常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202224常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202225常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202226常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202227常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5

16、/202228常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202229常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202230常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202231常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202232常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式美國(guó)新墨西哥州的射電望遠(yuǎn)鏡陣列是由27面直徑25米的拋物面天線組成，甚大天線陣每個(gè)天線重230噸，架設(shè)在鐵軌上，可以移動(dòng)，所有天線呈Y型排列，每臂長(zhǎng)21千米。該甚大天線陣隸屬于美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)（NRAO），于1981年建成。6/5/202233常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202234常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線形式6/5/202235常見(jiàn)的天線形式常見(jiàn)的天線

17、形式6/5/2022361.2 1.2 天線輻射機(jī)理天線輻射機(jī)理 天線輻射是電磁場(chǎng)中輻射源產(chǎn)生的一種擾動(dòng)。天線輻射是電磁場(chǎng)中輻射源產(chǎn)生的一種擾動(dòng)。 天線輻射是時(shí)變電流源產(chǎn)生，或者說(shuō)是由作加速天線輻射是時(shí)變電流源產(chǎn)生，或者說(shuō)是由作加速運(yùn)動(dòng)的電荷所激發(fā)。運(yùn)動(dòng)的電荷所激發(fā)。 取一細(xì)導(dǎo)線，則電流可以表示成 隨時(shí)間變化，電流公式又可寫(xiě)為 假如導(dǎo)線的長(zhǎng)度為l,則ZlzIqvzzllzdIdvqq adtdtzzllzdIdvllqlq adtdt6/5/202237天線輻射天線輻射 這個(gè)公式簡(jiǎn)單地說(shuō)明要產(chǎn)生輻射就必須有一個(gè)時(shí)變的電流或者具有加速度的電荷。我們經(jīng)常談到的電流是在時(shí)諧狀態(tài)下的，而電荷往往是討論

18、其瞬間的情況。為了使電荷產(chǎn)生加速度，必須使導(dǎo)線彎曲或者使其成V形，還可將其表面制成非連續(xù)型或使其具有終端。當(dāng)在時(shí)諧條件下振蕩時(shí)，電荷就會(huì)產(chǎn)生周期性的加速度，或者產(chǎn)生時(shí)變電流。6/5/202238天線輻射天線輻射zzllzdIdvllqlq adtdt時(shí)域，可以得到如下結(jié)論： 1.假如沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，就不可能產(chǎn)生電流，也不會(huì)有輻射。 2. 假如電荷在導(dǎo)線內(nèi)作勻速運(yùn)動(dòng)： a.如果導(dǎo)線是筆直無(wú)限長(zhǎng)的，就不會(huì)有輻射。 b.如果導(dǎo)線被彎曲或制成V形，使其具有終點(diǎn)或?qū)⑵浣財(cái)?，以及將其表面制成非連續(xù)型都將產(chǎn)生輻射。 3.假如電荷在瞬時(shí)狀態(tài)下振動(dòng)，即便導(dǎo)線是筆直的也將產(chǎn)生輻射。6/5/202239天線輻射天線輻

19、射6/5/202240輻射導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)輻射導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)6/5/202241天線工作原理天線工作原理6/5/202242天線工作原理天線工作原理6/5/202243 導(dǎo)線載有交變電流時(shí)，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)短和形狀有關(guān)； 當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流就大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子。天線工作原理天線工作原理6/5/202244天線工作原理天線工作原理6/5/202245天線工作原理天線工作原理6/5/202246天線工作原理天線工作原理天線的種類很多，按用途可將天線分為通信天線、 廣播電視天線、雷達(dá)天線等; 按工

20、作波長(zhǎng), 可將天線分為長(zhǎng)波天線、中波天線、 短波天線、 超短波天線和微波天線等； 按輻射元的類型可將天線分為兩大類: 線天線和面天線。所謂線天線是由半徑遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的金屬導(dǎo)線構(gòu)成, 主要用于長(zhǎng)波、中波和短波波段; 面天線是由尺寸大于波長(zhǎng)的金屬或介質(zhì)面構(gòu)成的, 主要用于微波波段, 超短波波段則兩者兼用。 把天線和發(fā)射機(jī)或接收機(jī)連接起來(lái)的系統(tǒng)稱為饋線系統(tǒng)。饋線的形式隨頻率的不同而分為雙導(dǎo)線傳輸線、同軸線傳輸線、波導(dǎo)或微帶線等。由于饋線系統(tǒng)和天線的聯(lián)系十分緊密, 有時(shí)把天線和饋線系統(tǒng)看成是一個(gè)部件, 統(tǒng)稱為天線饋線系統(tǒng), 簡(jiǎn)稱天饋系統(tǒng)。 6/5/2022471.3 1.3 天線概覽天線概覽研究天線問(wèn)題

21、, 實(shí)質(zhì)上是研究天線在空間所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)分布?？臻g任一點(diǎn)的電磁場(chǎng)都滿足麥克斯韋方程和邊界條件,因此, 求解天線問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是求解電磁場(chǎng)方程并滿足邊界條件,但這往往十分繁雜, 有時(shí)甚至是十分困難的。在實(shí)際問(wèn)題中, 往往將條件理想化, 進(jìn)行一些近似處理, 從而得到近似結(jié)果, 這是天線工程中最常用的方法； 在某些情況下, 如果需要較精確的解, 可借助電磁場(chǎng)理論的數(shù)值計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行。 本書(shū)盡可能地繞過(guò)繁雜的推導(dǎo)、計(jì)算, 主要介紹天線的基本概念、基本理論及與現(xiàn)代 通信緊密相關(guān)的新技術(shù)及其應(yīng)用。6/5/202248天線概覽天線概覽6/5/202249常見(jiàn)天線類型常見(jiàn)天線類型 電小天線 諧振天線 寬帶天線 口

22、徑天線6/5/202250常見(jiàn)天線類型常見(jiàn)天線類型6/5/20225123.0023.2523.5023.7524.0024.2524.5024.7525.00Freq GHz-25.00-20.00-15.00-10.00-5.000.00dB(St(1,1)Ansoft LLCPatch_Antenna_ADKv1Return LossCurve InfodB(St(1,1)Setup1 : Sweep1-200.00-150.00-100.00-50.00 0.0050.00100.00150.00200.00Theta deg-25.00-20.00-15.00-10.00-5.00-

23、0.005.0010.00Y1Ansoft LLCPatch_Antenna_ADKv1XY Plot 2Curve InfodB(GainTotal)Setup1 : LastAdaptiveFreq=24.125GHz Phi=0degdB(GainTotal)_1Setup1 : LastAdaptiveFreq=24.125GHz Phi=90deg主要電氣參數(shù)主要電氣參數(shù)6/5/202252主要電氣參數(shù)主要電氣參數(shù)-200.00-150.00-100.00-50.00 0.0050.00100.00150.00200.00Theta deg-40.00-30.00-20.00-10.

24、000.0010.0020.00Y1Ansoft LLC18X1_array_new_feedline1XY Plot 3m1m2m3m4m5Curve InfodB(GainTotal)Setup1 : LastAdaptiveFreq=24.125GHz Phi=0degdB(GainTotal)_1Setup1 : LastAdaptiveFreq=24.125GHz Phi=90degNameXYm10.000018.0932m22.500014.6833m315.00000.5783m419.000018.2796m5-20.5000 18.8487電基本振子是線狀天線的基本單元,因

25、此討論電基本振子具有重要的實(shí)際意義。對(duì)電基本振子的分析,我們采用球坐標(biāo)系。將電基本振子的中心放在坐標(biāo)系原點(diǎn)。如下圖所示所謂電基本振子是指一段載有高頻電流的短導(dǎo)線,導(dǎo)線全長(zhǎng) l ,導(dǎo)線直徑d l ，線上的電流振幅是相等的，線上各點(diǎn)的電流相位亦認(rèn)為是同相的。6/5/2022531.4 1.4 電基本振子電基本振子6/5/202254IPzr電基本振子電基本振子reee利用矢量磁位A ，不難求得空間P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。由于電流元的直徑很小，可忽略，所以電流元上的電流可視為線電流，即設(shè)沿z軸方向，長(zhǎng)為z的電基本振子，其電流分布為6/5/202255Ij tie/20/24j RzzzeAIdzR假設(shè)：, z0

26、Rr 04j rzIdz eAr6/5/202256磁場(chǎng)強(qiáng)度：0000011111 =zzzzHAA zAzAzAz4j rI z eHzr 04j rzIdz eAr6/5/2022574j rI z eHzr 利用球坐標(biāo)系中的梯度公式，可得144j rj rI zeI zeHrzjrzrrrr00( cossin )sin2rzrr 11sin2j rjI zeHj rr6/5/202258由方程 可以得到電場(chǎng)強(qiáng)度11sin2j rjI zeHj rr01EHj020222cos2111sin2j rrj rjI zeEj rrj rjI zeEj rrj r由上式可見(jiàn),電基本振子的電場(chǎng)有

27、r和方向兩個(gè)分量,而磁場(chǎng)只有方向分量。而且電場(chǎng)矢量和磁場(chǎng)矢量相互垂直。在Er，E和H分量中都含有1/r,1/r2和1/r3三 項(xiàng)或其中二項(xiàng)。現(xiàn)根據(jù)觀察點(diǎn)P離元電輻射體的遠(yuǎn)近可分為三個(gè)區(qū)域:近區(qū)(r1)和中間區(qū)域。6/5/2022591)1) 近區(qū)場(chǎng)近區(qū)場(chǎng)6/5/20226011sin2j rjI zeHj rr020222cos2111sin2j rrj rjI zeEj rrj rjI zeEj rrj r1 rr或 203sin42cossin4j rnfj rnfI z eHrjI z eErr 23111rrr1j re近區(qū)場(chǎng)近區(qū)場(chǎng): : 在近區(qū), kr1, r，電場(chǎng)E和Er與靜電場(chǎng)問(wèn)

28、題中的電偶極子的電場(chǎng)相似, 磁場(chǎng)H和恒定電流場(chǎng)問(wèn)題中的電流元的磁場(chǎng)相似, 所以近區(qū)場(chǎng)稱為準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng); 由于場(chǎng)強(qiáng)與1/r的高次方成正比, 所以近區(qū)場(chǎng)隨距離的增大而迅速減小, 即離天線較遠(yuǎn)時(shí), 可認(rèn)為近區(qū)場(chǎng)近似為零。 電場(chǎng)與磁場(chǎng)相位相差90（電場(chǎng)滯后于磁場(chǎng)）, 說(shuō)明玻印廷矢量為虛數(shù), 也就是說(shuō), 電磁能量在場(chǎng)源和場(chǎng)之間來(lái)回振蕩, 沒(méi)有能量向外輻射, 所以近區(qū)場(chǎng)又稱為感應(yīng)場(chǎng)。 6/5/202261計(jì)算近區(qū)場(chǎng)的平均功率流密度矢量 此結(jié)果表明電偶極子的近區(qū)場(chǎng)沒(méi)有電磁功率向外輸出。應(yīng)該指出，這是忽略了場(chǎng)表示式中的次要因素所導(dǎo)致的結(jié)果，而并非近區(qū)場(chǎng)真的沒(méi)有凈功率向外輸出。202251sinsin2232nfn

29、fnfI zEHjrr S6/5/202262近區(qū)場(chǎng)近區(qū)場(chǎng): : 的區(qū)域稱為遠(yuǎn)區(qū)，在此區(qū)域中 整理得：1r23111rrr0sin2sin2rjrjrEEIzEjerIzHjer6/5/2022632) 遠(yuǎn)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)區(qū)場(chǎng)6/5/202264由此可見(jiàn)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)具有下列特點(diǎn):(1)在遠(yuǎn)區(qū), 電基本振子的場(chǎng)只有E和H兩個(gè)分量, 它們?cè)诳臻g上相互垂直, 在時(shí)間上同相位,所以其玻印廷矢量 是實(shí)數(shù),且指向 r 方向。這說(shuō)明電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是一個(gè)沿著徑向向外傳播的橫電磁波,所以遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)又稱輻射場(chǎng);(2)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)縱向分量ErE,而磁場(chǎng)分量只有橫向分量H, E/H=0u0/0=120（）是一常數(shù), 即等于媒質(zhì)的本征阻抗,

30、 因而遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)具有與平面波相同的特性;故遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)近似為T(mén)EM波。12EHS(3) 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的相位隨r的增加不斷滯后,其等相位面為r等于常數(shù)的球面。輻射場(chǎng)的強(qiáng)度與距離成反比, 隨著距離的增大, 輻射場(chǎng)減小。這是因?yàn)檩椛鋱?chǎng)是以球面波的形式向外擴(kuò)散的,當(dāng)距離增大時(shí), 輻射能量分布到更大的球面面積上;(4)在不同的方向上, 輻射強(qiáng)度是不相等的。 這說(shuō)明電基本振子的輻射是有方向性的。6/5/2022652*0221122 60sin2SEHHrI zrr6/5/20226622230022sin 60sin2 40SSSPS dsS rrd dI zddI z (5)輻射功率與輻射電阻：天線通過(guò)輻射場(chǎng)向外部空

31、間輻射電磁波,其輻射功率即為通過(guò)包圍此天線的閉合曲面的功率流的總和,即由上式可見(jiàn)輻射功率與天線的結(jié)構(gòu),電尺寸以及激勵(lì)電流有關(guān)。為了說(shuō)明輻射體本身的特性,我們引入另一個(gè)參量輻射電阻R,定義為電基本振子的輻射電阻：6/5/20226722PRI2280zR(6) 方向性： 由式可以看出,電基本振子的輻射場(chǎng)強(qiáng)值在等r距離的球面空間各個(gè)方向上是不相同的。 方向性函數(shù)的坐標(biāo)圖形稱為方向性圖,它形象描寫(xiě)輻射體向空間不同方向上的輻射能力。由于方向性函數(shù)是坐標(biāo)和的函數(shù),因此三維坐標(biāo)系統(tǒng)中的方向性圖為立體圖。6/5/2022680sin2sin2jrjrIzEjerIzHjer(7) 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的E和H兩個(gè)分量中包

32、含了3個(gè)部分：比例系數(shù)方向性函數(shù) F(,)=sin球面波因子6/5/2022690sin2sin2jrjrIzEjerIzHjer02Ilj rer6/5/2022701.6 1.6 磁基本振子磁基本振子在討論了電基本振子的輻射情況后, 現(xiàn)在再來(lái)討論一下磁基本振子的輻射。我們知道, 在穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)中, 靜止的電荷產(chǎn)生電場(chǎng), 恒定的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。那么, 是否有靜止的磁荷產(chǎn)生磁場(chǎng), 恒定的磁流產(chǎn)生電場(chǎng)呢？ 迄今為止還不能肯定在自然界中是否有孤立的磁荷和磁流存在。但是, 如果引入這種假想的磁荷和磁流的概念, 將一部分原來(lái)由電荷和電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)用能夠產(chǎn)生同樣電磁場(chǎng)的磁荷和磁流來(lái)取代,即將“電源”換成等

33、效“磁源”, 可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算工作。6/5/202271小環(huán)天線：最大尺寸不超過(guò)十分之一波長(zhǎng)的閉合電流環(huán)路“小”- 電尺寸，相對(duì)于工作波長(zhǎng)而言磁基本振子：小環(huán)天線 （當(dāng)交變電流通過(guò)小環(huán)天線時(shí)，其外界電磁場(chǎng)分布相當(dāng)于一個(gè)極性N-S交替變化的條形磁鐵分布，故小環(huán)天線也成為磁基本振子、磁流元），小電流環(huán)的輻射場(chǎng)與磁偶極子的輻射場(chǎng)相同，穩(wěn)態(tài)場(chǎng)有這種特性, 時(shí)變場(chǎng)也有這種特性。磁基本振子的輻射磁基本振子的輻射 磁基本振子又稱為磁偶極子、磁流元，其實(shí)際模型是一個(gè)小電流圓環(huán)，它的周長(zhǎng)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，且環(huán)上載有的時(shí)諧電流處處等福同相，表示為 cosRej ti tItIe8.3.1 小電流環(huán)及其等效磁矩6/5/2

34、02272 磁荷為： 磁極間的假想電流為： 根據(jù)電磁對(duì)偶原理，自由空間的磁偶極子與自由空間的電偶極子取如下的對(duì)偶關(guān)系： 0000,MEMEMMHEEHqqII0Misql0ddddMMsqiItlt6/5/202273對(duì)偶原理法對(duì)偶原理法6/5/202274設(shè)有一個(gè)電流密度為J1的電流源，其媒質(zhì)參數(shù)為（1 1 1），其滿足：1111111EjHHjEJ 設(shè)有一個(gè)磁流密度為M2的電流源，其媒質(zhì)參數(shù)為（2 2 2），其滿足：2222222HjEEjHM 1 1中變量中變量2 2中替代變量中替代變量J1M212 1 2E1H2H1-E26/5/202275磁基本振子完整場(chǎng)解磁基本振子完整場(chǎng)解2220

35、2011sin 2111sin 222 cos 2mj rmj rmj rjIzeEj rrjIzeHj rrj rjIzerj rrj r 6/5/202276磁基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)解磁基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)解220sin 2sin 2mj rmj rjIz eErjIz eHr 比較電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)E與磁基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)E可以發(fā)現(xiàn)它們具有相同的方向函數(shù)|sin|, 而且在空間相互正交, 相位相差90。所以將電基本振子與磁基本振子組合后,可構(gòu)成一個(gè)橢圓（或圓）極化波天線。6/5/202277直接積分法直接積分法參考課本第參考課本第1818頁(yè)頁(yè)6/5/2022781.7 1.7 天線的方向性天線的方向

36、性 天線輻射的方向性 輻射功率密度的方向性6/5/2022791.7.1 1.7.1 方向函數(shù)方向函數(shù) 電基本振子遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)：2*0221122 60sin2SEHHrI zrr沿z軸方向無(wú)輻射，在與振子垂直的方向輻射最強(qiáng)。 功率密度S分布的不均勻性，并不是電基本振子的特有現(xiàn)象，它是一切矢量波輻射系統(tǒng)的共同特征。電磁波屬于矢量波，所以任何形式的真實(shí)天線發(fā)出的功率密度S在空間的分布都是不均勻的（S的不均勻性源于遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)E/遠(yuǎn)區(qū)磁場(chǎng)H的不均勻性）。6/5/202280可以證明，任何一個(gè)（相位中心和坐標(biāo)原點(diǎn)重合的）實(shí)際天線（含天線陣列），必然滿足如下遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)分布通式： 0,j reEUVffr 式中

37、，U0()是與場(chǎng)點(diǎn)坐標(biāo)(r,)無(wú)關(guān)的復(fù)常數(shù)，僅取決于場(chǎng)源的強(qiáng)度；f(,)為電場(chǎng)分布的方向函數(shù)。P.22，例1-4，給出了基本振子的遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)通式的具體表達(dá)式22,fff 6/5/202281通式中，復(fù)常數(shù)U0()并沒(méi)有唯一性，與方向函數(shù)的寫(xiě)法有關(guān)。 方向函數(shù)的寫(xiě)法，一般應(yīng)兼顧數(shù)學(xué)和工程上的習(xí)慣： （1）電流分布具有圍繞z軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且沿z軸流動(dòng)，則 （2）磁流分布具有圍繞z軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且沿z軸流動(dòng)，則 （3）電流分布具有圍繞z軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且沿方向流動(dòng)，則 0,j reEUVffr , 0fff , 0fff , 0fff垂直極化垂直極化水平極化水平極化水平極化水平極化6/5/202282P.22 P.

38、22 例例 1-51-5 線極化線極化 圓極化、橢圓極化圓極化、橢圓極化空間上空間上、正交的電場(chǎng)分量通式存在僅僅是圓正交的電場(chǎng)分量通式存在僅僅是圓/ /橢橢圓極化的必要條件，并非充要條件；充分條件是追加圓極化的必要條件，并非充要條件；充分條件是追加時(shí)間上正交分量相位相差時(shí)間上正交分量相位相差9090的條件。的條件。6/5/2022831.7.2 1.7.2 方向圖方向圖 輻射方向圖簡(jiǎn)稱為方向圖，是方向函數(shù)f(,)的圖示。 方向圖形象、直觀、彌補(bǔ)了方向函數(shù)的抽象性。 復(fù)雜天線系統(tǒng)，其很難求解出較為準(zhǔn)確的方向圖函數(shù)的解析表達(dá)式，此時(shí)必須借助測(cè)量得到的數(shù)據(jù)繪出方向圖，以了解天線的輻射特性。6/5/2

39、022841. 1. 方向圖的分類方向圖的分類 空間維數(shù)：三維立體方向圖、兩維平面方向圖 主截面：平面方向圖 - E面方向圖、H面方向圖 坐標(biāo)系：平面方向圖 - 直角坐標(biāo)方向圖、極坐標(biāo)方向圖 坐標(biāo)軸刻度：線性坐標(biāo)、對(duì)數(shù)坐標(biāo) 對(duì)象不同：場(chǎng)強(qiáng)方向圖（方向圖）、功率方向圖6/5/2022852. 2. 立體方向圖立體方向圖 方向函數(shù)f(,)是在與天線保持固定距離情況下測(cè)量出來(lái)的，定量性差。歸一化方向函數(shù)：max,fFf 6/5/2022863. E3. E面、面、H H面方向圖面方向圖E面方向圖：由最大輻射方向(max,max)和該方向上遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)E的方向所確定的E面，與立體方向圖相截，所得的平面方向

40、圖。H面方向圖：由最大輻射方向(max,max)和該方向上遠(yuǎn)區(qū)磁場(chǎng)H的方向所確定的H面，與立體方向圖相截，所得的平面方向圖。P.26 P.26 圖圖 1-16 1-16 電基本振子電基本振子E E面、面、H H面方向圖面方向圖6/5/2022874. 4. 方向圖的參數(shù)方向圖的參數(shù)1.0半功率點(diǎn)主瓣軸0.50.5副瓣半功率波束寬度(HPBW)典型的功率方向圖6/5/202288通常考慮以下幾個(gè)參數(shù)： （1）主瓣寬度 主瓣軸線兩側(cè)的兩個(gè)半功率點(diǎn)（即功率密度下降為最大值的一半或場(chǎng)強(qiáng)下降為最大值的 ）的矢徑之間的夾角，稱為主瓣寬度，表示為 （E面）或 （H面）。主瓣寬度愈小，說(shuō)明天線輻射的能量愈集中

41、，定向性愈好。電偶極子的主瓣寬度為 。 （2）副瓣電平 最大副瓣的功率密度S1和主瓣功率密度S0之比的對(duì)數(shù)值，稱為副瓣電平表示為 通常要求副瓣電平盡可能低。 120.520.520901010lgdBSSLLS6/5/202289（3）前后比 主瓣功率密度S0與后瓣功率密度Sb之比的對(duì)數(shù)值，稱為前后比。表示為 通常要求前后比盡可能大。 010lgdBbSFBS6/5/2022901.7.3 1.7.3 方向性系數(shù)方向性系數(shù)p 在相等的輻射功率下，受試天線在其最大輻射方向上某點(diǎn)產(chǎn)生的功率密度與一理想的無(wú)方向性天線在同一點(diǎn)產(chǎn)生的功率密度的比值，定義為受試天線的方向性系數(shù)。表示為 002maxmax

42、200PPPPrrrrSEDSE6/5/202291式中的Pr和Pr0分別為受試天線和理想的無(wú)方向性天線的輻射功率。故20222max0002222max00,1dd21,sin d d2,sin d d240rssEPsEFrErF 平均Ss2max22200240,sin d drPErF 6/5/202292而理想的無(wú)方向性天線的輻射功率為故則上式為計(jì)算天線方向性系數(shù)的公式。 222220000044260rEE rPSrr200260rPEr02max2220004,sin d dPPrrEDEF 6/5/202293例8.4.1 計(jì)算電偶極子的方向性系數(shù)解：電偶極子的歸一化方向性函數(shù)

43、為故若用分貝表示，則為D=10lg1.5=1.76dB.,sinF 220041.5sinsin d dD 6/5/202294天線的效率定義為天線的輻射功率Pr與輸入功率Pin的比值，表示為rrAinrLPPPPP1.7.4 1.7.4 效率效率式中的PL為天線的總損耗功率，通常包括天線導(dǎo)體中的損耗和介質(zhì)材料中的損耗。若把天線向外輻射的功率看作是被某個(gè)電阻吸收的功率，該電阻稱為輻射電阻Rr。同樣，把總損耗功率也看作電阻上的損耗功率，該電阻稱為損耗電阻。則有故天線的效率可表示為可見(jiàn)，要提高天線的效率，應(yīng)盡可能增大輻射電阻和降低損耗電阻。 2211,22rrLLPI RPI RrrArLrLPR

44、PPRR6/5/2022951.7.5 1.7.5 增益增益 G G 在相同的輸入功率下，受試天線在其最大輻射方向上某點(diǎn)產(chǎn)生的功率密度與一理想的無(wú)方向性天線在同一點(diǎn)產(chǎn)生的功率密度的比值，定義為該受試天線的增益系數(shù)。表示為式中的Pin和Pin0分別為受試天線和理想的無(wú)方向性天線的輸入功率 .考慮天線效率的定義可得:以及002maxmax200PPPPininininSEGSEAGDmax60inGPEr6/5/202296考慮天線效率的定義可得:以及AGDr0max60inPPGPEr對(duì)于無(wú)方向性天線， 故G=1,則例如，為了在空間一點(diǎn)M處產(chǎn)生某特定值的場(chǎng)強(qiáng)，若采用無(wú)方向性天線來(lái)發(fā)射需輸入10W

45、的功率；但采用增益系數(shù)G=10的天線發(fā)射，則只需輸入1W的功率。 r00max60inPPPEr1,1AD6/5/2022971.8 1.8 天線的電參數(shù)天線的電參數(shù) 方向特性：方向圖（BW0.5、FSLL）、方向系數(shù)D、增益G 阻抗特性：輸入阻抗Zin、效率A 帶寬特性：帶寬、上限頻率fU、下限頻率fL 極化特性：極化、極化隔離度 掃描特性6/5/2022981.8.2 1.8.2 阻抗特性阻抗特性1 1輸入阻抗輸入阻抗天線的輸入阻抗定義為天線輸入端的電壓與電流的比值，表示為inininininUZRjXI式中的Rin表示輸入電阻，Xin表示輸入電抗。天線的輸入端是指天線通過(guò)饋線與發(fā)射機(jī)（或

46、接收機(jī)）相連時(shí)，天線與饋線的連接處。天線作為饋線的負(fù)載，通常要求達(dá)到阻抗匹配。2222inininin ininininininin inininPjOUU IPZRjXII IIIinP6/5/2022992 2輻射阻抗輻射阻抗Z與輸入阻抗與輸入阻抗Zin的區(qū)別與聯(lián)系的區(qū)別與聯(lián)系 兩者歸算電流不盡相同：輸入阻抗Zin必須用輸入電流Iin歸算；輻射阻抗不是一個(gè)電路量，可以自由選擇歸算電流。 即使都使用相同的Iin進(jìn)行歸算，Z和Zin兩者還是不同,因?yàn)榇嬖谥鴵p耗功率，所以天線效率不是100%。 若天線效率是100%，Z和Zin兩者是否相等？ 借助數(shù)值方法求解，Z和Zin之間是否可以完全逼近？6/

47、5/20221003. 3. 輻射電阻輻射電阻R R與方向系數(shù)與方向系數(shù)D D的聯(lián)系的聯(lián)系電基本振子或者線電流源，其遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)為式中，Im是輻射電阻R R的歸算電流。則，輻射電阻輻射電阻R R與方向系數(shù)與方向系數(shù)D D的乘積為：的乘積為：m60I,j reEjfr 2max120,RDf 6/5/20221011.8.3 1.8.3 帶寬特性帶寬特性300350400450500Frequency (MHz)-60-50-40-30-20-100102030405060s11 (dB)上限頻率 fU 下限頻率 fL 中心頻率 fC 相對(duì)帶寬 倍頻帶寬 100%ULpCffBfUrCfBf6/5/

48、20221021.8.3 1.8.3 極化特性極化特性天線的極化特性是天線在其最大輻射方向上電場(chǎng)矢量的取向隨時(shí)間變化的規(guī)律。正如在波的極化中已討論過(guò)的，極化就是在空間給定上，電場(chǎng)矢量的端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡。按軌跡形狀分為線極化、圓極化和橢圓極化。6/5/2022103線極化線極化6/5/2022104如果電磁波在傳播過(guò)程中電場(chǎng)的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫做橢圓極化波。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，如果電場(chǎng)的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極化波。向傳播方向看去順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的叫右旋圓極化波，反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。6/5/20221051.8.4 1.8.4 最佳接收條件最佳接收條件接收天線的最大接收方

49、向?qū)?zhǔn)來(lái)波方向；接收天線的極化與來(lái)波的極化匹配； - 凡是正交極化，插入損耗為無(wú)窮大，信號(hào)阻斷；用線極化天線接收橢圓極化天線，或者反過(guò)來(lái)，其插入損耗均為3dB接收天線的負(fù)載與自身的阻抗匹配。6/5/20221061.9 1.9 接收天線理論接收天線理論一、一、天線接收的物理過(guò)程及收發(fā)互易性天線接收的物理過(guò)程及收發(fā)互易性 上圖所示為一接收天線，它處于外來(lái)無(wú)線電波Ei的場(chǎng)中, 發(fā)射天線與接收天線相距甚遠(yuǎn), 因此, 到達(dá)接收天線上各點(diǎn)的波是均勻平面波。 設(shè)入射電場(chǎng)可分為兩個(gè)分量: 一個(gè)是垂直于射線與天線軸所構(gòu)成平面的分量E1, 另一個(gè)是在上述平面內(nèi)的分量E2。 只有沿天線導(dǎo)體表面的電場(chǎng)切線分量Ez=

50、E2sin才能在天線上激起電流, 在這個(gè)切向分量的作用下, 天線元段dz上將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=-Ezdz。6/5/20221076/5/20221086/5/20221096/5/20221106/5/20221116/5/20221126/5/20221136/5/20221146/5/20221156/5/20221161.10 1.10 短振子與半波振子短振子與半波振子1.10.1 短振子 尺寸遠(yuǎn)小于一個(gè)波長(zhǎng)的天線稱為電小天線，一般要求其尺寸在工作波長(zhǎng)的十分之一以下。 （電尺寸與物理尺寸的區(qū)別） 最簡(jiǎn)單的電小天線是短振子天線。6/5/2022117短振子電流與電場(chǎng)分布6/5/202211

51、8短振子天線模型： l。電流由中間最大值I線性地遞降到端點(diǎn)的零應(yīng)用k(h1+h2)1條件，得到 所以用電基本振子輻射場(chǎng)公式計(jì)算短振子天線的場(chǎng)，只要將l=h1+h2 以及I=I0/2 代入即可。z 短振子天線I0 xy0201(1) 0( )(1) 0zIhzIhzI zz21012 1( )( )d()2hhUI zzI hhO6/5/2022119短振子電流分布函數(shù)：hzIzI|1)(0h短振子電場(chǎng)分布函數(shù)：sin200rehIjErj6/5/2022120短振子性質(zhì)：短振子性質(zhì)：1.1.短振子天線與電基本振子的方向函數(shù)相同，均為短振子天線與電基本振子的方向函數(shù)相同，均為 ；2.2.短振子僅

52、相當(dāng)于強(qiáng)度為短振子僅相當(dāng)于強(qiáng)度為 的電基本振子，即短振子的電基本振子，即短振子的有效長(zhǎng)度僅為幾何長(zhǎng)度的有效長(zhǎng)度僅為幾何長(zhǎng)度 的一半，也就是說(shuō)的一半，也就是說(shuō)3.3.短振子的輻射電阻僅為同等長(zhǎng)度電基本振子的短振子的輻射電阻僅為同等長(zhǎng)度電基本振子的1/4 1/4 。 sinzhle21hI0z6/5/2022121可以看到：電流分布不均勻使得線天線的有效長(zhǎng)度小可以看到：電流分布不均勻使得線天線的有效長(zhǎng)度小于幾何長(zhǎng)度。于幾何長(zhǎng)度。想要提升短振子的輻射電阻，思路有兩條：1）設(shè)法使電流分布變得均勻一些；2）設(shè)法讓電荷相對(duì)集中于天線的兩端。 在末端加載金屬盤(pán)，稱為電容極板天線、帶帽天線 模擬電基本振子的天

53、線，加載傳輸線天線6/5/20221221.10.2 半波振子 從結(jié)構(gòu)上看，半波振子與短振子無(wú)本質(zhì)區(qū)別。 半波振子的長(zhǎng)度L為二分之一波長(zhǎng)，故曰半波振子。6/5/2022123z10.70778x, y半波振子天線E面方向圖yzxl/2l/2II中心激勵(lì)振子天線6/5/2022124zIzIzImmcos|4sin)(sincos2cos60 cossin604/4/cosreIjzdezreIjErjmzjrjmsincos2cos)()( fF半波振子電流分布函數(shù)：半波振子電場(chǎng)分布函數(shù)：6/5/20221251.11 1.11 天線陣的方向特性天線陣的方向特性 天線陣天線陣，又稱為陣列天線陣列天線：由若干個(gè)單元天線按一定方式排列起來(lái)的輻射系統(tǒng) 陣元陣元：構(gòu)成天線陣列的單元天線，陣元可以是線天線（半波振子）、環(huán)天線、微帶天線、縫隙天線或其他形式的天線。 組陣目的組陣目的：為了增強(qiáng)輻射方向性或者為了得到既定的方向性。 天線陣天