天線基礎課件

天線基礎課件第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/23常見的天線形式第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/23常見的天線形式第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/23常見的天線形式第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/23常見的天線形式第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/23常見的天線形式第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/23常見的天線形式第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/238Dept.PEEHefeiNormalUniversity常見的天線形式第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/23常見的天線形式第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日

本課程旨在使同學系統(tǒng)的掌握天線的基本理論和基本分析方法，理解典型天線的特性和設計原理；從中培育創(chuàng)新精神和科學作風，提高分析問題和解決問題的能力。天線種類繁多、大小不一，千姿百態(tài)。緒論

天線是無線電通信、廣播、導航、雷達、測控、微波遙感、射電天文及電子對抗等各種民用和軍用無線電系統(tǒng)必不可少的設備之一。

各類天線都基于相同的輻射與接收機理，都是以電磁場理論為基礎進行分析與設計。

天線是在無線電收發(fā)系統(tǒng)中，向空間輻射或從空間接收電磁波的裝置。第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日天線的定義：用來輻射或接收無線電波的裝置。一、天線的功能發(fā)射機接收機饋線饋線發(fā)射天線接收天線無線通信系統(tǒng)框圖第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日天線的作用：（1）能量轉換

——將發(fā)射機送來的高頻電流能量轉變?yōu)殡姶挪ú魉偷娇臻g，或將空間傳來的電磁波能量轉變?yōu)楦哳l電流并傳送到接收機。（2）方向性——定向發(fā)射或接收電磁波。（3）極化特性——輻射或接收特定極化波。天線是一個阻抗匹配器件；天線是一個照射或聚集器件；天線是一個極化器件；衛(wèi)星通信示意圖衛(wèi)星覆蓋區(qū)圖示第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日天線的原理:

導線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長度和形狀有關。若兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很微弱；將兩導線張開，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。必須指出，當導線的長度L遠小于波長λ時，輻射很微弱；導線的長度L增大到可與波長相比擬時，導線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日電場電場電場天線（振子）電波傳輸方向磁場磁場電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面，有效的傳遞能量和動量。

第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日1887年德國青年學者海因里希-赫茲的著名實驗證實了電磁波的存在。他當時所用的電偶極子諧振器就是最早的發(fā)射天線，因此天線發(fā)明至今還只有120多年的歷史。

二、天線的發(fā)展簡史第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日1.線天線時期（19世紀末至20世紀30年代初）

1901年馬可尼在加拿大紐芬蘭島收到了橫渡大西洋由英國康泛爾半島發(fā)來的“S”字母信號，開辟了無線電遠距離通信的新時代。他當時所用的發(fā)射天線是從48m高的橫掛線上斜拉下50根銅導線來形成一扇形結構，可以認為是第一副實用的單極天線。隨著20世紀初電子管的發(fā)明和發(fā)展，這一時期開頭利用長波進行通信，隨后發(fā)展到中波通信，并因電離層的發(fā)現(xiàn)，1924年前后開始了短波通信和遠程廣播。這一時期典型的天線形式有：菱形天線、魚骨型天線、對稱振子等，這些都是線天線。這一時期也建立了線天線的基本理論，如提出了對稱振子電流的積分方程和正弦近似分布，提出了感應電動勢、對偶原理等。

第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日2.面天線時期（20世紀30年代初至50年代末）

第二次世界大戰(zhàn)前夕，隨著微波速調管和磁控管的發(fā)明，導致了微波雷達的發(fā)展。戰(zhàn)時炮瞄雷達廣泛采用拋物面天線，同時也發(fā)展了由波導開口延伸的喇叭天線、在喇叭前加介質的透鏡天線等反射面天線。這些天線都是面天線或稱口徑天線。此外，又出現(xiàn)了波導縫隙天線、介質棒天線、螺旋天線及蝙蝠翼型天線等。戰(zhàn)后微波中繼通信、廣播和射電天文等應用使面天線和線天線技術獲得了進一步的提高。這時期建立了口徑天線的基本理論，如幾何光學法、口徑場法和電流分步法等；發(fā)展了天線測試技術，產(chǎn)生了分析天線公差的統(tǒng)計理論，開發(fā)了天線陣的綜合技術。第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日3.大發(fā)展時期（20世紀50年代末至今）

1957年人造地球衛(wèi)星上天標志著人類進入了開發(fā)宇宙的新時代，也對天線提出了多方面的高要求，如高增益、精密跟蹤、快速掃描、寬頻帶等。同時，計算機、微電子技術和現(xiàn)代材料的進展又為天線理論與技術的發(fā)展提供了必要基礎。如美國制成的用于精密跟蹤雷達AN/FPS-16的單脈沖天線，其跟蹤精度比二戰(zhàn)時的圓錐掃描體制提高了一個量級，達0.06度。在此期間除單脈沖天線和相控陣天線外，在天線內部運用信號處理技術的信號處理天線獲得了發(fā)展。這一時期理論上的重大進展是，創(chuàng)立了矩量法、時域有限差分法和幾何繞射理論等分析方法，并已形成商用軟件，能夠較準確的預算與優(yōu)化天線的設計。

當今，天線技術已具有成熟科學的許多特征，但它仍然是一個富有活力的技術領域。主要發(fā)展方向是：多功能化（一副天線代替多副，適應電磁兼容要求）、智能化（提高信息處理能力）、小型化、集成化及高性能化（寬頻帶、高增益、低旁瓣、低交叉極化等）。第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日

在此，值得提及我國幾位老前輩對天線研究的貢獻。美國華裔電磁學家朱蘭成最早提出了小天線的物理限制；上海大學前終身教授鮑家善發(fā)明了用于測高雷達的扇形波束反射面天線；從事中國革命的老前輩李強（1949年中國電信總局局長）于1935年發(fā)表了研究論文“發(fā)信菱形天線”，最先給出了這種天線的理論計算公式，并在1951年出版了中文《發(fā)信菱形天線》，他就是我國出版的第一本中文天線專著。第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日板狀天線帽形天線鞭狀天線面狀天線按外部形狀劃分八木天線三、天線的分類第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日按極化方向劃分第二十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日

按用途分：通信天線，廣播電視天線和雷達天線；

按波長分：長波天線；中波天線；短波天線；超短波天線，微波天線；

按極化類型分：線極化天線，圓極化天線和橢圓極化天線。按天線特性分：按方向特性分，有定向天線、全向天線、強方向性天線和弱方向性天線；按極化特性分，有線極化(垂直極化和水平極化)天線和圓極化天線；按頻帶特性分，有窄頻帶天線、寬頻帶天線和超寬頻帶天線。按饋電方式分：有對稱天線和非對稱天線。按天線上的電流分:有行波天線和駐波天線。第二十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日

線天線：基本輻射源為電流元，最基本形式是對稱振子和由對稱振子組成的天線陣、環(huán)形天線及螺旋天線；

縫天線：基本輻射源為縫隙上的磁流元，最常見的形式是波導縫隙天線陣、微帶貼片天線、及微帶天線陣等；

面天線（口徑天線）：基本輻射源為口徑面上的惠更斯元，最典型的是喇叭天線、拋物反射面天線和透鏡天線；按天線外形分:有V形天線、菱形天線、環(huán)行天線、螺旋天線、喇叭天線和反射面天線等。

按結構形式分：線天線，縫天線，面天線。第二十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日四、教材及參考書教材：電磁波工程基礎參考書：1.鐘順時.天線理論與技術.電子工業(yè)出版社