第1章天线基础知识课件.ppt

天线技术基础 自动化与信息工程学院电子工程系 王丽黎 wanglili@xaut.edu.cn 天线的作用： 天线的影响： 本课程主要内容 1、天线的基础知识 2、常用线天线（结构、特性、分析设计方法、应用等） 3、常用宽带天线（结构、特性、分析设计方法、应用等） 4、常用面天线（结构、特性、分析设计方法、应用等） 5、智能天线概述 第 1 章 天线基础知识 1.1 基本振子的辐射 1.2 发射天线的电参数 1.3 互易定理与接收天线的电参数 1.4 对称振子 1.5 天线阵的方向性 1.6 对称振子阵的阻抗特性 1.7 无限大理想导电反射面对天线电性能的影响 第一节 基本振子的辐射 （1） Eθ、Hφ 均与距离 r 成反比，且为球面波。 E、H 和 Sav相互垂直，符合右手螺旋定则。 （4）电基本振子的辐射具有方向性，辐射场是非均匀球面波。 二、 磁基本振子的辐射 磁基本振子又称磁流元、磁耦极子。 是虚拟的，用此概念可以简化计算。 总结 一、 方向函数 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。 二、方向图（方向函数的图示表示） 与天线等距离处，天线辐射场大小在空间中的相对分布随方向变化的图形。 电基本振子： 若要求它们在同一 r 处观察点辐射场相等，则： 五、天线效率 定义：天线辐射功率 Pr 与输入功率 Pin 之比，记为 ηA。 六、增益系数 增益系数表示天线的定向收益程度。 定义：在同一距离及相同输入功率的条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度 Smax（或场强|Emax|2的平方）和理想无方向性天线（理想点源）的辐射功率密度S0（或场强|E0|2的平方）之比，记为G。 七、天线的极化 八、 有效长度 天线上的电流分布不均匀导致天线上各部位的辐射能力不一样。 有效长度的定义：在保持实际天线最大辐射方向上的场强值不变的条件下，假设天线上的电流分布为均匀分布时天线的等效长度。通常将归算于输入电流 Ii n 的有效长度记为 le i n，把归算于波腹电流 Im 的有效长度记为 le m。 九、 输入阻抗 第三节 互易定理与接收天线的电参数 1、 互易定理 接收天线工作的物理过程：天线导体在空间电场的作用下产生感应电动势，并在导体表面激励起感应电流，在天线的输入端产生电压，在接收机回路中产生电流。 所以接收天线是一个把空间电磁波能量转换成高频电流能量的转换装置，其工作过程就是发射天线的逆过程。 天线作为发射还是作为接收，应该满足的边界条件都是一样的，因此天线在接收状态下的电流分布I(z)也应该和发射时的相同。 任意类型的天线用作接收天线时，它的极化、方向性、有效长度和阻抗特性等均与它用作发射天线时的相同。 这种同一天线收发参数相同的性质被称为天线的收发互易性。 2、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。 定义：当天线以最大接收方向对准来波方向进行接收时，并且天线的极化与来波极化相匹配，接收天线送到匹配负载的平均功率 PLmax 与来波的功率密度 Sav 之比，记为 A e。 第四节 对称振子 一、对称振子的结构及其电流分布 二、对称振子的辐射场及其特性 三、对称振子的输入阻抗 三、 对称振子的输入阻抗 分析方法：精确的数值求解方法、“等值传输线法”。 第五节 天线阵的方向性 第一节 天线阵 二、方向图乘积定理 （以二元阵为例） 三、例题 ? 【1】 有两 个半波振子组成一个平行二元阵，其间隔距离d=0.25λ，电流比 ，求其 E 面（yOz）和 H 面的方向函数及方向图。 2) H平面（xoy面） 【2】 有两个半波振子组成一个共线二元阵，其间隔距离d=λ，电流比Im2=Im1，求其E面和H面的方向函数及方向图。 2） H平面（xOz） 1、均匀直线阵：所有单元天线结构相同、等间距、等幅激励而相位沿阵轴线呈依次等量递增或递减的直线阵。 【例题】 设有一个五元均匀直线阵，间隔距离d=0.35λ，电流激励相位差ξ=π/2，绘出均匀直线阵阵因子方向图，同时计算极坐标方向图中的第一副瓣位置和副瓣电平、第一零点位置。 2、均匀直线阵的应用： 1）同相均匀直线阵（边射或侧射式直线阵） 2）普通端射阵 3） 强方向性端射阵（汉森-伍德耶特阵） 汉森和伍德耶特指出：对一定的均匀直线阵，通过控制单元间的激励电流相位差可以获得最大方向系数。 3. 均匀直线阵的方向系数 第六节 对称振子阵的阻抗特性 一、 二元阵的阻抗