微波技术与天线——电磁波导行与辐射工程(第二版)[殷际杰][电子教案]第五章课件.ppt

第五章 天线理论基础 5-1 研究天线问题的基本思路 [用于下篇提要] 5-2 电流元的辐射场 [用于5.1] 5-3 利用电流元的辐射结论分析研究实际天线的辐射 [用于5.2，5.3] 5-4 发射天线的电特性参量 [用于5.4] 5-5 接收天线 [用于5.5] 5-6 天线陈列 [用于5.6.1～5.6.4] 5-7 相控阵列与智能天线 [用于5.7] 5-8 地面对天线辐射特性的影响 [用于5.8] 5-9 天线工程理论研究的其它问题 [用于5.6.5，5.9，5.10，6.1] 由电流元辐射场表达式可知： 例5-4 等幅同相二元半波振子阵，阵元中心距d=λ，求作阵列天线在图示坐标系中yoz、xoz及xoy平面上的方向图。 二元半波振子阵，d=λ,M=1,φi=0 例5-6 分析并绘出图示二元半波振子阵的方向图。阵列结构参数为M=1，φi=－π/2，d=λ/4。 这是一个具有实用价值的二元半波振子阵列。 5－63 此例中，因右侧振子的存在，使原单元天线的方向图向y方向偏移，故右侧振子称为左侧振子的引向器，反之也可把左侧振子称为右侧振子的反射器。 此二元阵在yoz、xoz、xoy平面上的方向图为 5－64 2/ N元均匀直线阵列 N元均匀直线阵列，是N个阵元等间距排列在一直线上，阵元应为相似元（具有相同的方向函数）且安装取向一致，各阵元天线的馈电电流幅值相同而相位依序增减而构成的阵列。 此阵列方向性的分析，与分析二元阵列类似。在远区空间任一点p处各阵元的辐射场为不同相位的共线矢量和，相邻二阵元于p点的辐射场总相位差 5－65 p点的合成场 显然，N元均匀直线阵的阵函数 5－66 其最大值Fm(δ)=N，应出现在各阵元辐射场相位相同的方向上，即发生在ψ=0之时。那么N元均匀直线阵归一化阵函数 工程上常用到以ψ或ψ/π为自变量的N元均匀直线阵归一化阵函数曲线即|f(ψ)|～ψ（或ψ/π）曲线 5－67 可由此通用曲线得到|f(ψ)|～δ的极坐标阵方向图。 N元均匀直线阵列天线最重要的应用情况是边射阵（侧射阵）和端射阵（顶射阵）。 5－68 边射阵是N元均匀直线阵的重要应用形式，其阵函数的最大值出现在δ=90°方向上，由ψ=φi+βdcos90°=0可得φi=0，即各元应同相馈电。多层（元）电视发射天线就是典型边射阵用例。 端射阵是N元均匀直线阵的另一重要应用形式，其阵函数最大值方向为δ=0°，由ψ=φi+βdcos0°=0可得φi=-βd，即在阵轴方向上以电流相位差补偿波程相位差。上面所举二元引向阵列就是端射阵。 下图分别画出四元边射阵（ ）和端射阵（ ）的阵函数图 5－69 N元均匀直线阵中，若阵元电流幅值不相同（比如按二项式系数规律分布等等），也可使阵函数改变，从而使之优化。 5－70 5－71 3/ 圆阵 直线阵列当阵元数N很大时，天线的尺寸（称为天线口径）将非常大，尤其是在频率较低时。如果把阵元排列在一圆周上，天线的口径就会小得多。 圆阵就是把阵元天线在半径为R的圆周上等间隔排列的天线阵列。图所示即为由N个单元天线组成的圆阵。 5－72 设各阵元电流幅值相等，均为I； 第i个阵元的电流 ； 第i个阵元（令为点源）距观察点 的距离为r； 阵中心O距观察点p的距离为 ； 第i个阵元的方位角 。 那么有关系式 可以推导出该圆阵的阵函数为 若 ， 为阵函数最大方向（主向），即在 方向上各阵元的辐射场同相位叠加，此方向上应满足 5－73 那么在主向为 ，且N较大时，圆阵阵函数可近似地表示为 式中 为以x为自变量的零阶第一类贝赛尔函数； 以上我们只是简要地给出了圆阵的基本概念，由于圆阵的空间关系远较直线阵列复杂，其分析计算也较为繁难。 4/ 面阵和体阵 从直线阵列分析中导出的天线方向函数乘积定理完全可以推广到面阵和体阵的分析和设计之中。由相同阵元半波振子组成的M行×N列的平面阵列，它的每一行（或列）都是一直线阵列，可 5－74 等效为置于此线阵中心位置处的等效天线（子阵）；若各子阵的方向函数相同，则这些子阵作为阵元又构成新的列方向的直线阵（超阵）。那么整个M行N列平面阵列的方向函数则为 如果在与此平面阵列平行的面上，设置一结构完全相同的M行×N列元平面阵列，那么这两个平面阵列就将构成一新的阵列，这就形成了三维空间中