天线基本原理与技术.ppt

第五章 天线基本原理与技术 例5-9：半波振子天线垂直架设在地表面上，架设高度 H = 0.25λ，0.5λ， 0.75λ, λ，做出这四种情况下天线子午面（过振子轴线与地面垂直的剖面）的方向图。 同一天线用于接收时，方向函数、阻抗、有效长度、增益等参数都与发射时相同——天线的互易定理。 1、阵因子 只与天线阵结构参数（阵元间距d、阵元间馈电电流幅值比M、馈电相位差 ）有关。 关于阵因子的讨论： 2、当天线阵等幅馈电时（M=1），则： 3、通过调整天线阵的排列及馈电方式，可实现对天线阵最终方向图的控制。 4、在阵元间距固定，且阵元等幅馈电时，通过改变馈电相差 即可改变天线阵方向图——相控阵天线工作原理。 第五章 天线理论基础 阵元间距及馈电方式对阵因子的影响分析： 若阵元等幅馈电： 1、 时： 最大辐射方向在阵侧向——侧射阵 2、 时： 最大辐射方向在阵轴向——端射阵 3、 时： 单向端射阵。 4、 时： 单向端射阵。 天线方向图乘积原理的应用： 天线阵的最终方向图由阵元方向图和阵因子方向图直接相乘获得： （1）阵元或阵因子零点方向为方向图零点； （2）阵元和阵因子共同最大方向为方向图最大方向； （3）零点间存在波瓣（旁瓣）。 解： 已知 单元天线为半波振子 则此二元阵列天线的方向函数 例5-4：等幅同相二元半波振子阵，阵元中心距 ，求作阵列天线在如图所示坐标系中yoz，xoz及xoy平面上的方向图。 z yoz面： 动画演示 xoz面： 动画演示 xoy面： 动画演示 3维方向图： × ＝ 例5-5：如图所示，求等幅反相二元半波振子阵三个主坐标平面的方向图，阵元间距 。 解： 已知 单元天线为半波振子 则此二元阵列天线的方向函数 归一化得： 例5-6：绘出如图所示二元半波振子阵的方向图。阵列结构参数为 ， ， 。 解： 阵元在场点处的总相位差及阵函数分别为 × ＝ yoz: × ＝ xoz: × ＝ xoy: 二、N 元均匀直线阵列 工程上一般采用多个（N2)阵元组成天线阵，以获得更高的方向性。 1、N元直线阵的阵函数 以阵列中第一个单元天线作为相位基准： 第二个单元天线：辐射场的幅值差异不计，相位差为 则第N个单元天线的相位差为： N个相似元阵元在p处的辐射场叠加，表示为 整理可得远区辐射场表达式为： 是相邻阵元至场点的辐射场总相位差 由上式得N元均匀直线阵列的阵函数F(δ)为 归一化得： 1.当?＝0时，阵函数有最大值 2.主瓣宽度随N的增加而变得尖锐，方向性增强 N元均匀直线阵列归一化阵函数的通用曲线 说明： 关于N元直线天线阵辐射方向图的讨论： 当?＝0时，阵函数取最大值。 1、当各阵元同相馈电，即 最大辐射方向在阵的两侧：侧射阵 2、当各阵元馈电相差满足 最大辐射方向在阵两端：端射阵 通过控制各阵元馈电电流相位差来补偿波程相位差，使各阵元辐射场在固定方向同相叠加，从而形成最大辐射。 在阵元间距和工作频率固定的条件下，通过改变阵元的馈电相差，可改变天线阵的最大辐射方向——相控阵天线工作原理。 3、对于任意馈电相差 相控阵雷达天线结构原理 5.6 地面对天线特性的影响 1、地面可视作导电媒质分界面，影响天线辐射特性； 2、实际地面起伏不平，且导电特性各不相同； 3、本章分析将地面视作无限大理想导电平面。 一、远离地面架设的天线 （h λ） 天线远地架设时，地面的影响主要为电磁传播的多径效应。 若天线输入功率为 ，天线效率 ，则最大辐射方向上 水平极化波R＝－1 垂直（地面）极化波R＝1 二、近地架设的天线 天线远地架设时，地面上存在感应的传导电流而形成二次辐射源。远区辐射电场由天线和二次源共同形成。 二次辐射源可由原天线对地面的镜像代替。 1、镜像电流 垂直电流 水平电流 像电流 像电流 2、垂直地面近地架设的天线 半波天线 全波天线 正像 负像 近地垂直架设的天线，原天线与像天线可视作等幅馈电二元天线阵，阵元间距为2h， 馈电相位： 1）天线长度等于半波长奇数倍时：同相； 2）天线长度等于半波长偶数倍时：相差π。 结论： 解：本题实际上为求解等幅同相馈电二元阵在不同阵元间距下的方向图。 阵轴与振子轴重合即 由前面讨论，二元阵方向函数： 半波振子天线方向函数： 则总的方向图因子为： 用观察射线与地表面的夹角?表示， 则总的归一化方向函数为 结论： 地面以下场强为零。