天线与微波应用技术.ppt

常见天线 按天线辐射方式进行，适当考虑天线结构，按频段和应用等因素。我们将天线分为四种基本类型：线元天线、行波天线、阵列天线和孔径天线。 常见天线主要有偶极天线、单极天线、螺旋天线、平面螺旋天线、八木天线、对数周期天线、透镜天线、喇叭天线、反射面天线、缝隙天线、微带天线、阵列天线等。 天线的主要指标介绍 天线的主要技术指标有天线方向图、增益、主瓣宽度、副瓣电平、天线带宽、噪声温度、阻抗和驻波等。 天线方向性图 天线辐射的电场强度在空间各点的分布是不一样的，为了描述天线这种辐射强度的分布情况，我们可以用矢量来表示。把天线放置于坐标原点，并使其轴向与z轴方向重合，所有的矢量从原点出发，其长度代表电场强度。用连线连接各矢量端点，所围成的包络，就是天线的方向图。显然，方向图是三维的，但通常取其水平和垂直两个切面，故一般有水平方向图和垂直方向图。 天线方向性图 三维方向图 二维方向图 不同的应用场合，方向图有很多类型，但最常用的一般有四种：全向波束、笔形波束、扇形波束和赋形波束。 全向波束：其方向图水平是一个圆，垂直按要求有一定的波束宽度；应用：移动通信、电视和广播等。 笔形波束：其方向图主要包含在一个很小的立体空间内，主要应用于高增益天线要求场合；应用：跟踪雷达、远程微波通信、天文射电系统等。 扇形波束：其方向图主要指一个面较宽其另一个正交面交窄，其方向图截面像一把扇子。应用：有哪些信誉好的足球投注网站、监视、测高雷达等。 赋形波束：其方向图按需求赋予一定的形状。典型的应用就是应用于地对空和空对地雷达的余割平方天线图。 天线方向性图 天线方向性图 天线方向图反映了天线集中辐射能量的情况。通常，方向图有许多叶瓣，最大辐射方向的叶瓣叫主瓣，其它叶瓣叫旁瓣(或付瓣)。 主瓣宽度定义为当信号功率下降到最大辐射方向功率值的一半即-3dB)(即场强下降为最大值的0.707倍) 处，两点之间的夹角宽度。主瓣区为天线的主要使用区，是天线的主要指标。 副瓣电平定义为：副瓣电平=10lg（副瓣最大功率/主瓣最大功率） ；副瓣电平值越小越好。副瓣电平也是天线的重要指标之一。 天线方向性图 天线增益 在相同输入功率条件下，天线在最强方向上某一点所产生的电场强度的E平方 (或功率P)与无耗理想点源天线在该点产生的电场强度E的平方 (或功率 )之比，定义为该天线的增益G。简单的说天线增益就是通过天线后信号在天线最强的方向上被放大的倍数。其一般用dB来表示。例如一个标准喇叭天线的增益在20dB左右，也就是说在通过天线后信号有效辐射功率（或接收信号功率）将提高100倍。 天线带宽 天线带宽：指天线方向性图在偏离中心频率时，电性能会下降，当频率下降到容许值的频率范围。简单的说就是天线在满足电性能指标要求的工作频率范围。 不同系统对带宽要求不同，广播、通信、窄带雷达等天线对带宽要求较窄；但电子对抗侦察和干扰等天线对带宽要求就很宽。 天线的噪声温度 除了天线增益外，天线的噪声温度对整个接收系统的性能也有重要的影响，因为它将使系统的信噪比下降。因此，为了全面地衡量天线的综合性能，通常采用天线的品质因素来表示天线的性能。天线的品质因素定义为 Q=Ga/Ta 其中，Ga为天线的增益，Ta为天线的噪声温度。天线的噪声来源可分为外部和内部。由反射面和馈源本身的损耗引起的噪声为内部噪声；由天线所处的环境中存在的噪声的影响，其中包括空间大气吸收、宇宙噪声和地面热辐射等，为外部噪声。地面热辐射噪声往往通过碰地的天线主瓣和旁瓣进入天线的，故天线主瓣和旁瓣小的天线其噪声温度也越小。对于C波段天线，一般取10～20K左右。 天线的阻抗与驻波比 天线阻抗是指从天线输入端口(作为接收天线时，为输出端口)看向天线的输入阻抗，它是天线输入电压与电流之比。在微波频段，很少用天线阻抗概念，而用反射系数或驻波比来表示天线与馈线的阻抗匹配状况。一般驻波比的设计是根据不同的设计要求来决定的，当然该指标越小越好。 天线极化 天线极化是描述天线辐射电磁波场矢量空间指向的参数，一般以电场矢量方向作为天线极化方向。 电场矢量在空间取向固定不变的为线极化，以地面为参考可以分为水平和垂直极化； 电场矢量取向随着时间变化而变化，其矢量端点在波的传播方向绘成的轨迹是一个圆或椭圆，称为圆极化和椭圆极化。 Ansoft HFSS 设计仿真软件