第3章天线的特性参数ppt课件.ppt

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1、第第3 3章章 天线的特性参数天线的特性参数1机械特性参数：形状，尺寸，材料，可靠性等机械特性参数：形状，尺寸，材料，可靠性等电特性参数电特性参数一次参数：方向性图，输入阻抗，一次参数：方向性图，输入阻抗，效率效率二次参数：方向性系数，增益，二次参数：方向性系数，增益，波瓣宽度，前后比，极化特性等波瓣宽度，前后比，极化特性等描述天线工作特性的参数称为天线电参数描述天线工作特性的参数称为天线电参数(Basic(Basic Antenna Parameters)Antenna Parameters)，又称电指标。它们是定量衡量天又称电指标。它们是定量衡量天线性能的尺度。线性能的尺度。大多数天线电参

2、数是针对发射状态规定的，以衡量天线大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线把高频电流能量转变成空间电波能量以及定向辐射的能把高频电流能量转变成空间电波能量以及定向辐射的能力。力。2天线的分析：救给定天线的特性参数；天线的分析：救给定天线的特性参数；天线综合：在预先给定天线参数的情况下，天线综合：在预先给定天线参数的情况下，求天线上的电流分布求天线上的电流分布根据互易定理，对一个无源线形天线来说，无论是用根据互易定理，对一个无源线形天线来说，无论是用于发射，还是用于接收，天线的特性参数都是相同的。于发射，还是用于接收，天线的特性参数都是相同的。33.1 3.1 天线的辐射功率和辐射电阻天

3、线的辐射功率和辐射电阻以天线为中心，作一球面（球面半径以天线为中心，作一球面（球面半径rr波长波长 ）,则从天线辐射出来的能量必则从天线辐射出来的能量必须全部通过这球面。须全部通过这球面。1 1、辐射功率：在单位时间内通过球面向、辐射功率：在单位时间内通过球面向外辐射的电磁能量的平均值。外辐射的电磁能量的平均值。43.1 3.1 天线的辐射功率和辐射电阻天线的辐射功率和辐射电阻zxyrI5通过小面积通过小面积dsds的功率为的功率为可用来求任意天线的辐射功率可用来求任意天线的辐射功率6电偶极子的辐射场电偶极子的辐射场=-0sin42jqqpweEEerIlkjErjkr例：求电偶极子的辐射功率

4、？例：求电偶极子的辐射功率？此处此处Im为振为振幅值，即电幅值，即电流最大值流最大值。传播常数传播常数7将将 代入，得：代入，得：在自由空间，电偶极子的辐射功率为：在自由空间，电偶极子的辐射功率为：8发发射射机机发发射射机机辐射电阻辐射电阻Rr：电流元向外的辐射能量来自波源，对于波源来说，电流元相当于波源的负载。工程实际中为了衡量天线辐射功率的大小，以辐射电阻Rr表述天线。是将天线辐射到空间中的总辐射功率总辐射功率等效地视为被一个电阻电阻所吸收，这个电阻值便是天线的辐射电阻辐射电阻。辐射电阻是天线辐射能力的表征，当不同的天线上有同样的参考电流有同样的参考电流值时，辐射电阻越大，则它所等效值时，

5、辐射电阻越大，则它所等效“吸收吸收”的功率越大，也就是天线的功率越大，也就是天线产生的辐射功率越大产生的辐射功率越大，辐射能力越强辐射能力越强 2、辐射电阻、辐射电阻 ：9发发射射机机发发射射机机辐射电阻辐射电阻Rr：电流元向外的辐射能量来自波源，对于波源来说，电流元相当于波源的负载。工程实际中为了衡量天线辐射功率的大小，以辐射电阻Rr表述天线。2、辐射电阻、辐射电阻 ：称为辐射电阻，称为辐射电阻，I Im m为电流振幅。为电流振幅。10例 电基本振子的辐射功率，及辐射电阻通过求解功率流密度（坡印廷矢量）沿包围电基本振子的一个闭合曲面上的积分来求得111213一一般般来来说说,载载有有高高频频

6、电电流流的的天天线线导导体体及及其其绝绝缘缘介介质质都都会会产产生生损损耗耗，因因此此输输入入天天线线的的实实功功率率并并不不能能全全部部地地转转换换成成电电磁磁波波能能量量。可可以以用用天天线线效效率率(EffEfficiency)iciency)来来表表示示这这种种能能量量转转换换的的有有效效程程度度。天天线线效效率率定定义义为为天天线线辐辐射射功功率率P Pr r与与输输入入功功率率P Pinin之比，记为之比，记为A A，即，即3 3 天线效率：天线辐射功率与输入有功功率的比值，称为天线效率：天线辐射功率与输入有功功率的比值，称为天线的效率天线的效率。143 天线的效率（天线的效率（E

7、fficiency）天线效率天线效率 A A：天线辐射有功功率天线辐射有功功率Pr 与天线输入的与天线输入的有功功率有功功率Pin之比，表示天线能量转化的量度，即之比，表示天线能量转化的量度，即发发射射机机提高天线效率：减少损耗电阻，提高辐射电阻提高天线效率：减少损耗电阻，提高辐射电阻 15结论：辐射电阻结论：辐射电阻 越大，损耗电阻越大，损耗电阻 越小，天越小，天线的线的 就越高。在工程设计中，就越高。在工程设计中，往往给定，这往往给定，这时就需要降低时就需要降低 来提高天线的效率。来提高天线的效率。物理意义：物理意义：表示有百分之几的高频电流的输入表示有百分之几的高频电流的输入有功功率转变

8、成了辐射出去的电磁波能量。有功功率转变成了辐射出去的电磁波能量。一一般般来来讲讲，损损耗耗电电阻阻的的计计算算是是比比较较困困难难的的，但但可可由由实实验验确确定定。若若要要提提高高天天线线效效率率,必必须须尽尽可可能能地地减减小小损损耗耗电电阻阻和提高辐射电阻。和提高辐射电阻。通常，超短波和微波天线的效率很高，接近于通常，超短波和微波天线的效率很高，接近于1 1。16反射传输在不连续处会发生反射与传输的现象，电压在不连续处会发生反射与传输的现象，电压反射系数为反射系数为17电基本振子的电基本振子的辐射场具有方向性，在相同距离的条件辐射场具有方向性，在相同距离的条件下，不同的方向上，辐射场不同

9、。下，不同的方向上，辐射场不同。事实上，事实上，所有的真所有的真实天线都具有方向性实天线都具有方向性，为了描述天线的方向性，引入，为了描述天线的方向性，引入以下电参数：以下电参数：方向函数方向函数/方向图方向图/方向图参数方向图参数/方向系数方向系数实际通信也需要天线具有方向性：实际通信也需要天线具有方向性：（1）电基本振子的辐射场）电基本振子的辐射场3.2 天线的方向性和增益天线的方向性和增益3.2.1方向函数方向函数18（1 1）方向函数：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的关系天线辐射场为，则定义天线的方向性函数为电基本振子的方向性函数：3.2.1方向函数方向函数I

10、归算电流归算电流对于驻波天线通常取波腹电流波腹电流 ImIm，即实际天线上电流强度的最大值最大值为归算电流。也可以是馈电点处的输入电流输入电流I Iinin 19为了便于比较不同天线间的方向性差别，常使用的为了便于比较不同天线间的方向性差别，常使用的参数是参数是归一化方向性函数归一化方向性函数 ,定义为：定义为：天线辐天线辐射场与最大方向上的场强值之比。射场与最大方向上的场强值之比。反映了天线在不同方向的场强大小的分布。反映了天线在不同方向的场强大小的分布。(2)(2)归一化方向性函数归一化方向性函数20此时方向性函数最大值为此时方向性函数最大值为1，称为天线归一化方向性函数，称为天线归一化方

11、向性函数（2 2）归一化）归一化方向函数方向函数电场强度最大值，最大辐射方向上的电场强度不同(q,f)方向上电强分布函数电基本振子的归一化方向性函数：电基本振子的归一化方向性函数：理想点源天线的归一化方向性函数理想点源天线的归一化方向性函数21有时也采用辐射的有时也采用辐射的功率流密度函数（坡印廷矢量）功率流密度函数（坡印廷矢量）随空间方位的变化来描述天线辐射的随空间方位的变化来描述天线辐射的不均匀性不均匀性，考，考虑到功率与场强之间的关系，由此得到的虑到功率与场强之间的关系，由此得到的归一化功归一化功率方向性函数率方向性函数F F(q,fq,f)应与前面的场强方向性函数之应与前面的场强方向性

12、函数之间存在关系间存在关系（3）功率方向性函数及归一化的功率方向性函数）功率方向性函数及归一化的功率方向性函数：223.2.2天线方向图天线方向图如果将作为如果将作为空间角度空间角度q q 和和f f 函数的天线方向性函数以图函数的天线方向性函数以图形的形式表示出来，则称为方向图或方向性图形的形式表示出来，则称为方向图或方向性图。方向。方向图就是与天线等距离处，天线辐射场大小在空间中的图就是与天线等距离处，天线辐射场大小在空间中的相对分布随方向变化的图形。相对分布随方向变化的图形。与前面方向性函数的定义相对应，方向图的类型有与前面方向性函数的定义相对应，方向图的类型有（归一化场强）方向图及功率

13、方向图等等。（归一化场强）方向图及功率方向图等等。同时改变同时改变q q 和和f f 可得到空间可得到空间立体方向图立体方向图，这样的图虽形，这样的图虽形象、直观，但既不容易画出，也不容易定量地了解辐象、直观，但既不容易画出，也不容易定量地了解辐射场空间分布数值。射场空间分布数值。23几种天线的立体归一化方向性图几种天线的立体归一化方向性图一一个个单单一一电电流流元元具具有有面面包包圈圈形形的的方方向向图辐射图辐射 24多个对称振子组成的多个对称振子组成的全向天线具有扁面包全向天线具有扁面包圈形的方向图辐射圈形的方向图辐射 多个对称振子组成多个对称振子组成的定向天线具有的的定向天线具有的方向图

14、方向图 25平面性方向图往往采用通过天线往往采用通过天线最大辐射方向的两个相互垂直的面上的最大辐射方向的两个相互垂直的面上的平面方向图平面方向图来表示来表示辐射方向性。辐射方向性。针针对对架架设设在在地地面面上上的的天天线线，另另一一常常用用的的表表示示方方法法是是用用平平行行于于地地面面的的水水平平面面和和与与之之垂垂直直的的垂垂直直面面内内方方向向图图来来描描述述天天线线辐辐射射场场分分布布特特性性。这这时时，需需说说明明天天线线相相对对于于地地面的架设状况面的架设状况（如平行于或垂直于地面），才能有效地表示天线的方向性。（如平行于或垂直于地面），才能有效地表示天线的方向性。线天线线天线E

15、面面,H面的判断：面的判断：E面：面：包含振子轴线的任意平面包含振子轴线的任意平面H面面:垂直于振子轴线的平面垂直于振子轴线的平面（1 1）水平面和垂直面内方向图）水平面和垂直面内方向图E面：包含最大辐射方向，电场矢量所在的平面（由电场强度方向和最大辐射方向构成的平面），H面：包含最大辐射方向，磁场矢量所在的平面称为（由磁场方向和最大辐射方向构成的平面）。（2 2）E E面及面及H H面方向图面方向图26相互垂直的两个面：相互垂直的两个面：赤道面是赤道面是q q=90的的面（即面（即XOY平面平面），），子午面则是与之垂直的子午面则是与之垂直的f f=常数的面（常数的面（包含包含z轴轴的任的任

16、 意平面）意平面）（3 3）赤道面和子午面方向图）赤道面和子午面方向图子午面方向图（极坐标）子午面方向图（极坐标）l/l l 1zl赤道面方向图（极坐标）赤道面方向图（极坐标）27定向天线的垂直面方向图定向天线的水平面方向图28方方向向图图可可用用极极坐坐标标绘绘制制，角角度度表表示示方方向向，矢矢径径表表示示场场强强大大小小。这这种种图图形形直直观观性性强强，但零点或最小值不易分清。但零点或最小值不易分清。方方向向图图也也可可用用直直角角坐坐标标绘绘制制，横横坐坐标标表表示示方方向向角角，纵纵坐坐标标表表示示辐辐射射幅幅值值。由由于于横横坐坐标标可可按按任任意意标标尺尺扩扩展展，故故图图形形

17、清清晰晰。29描点法描点法:定义域定义域 一系列的值；值域一系列的值；值域 一系列的值一系列的值 描点描点 极坐标方程的图形：极坐标方程的图形：要画出极坐标方程要画出极坐标方程f（）的图形的图形，在函数的定义域内给出在函数的定义域内给出的一系列的值，求出对应的函数值的一系列的值，求出对应的函数值，画点描图画点描图X 0 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000 2.5000 3.0000 3.5000 4.0000 Y 6.0000 5.6327 4.6209 3.2122 1.7516 0.5966 0.0300 0.1906 1.0391 X 4.5000 5.0000 5.

18、5000 6.0000Y 2.3676 3.8510 5.1260 5.8805y=3*(1+cos(x)30例：求电偶极子的归一化方向性函数及方向性图例：求电偶极子的归一化方向性函数及方向性图1、根据电偶极子在自由空间的场强公式、根据电偶极子在自由空间的场强公式312 2、根据、根据 ，电，电偶极子在子午面的归一偶极子在子午面的归一化方向性图化方向性图根据根据 ，电偶极子，电偶极子在赤道面内的归一化方向在赤道面内的归一化方向性图：性图：32波束较少时（线天线）极坐标系波束较少时（线天线）极坐标系波束较多时波束较多时（口径天线）直角坐标系口径天线）直角坐标系33波瓣波瓣（波束）波束）：方向图的

19、各个部分，指以相当弱的方向为界限来划分方向图的各个部分(两个极小值点之间 的部分）主瓣：主瓣：包括最强辐射方向的波瓣 副瓣副瓣（旁瓣（旁瓣）：除去主瓣后的所有波瓣，离开主瓣依次为第1，2，3个副瓣 后瓣：后瓣：与主瓣方向相反的波束栅瓣栅瓣：除去主瓣外，在其它方向上出现的与主瓣幅度相等的波瓣3.2.3方向图参数方向图参数34 下图以极坐标绘出了典型的雷达天线的方向图。方向图的各个部分，下图以极坐标绘出了典型的雷达天线的方向图。方向图的各个部分，指以相当弱的方向为界限来划分方向图的各个部分指以相当弱的方向为界限来划分方向图的各个部分(两个极小值点之间两个极小值点之间 的的部分）部分）波瓣（波束）；

20、波瓣（波束）；方向图中辐射最强的方向称为方向图中辐射最强的方向称为主射方向主射方向，辐射为，辐射为零的方向称为零的方向称为零射方向。具有零射方向。具有主射方向的方向叶称为主射方向的方向叶称为主瓣主瓣，其余称为，其余称为副副瓣瓣，离开主瓣依次为第离开主瓣依次为第1，2，3个副瓣个副瓣。与主瓣方向相反的波束，。与主瓣方向相反的波束，后后瓣。瓣。除去主瓣外，在其它方向上出现的与主瓣幅度相等的波瓣除去主瓣外，在其它方向上出现的与主瓣幅度相等的波瓣，栅瓣，栅瓣3.2.3方向图参数方向图参数35一般天线设计的要求：一般天线设计的要求：天线的应用中往往选择天线的设计天线的应用中往往选择天线的设计使其在某一方

21、向上的辐射最强，其它方向辐射较弱，使能量集中使其在某一方向上的辐射最强，其它方向辐射较弱，使能量集中在最大辐射方向，而不耗散到其它方向（副瓣）上，造成对其它在最大辐射方向，而不耗散到其它方向（副瓣）上，造成对其它系统的干扰，因此，尽量使主瓣变窄，副瓣变弱，衡量这两个方系统的干扰，因此，尽量使主瓣变窄，副瓣变弱，衡量这两个方面的天线术语：面的天线术语：主瓣宽度，副瓣电平主瓣宽度，副瓣电平36波瓣宽度：零功率点波瓣宽度，半功率点波瓣宽度零功率点波瓣宽度零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角用20表示，用 20E，20H 表示E 面或 H 面的零功率主瓣宽度半功率点波瓣宽度（3分贝

22、波瓣宽度，3dB波瓣宽度）：功率方向图上，主瓣最大值两边，辐射功率为最大辐射方向上辐射功率一半的两个辐射方向之间的夹角场强方向图上，主瓣最大值两边，辐射场强为最大辐射方向上辐射场强0.707倍的两个辐射方向之间的夹角用20。5来表示，用 0。5E，0。5H 来表示E 面或 H 面的半功率主瓣宽度波瓣宽度越窄，能量越集中波瓣宽度越窄，能量越集中z90O3dB beam width37（2）副瓣电平（）副瓣电平（Side Lobe Lever SLL）：）：副瓣平均功率密度最大值与主瓣平均功率密度最大值之比，以分贝表示（3）前后比）前后比:后瓣平均功率密度最大值与主瓣平均功率密度最大值之比，以分贝

23、表示 38前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。前后比越大，天线的后向辐射（或接收）越小。394041例题：1、某天线具有场波瓣图求半功率波束宽度2、某天线具有功率波瓣图求半功率波束宽度3、某天线具有场波瓣图求半功率波束宽度42上述方向图参数虽能从上述方向图参数虽能从定程度上描述方向图的状定程度上描述方向图的状态，态，但它们一般仅能反映各个方向的辐射相对强弱但它们一般仅能反映各个方向的辐射相对强弱程度程度。如：方向图，可以看出哪个方向大，哪个方向小；但不能如：方向图，可以看出哪个方向大，哪个方向小；但不能定量的给出某一点的场强到底是多少，因而不能单独体定量的给出某一点的场强到底是多少，因而

24、不能单独体现天线的定向辐别能力。现天线的定向辐别能力。为了更精确地比较个同天线之为了更精确地比较个同天线之间的方向性，需要引入一个能定量地表示天线定向辐射间的方向性，需要引入一个能定量地表示天线定向辐射能力的电参数，这就是能力的电参数，这就是方向系数方向系数雷达雷达,通信等大部分天线设备通信等大部分天线设备,都是利用都是利用主向主向(或主平或主平面面)(最大辐射方向最大辐射方向)的辐射来完成任务的。的辐射来完成任务的。偏离主向的辐射功率不仅被无谓浪费偏离主向的辐射功率不仅被无谓浪费,而且还会干扰电波而且还会干扰电波信号。因此信号。因此,尽可能减少非主向的辐射和增加主向辐射。尽可能减少非主向的辐

25、射和增加主向辐射。常采用方向性系数这个参量来说明天线在主向辐射功率常采用方向性系数这个参量来说明天线在主向辐射功率的集中程度的集中程度43在以天线为圆心，位于天线远场的某一球面上，天在以天线为圆心，位于天线远场的某一球面上，天线在某一方向的辐射功率密度与相等的辐射功率均线在某一方向的辐射功率密度与相等的辐射功率均匀辐射时该球面的平均功率密度之比。匀辐射时该球面的平均功率密度之比。3.3 天线的方向性系数天线的方向性系数各种天线有不同的方向性图。用方向性系数各种天线有不同的方向性图。用方向性系数D来表来表不天线集中辐射能量的特性。不天线集中辐射能量的特性。44通常，天线的方向性系数指的是最大方向

26、性系数通常，天线的方向性系数指的是最大方向性系数。最大方向性系数：最大方向性系数：天线在某一远场球面上的最大辐射天线在某一远场球面上的最大辐射功率密度与相等的辐射功率均匀辐射时该球面的平均功率密度与相等的辐射功率均匀辐射时该球面的平均功率密度之比。功率密度之比。物理意义：由于天线有方向性，使某方向的辐射物理意义：由于天线有方向性，使某方向的辐射功率密度比均匀辐射时增加的倍数功率密度比均匀辐射时增加的倍数D D。实际上，实际上，D D反映了天线集中辐射能量的特性。反映了天线集中辐射能量的特性。联想：手电筒联想：手电筒453.3 天线方向性系数（天线方向性系数（Directivity）（1）方向性

27、系数）方向性系数D的第一表达式的第一表达式（2)方向性系数方向性系数D第二表达式第二表达式：方向系数方向系数:定量地表示天线定向辐射能力的电参数定量地表示天线定向辐射能力的电参数,说明天线在主说明天线在主 向辐射功率的向辐射功率的集中程度集中程度 46电场强度、辐射功率、方向性系数的关系电场强度、辐射功率、方向性系数的关系第一表达式推出第二表达式第一表达式推出第二表达式47（3）方向性系数方向性系数 D的第三表达式：的第三表达式：用归一化方向性函数表示用归一化方向性函数表示(4)分贝来表示分贝来表示:方向性系数还可用分贝来表示，且有 D(dB)=10lg(D(倍数)48第一表达式推出第三表达式

28、第一表达式推出第三表达式49（5）方向性系数）方向性系数 D的与辐射电阻的关系：的与辐射电阻的关系：大多数简单常大多数简单常规天线的最大规天线的最大场强值场强值50例：求解电偶极子方向性系数？例：求解电偶极子方向性系数？解：电偶极子的最一化方向解：电偶极子的最一化方向性函数为：性函数为：51例：利用电偶极子的辐射电阻及最大场强求其方例：利用电偶极子的辐射电阻及最大场强求其方向性系数？向性系数？解：电偶极子的辐射电阻为：解：电偶极子的辐射电阻为：在自由空间最大辐射场强为：在自由空间最大辐射场强为：则最大辐射场强特性：则最大辐射场强特性：代入公式：代入公式：52作业作业1、一电基本振子的辐射功率为

29、25W,试求r=20Km处，=0,60,90度的场强。为射线与振子轴之间的夹角。2、某天线具有场波瓣图求其方向系数D53天天线线增增益益是是这这样样定定义义的的。即即输输入入功功率率相相同同时时，某某天天线线在在某某一一方方向向上上的的远远区区产产生生的的功功率率流流密密度度S1与与理理想想点点源源（无无方方向向性性）天天线线在在同同一一方方向向同同一一距距离离处处产产生生的的功功率率流流密密度度S0的的比比值值，称称为为该该天天线线在在该该方方向向上上的的增增益益系数，简称增益，常用系数，简称增益，常用G表示。表示。3.4 天线的增益系数（增益天线的增益系数（增益Gain）天线增益在不加特别

30、说明时，指天线在最大辐射方天线增益在不加特别说明时，指天线在最大辐射方向上的增益系数向上的增益系数Gmax54Pin0和和Pin分别为理想点源天线和考察天线的输入功率。分别为理想点源天线和考察天线的输入功率。假设假设:1）观察点与两天线间的距离相同；）观察点与两天线间的距离相同；2）理想点源天线无方向性且）理想点源天线无方向性且效率效率为为1；3）两天线位于自由空间中。）两天线位于自由空间中。(2)G,D,三者之间的关系：三者之间的关系：增益系数增益系数G是综合衡量天线是综合衡量天线能量集中程度（方向特性能量集中程度（方向特性）和）和能量转换效率的参数能量转换效率的参数55（3）电场强度，输入

31、功率，天线增益）电场强度，输入功率，天线增益 之间的关系之间的关系(2)G,D,三者之间的关系：三者之间的关系：56 dBdBi i或或dBdB：表示比较对象是各向均匀辐射的：表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源；理想点源；dBdBd d：表示以半波对称振子表示以半波对称振子(其增益其增益G G的值为的值为1.64)1.64)为比较对象。为比较对象。1 1、增益的单位：、增益的单位：57天线增益的物理意义：为了在观察点有相等的功天线增益的物理意义：为了在观察点有相等的功率密度，方向性天线的输入功率应于均匀辐射天率密度，方向性天线的输入功率应于均匀辐射天线的输入功率的线的输入功率的G倍。倍。许多

32、超高频天线系统的效率很高，接近许多超高频天线系统的效率很高，接近100%，则，则天线增益实际上就等于方向性系数的值。天线增益实际上就等于方向性系数的值。估价天线性能时，增益比方向性系数更重要。估价天线性能时，增益比方向性系数更重要。58补充内容：补充内容：立体角（立体角（solid anglesolid angle）：面元对着球心所形成的角）：面元对着球心所形成的角度成为立体弧度或立体角。立体角的单位为平方弧度成为立体弧度或立体角。立体角的单位为平方弧度（度（steradiansteradian，缩写，缩写“srsr”）或平方度）或平方度.球面对应的立体角为：球面对应的立体角为：1sr与平方度

33、的关系为：与平方度的关系为：59对比对比平面角（plane angle）立体角(solid angle)定义=l/r=s/r2单位弧度（radian）平方弧度（steradian）换算1 rad=180/degrees1 sr=(180/)square degrees几何关系1个圆周对应的平面角为2 rad1个球面对应的立体角为4 sr立体角可以反映光源的照射范围或障碍物对视线的阻挡范围。立体角可以反映光源的照射范围或障碍物对视线的阻挡范围。如果天线辐射方向只是集中在球面上的某一个很窄的区域，如果天线辐射方向只是集中在球面上的某一个很窄的区域，则天线的则天线的D D可以用球面积与该区域面积比来

34、估算。可以用球面积与该区域面积比来估算。602 2、近似计算方法：、近似计算方法：1 1）、天线的波束范围）、天线的波束范围A A指归一化功率波瓣指归一化功率波瓣图在球面上的积分图在球面上的积分HP、HP：在在E E面和面和H H面上，以弧度为单位的波面上，以弧度为单位的波瓣宽度。瓣宽度。612 2、近似计算方法：、近似计算方法：2 2）、对于主瓣很窄，旁瓣可以被忽略的天线）、对于主瓣很窄，旁瓣可以被忽略的天线（即增益很高），（即增益很高），可用下式估算其增益。可用下式估算其增益。如果单位为度，则上面公式变为：如果单位为度，则上面公式变为：622 2）、对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：

35、）、对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益：式中，式中，D D 为抛物面直径；为抛物面直径；0 0 为中心工作波长。为中心工作波长。3 3）、对于直立全向天线，可用下式近似计算其增益：）、对于直立全向天线，可用下式近似计算其增益：式中，式中，l l 为为天线长度；天线长度；0 0 为中心工作波长。为中心工作波长。632.2.5(2.2.5(线线)天线的有效长度天线的有效长度：用一等效天线代替被研：用一等效天线代替被研究天线，此等效天线上的电流是以被研究天线上的最究天线，此等效天线上的电流是以被研究天线上的最大电流振幅大电流振幅(IA)均匀分布，并在最大辐射方向产生与均匀分布，并在最大辐射方向产

36、生与被研究天线相等的电场强度。则等效天线的长度被研究天线相等的电场强度。则等效天线的长度(le)就称为被研究天线的有效长度。就称为被研究天线的有效长度。通过电流矩阵求有效长度。前提条件：已知被研通过电流矩阵求有效长度。前提条件：已知被研究天线的电流分布究天线的电流分布I Iz z。I Ip p为天线的物理长度。为天线的物理长度。(2.7)(2.7)64例如：长度为例如：长度为1/21/2波长的偶极子天线上的电流振幅波长的偶极子天线上的电流振幅Iz(最大振幅为最大振幅为IA)呈正弦分布，呈正弦分布，Iz沿天线长度的积分沿天线长度的积分为此正弦的面积，其值为为此正弦的面积，其值为 ,因此该天线的有

37、因此该天线的有效长度为效长度为 。lpIzleIA65天线有效长度的另一定义（接收天线）：在极化匹天线有效长度的另一定义（接收天线）：在极化匹配的情况下，如果入射电场为配的情况下，如果入射电场为E E，在天线上的感应，在天线上的感应电压为电压为V V，则天线的有效长度为：，则天线的有效长度为：66有效长度与方向性系数的关系有效长度与方向性系数的关系最大辐射场强可写为：最大辐射场强可写为：位于自由空间时：位于自由空间时：方向系数的另一表方向系数的另一表达式：达式：672.2.6 2.2.6 有效接收面积有效接收面积(有效孔径有效孔径)：入射波的功率密：入射波的功率密度为度为S S，当天线与来波方

38、向垂直，天线得到最大接，当天线与来波方向垂直，天线得到最大接收功率收功率PmaxPmax，则该天线的有效接收面积，则该天线的有效接收面积A A为：为：有效接收面积用于衡量天线接收电磁波的能力。有效接收面积用于衡量天线接收电磁波的能力。用于接收的天线的最大有效孔径与当前用于发射时用于接收的天线的最大有效孔径与当前用于发射时在入射波方向上的方向性增益有关。在入射波方向上的方向性增益有关。68课堂讨论：有效口径与有效高度、波束范围的关有效口径与有效高度、波束范围的关系？系？总结定向性总结定向性D的三个表达式的三个表达式69定义：入射电场为定义：入射电场为E E，天线输出端口的电压为，天线输出端口的电

39、压为V,V,则天线因子（则天线因子（Antenna FactorAntenna Factor）K K 为为:天线因子天线因子(也称作也称作天线系数、天线校正系数天线系数、天线校正系数)反映了天反映了天线将电场转换成电压的能力。线将电场转换成电压的能力。天线因子一般越大越好。天线因子一般越大越好。2.2.7 天线系数天线系数70例：求半波偶极子天线的校正系数？例：求半波偶极子天线的校正系数？解：对于半波偶极子解：对于半波偶极子712.2.7 2.2.7 天线的极化：天线的极化：天线在某方向的极化是指（发天线在某方向的极化是指（发射）天线在该方向所辐射电波的极化，或（接收）射）天线在该方向所辐射电

40、波的极化，或（接收）天线在某方向获得最大接收功率（即极化匹配）时天线在某方向获得最大接收功率（即极化匹配）时入射平面波的极化。入射平面波的极化。注：只有电场沿天线导体表面的切向分量才能感注：只有电场沿天线导体表面的切向分量才能感应出电流，垂直分量不能。应出电流，垂直分量不能。72以电偶极子为例：以电偶极子为例：zxyMrI当偶极子天线垂直放置时，在当偶极子天线垂直放置时，在 的方向的的方向的电波极化方向为垂直方向，因此天线在此方向的电波极化方向为垂直方向，因此天线在此方向的极化为垂直极化。相应的，如果天线作接收天线极化为垂直极化。相应的，如果天线作接收天线时，如果入射波为垂直极化时天线所获得的

41、接收时，如果入射波为垂直极化时天线所获得的接收功率为最大，则此天线为垂直极化。功率为最大，则此天线为垂直极化。7374+45度倾斜的极化度倾斜的极化-45度倾斜的极化度倾斜的极化V/H(垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜(+/-45)75极化损失极化损失 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半

42、能量；都要产生分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量；当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线就完全接收不到来波的能量，这时称来波与接收天线极化是隔离极化是隔离的。的。76极化隔离极化隔离 隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极隔离代表馈送到一种极化的信号在另外一种极化中出现的比例化中出现的比例 1000mW(即即1W)1mW在这种情况下的隔离为在这种情况下的隔离为10log(1000mW/1mW)=30dB77