第五章天线基本原理与技术PPT讲稿.ppt

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1、第五章天线基本原理与技术第1页，共62页，编辑于2022年，星期三第五章第五章 天线基本原理与技术天线基本原理与技术 在无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波在无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波（发射），或者将无线电波转换为导波能量（接收）（发射），或者将无线电波转换为导波能量（接收）,用来辐射和接收无用来辐射和接收无线电波的装置称为天线线电波的装置称为天线。天线应具有以下性能：。天线应具有以下性能：一、天线的功能一、天线的功能 尽可能多地将导波能量互相转电磁波能（高效率）尽可能多地将导波能量互相转电磁波能（高效率）具有适当的方向性具有适当的方向性 有适

2、当的极化有适当的极化 有足够的工作频带有足够的工作频带 对传递的信息进行一定的加工和处理（未来发展趋势）对传递的信息进行一定的加工和处理（未来发展趋势）第2页，共62页，编辑于2022年，星期三二、天线的分类二、天线的分类l按用途按用途：通信天线、：通信天线、广播电视天线、雷达天线等广播电视天线、雷达天线等l按工作波长按工作波长：长波天线、：长波天线、中波天线、中波天线、短波天线、短波天线、超短波天线和微波超短波天线和微波天线等天线等l按辐射元的类型按辐射元的类型：线天线、面天线：线天线、面天线线天线线天线：由半径远小于波长的金属导线构成，主要用于长：由半径远小于波长的金属导线构成，主要用于长

3、 波、中波和短波波段波、中波和短波波段面天线面天线：由尺寸大于波长的金属或介质面构成的，主要用：由尺寸大于波长的金属或介质面构成的，主要用 于微波波段于微波波段二、天线的分析方法二、天线的分析方法l 天线问题实质上是求解电磁场方程并满足边界条件天线问题实质上是求解电磁场方程并满足边界条件l 工程上往往将条件理想化，通过近似处理得到近似结果工程上往往将条件理想化，通过近似处理得到近似结果l 利用电磁场理论的数值计算方法利用电磁场理论的数值计算方法第3页，共62页，编辑于2022年，星期三 电电流流元元也也称称电电基基本本振振子子，它它是是一一段段长长度度远远小小于于波波长长,电电流流I I振振幅

4、幅均均匀分布匀分布、相位相同相位相同的的直线直线电流。电流。5.1 电流元的辐射场一、电流元一、电流元 注：电流元线天线的基本组成部分注：电流元线天线的基本组成部分,任意线天线均可看成是任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。由一系列电基本振子构成的。二、电流元的辐射场二、电流元的辐射场第4页，共62页，编辑于2022年，星期三 在在天线远区（天线远区（rr）则：则：说明：说明：1 1）远区场电场、磁场相互正交，相位相同：）远区场电场、磁场相互正交，相位相同：横电磁横电磁(TEM)(TEM)波波2 2）电磁波电磁波沿径向传播沿径向传播3 3）远区场为）远区场为球面波球面波4 4）电流元的

5、辐射是）电流元的辐射是有方向性有方向性的的第5页，共62页，编辑于2022年，星期三三、电流元辐射方向特性三、电流元辐射方向特性 方向函数方向函数 ：描述天线辐射场与方位角：描述天线辐射场与方位角 的关系。的关系。电流元的方向函数：电流元的方向函数：方向图：由方向函数作出的图形，即为天线方向图。方向图：由方向函数作出的图形，即为天线方向图。依据方向函数作出电流元的方向图为：依据方向函数作出电流元的方向图为：第6页，共62页，编辑于2022年，星期三5.4 天线的电参数5.4.1 5.4.1 天线方向性特性参数天线方向性特性参数一、方向函数一、方向函数 方向函数：描述天线的辐射强度与空间坐标之间

6、的函数关系，分方向函数：描述天线的辐射强度与空间坐标之间的函数关系，分场强方向函场强方向函数数和和功率方向函数功率方向函数。场强方向函数场强方向函数 ：由辐射场电场表达式中与方位有关的表达式组成。如电流：由辐射场电场表达式中与方位有关的表达式组成。如电流元场强方向函数为：元场强方向函数为：功率方向函数功率方向函数 ：由坡印廷矢量表达式，知由坡印廷矢量表达式，知第7页，共62页，编辑于2022年，星期三 归一化方向函数归一化方向函数 ：为便于对不同天线方向性进行比较，往往将方向：为便于对不同天线方向性进行比较，往往将方向函数对其最大值进行归一化，即：函数对其最大值进行归一化，即：归一化方向函数的

7、最大值等于归一化方向函数的最大值等于1 1。用于描述天线辐射场的相对场强（归一化模值）随方向变化的曲用于描述天线辐射场的相对场强（归一化模值）随方向变化的曲线或曲面图。线或曲面图。二、方向图二、方向图电流元方电流元方向图向图第8页，共62页，编辑于2022年，星期三 微波天线方向图通常由与场矢量相平行的两个平面表示：微波天线方向图通常由与场矢量相平行的两个平面表示：E E平平面面：通通过过最最大大辐辐射射方方向向，与与电电场矢量平行的平面；场矢量平行的平面；H H平平面面：通通过过最最大大辐辐射射方方向向，与与磁场矢量平行的平面；磁场矢量平行的平面；E平面平面H平面平面 方向图可由极坐标表示，

8、也可用直角坐标表示：方向图可由极坐标表示，也可用直角坐标表示：极坐标极坐标直角坐标直角坐标电流元方向图电流元方向图第9页，共62页，编辑于2022年，星期三三、主瓣宽度三、主瓣宽度 主瓣宽度是衡量天线的主瓣宽度是衡量天线的最大辐射方向的能量集中程度最大辐射方向的能量集中程度的物理量。的物理量。半功率主瓣宽度半功率主瓣宽度 ：功率方向图中：功率方向图中两个半功率点两个半功率点之间的角宽度，或之间的角宽度，或场强方向图中最大场强的场强方向图中最大场强的 两点之间的角宽度；两点之间的角宽度；零功率波瓣宽度：方向图由最大值点两边零功率波瓣宽度：方向图由最大值点两边第一个零点第一个零点间的角宽。间的角宽

9、。半功率主瓣宽度半功率主瓣宽度零功率主瓣宽度零功率主瓣宽度第10页，共62页，编辑于2022年，星期三四、旁瓣电平四、旁瓣电平SLLSLL1 1 离主瓣离主瓣最近最近且电平且电平最高最高的波瓣电平与主瓣电平的比值的波瓣电平与主瓣电平的比值,一般以一般以分贝表示。分贝表示。主瓣：其方向为天线辐射主向主瓣：其方向为天线辐射主向第一副瓣第一副瓣注：副瓣电平反映了天线方向性的好坏注：副瓣电平反映了天线方向性的好坏第11页，共62页，编辑于2022年，星期三5.4.2 5.4.2 天线的极化天线的极化天线的极化与其辐射的电磁波的极化方式相同。天线的极化与其辐射的电磁波的极化方式相同。天线的极化包括：天线

10、的极化包括：垂直极化垂直极化、水平极化水平极化，圆极化圆极化。注：实际工程中，不存在理想圆极化天线，一般为椭圆极化天线注：实际工程中，不存在理想圆极化天线，一般为椭圆极化天线 通信系统中，发射天线和接收天线的极化方式必须要匹配通信系统中，发射天线和接收天线的极化方式必须要匹配5.4.3 5.4.3 天线效率与辐射电阻天线效率与辐射电阻 天线效率天线效率 ：天线天线辐射功率辐射功率与与输入功率输入功率之比，即：之比，即：式中：式中：为天线辐射功率，为天线辐射功率，为天线欧姆损耗功率。为天线欧姆损耗功率。第12页，共62页，编辑于2022年，星期三辐射电阻辐射电阻R R：辐射电阻定义辐射电阻定义:

11、某电阻上通过电流等于天线上的最大电流，若其损耗的某电阻上通过电流等于天线上的最大电流，若其损耗的功率等于天线的辐射功率功率等于天线的辐射功率 ，则该电阻值即为该天线的辐射电阻。，则该电阻值即为该天线的辐射电阻。天线的辐射电阻表示了天线辐射电磁波的能力，与馈电电流的大小天线的辐射电阻表示了天线辐射电磁波的能力，与馈电电流的大小无关，是天线自身具有的属性。无关，是天线自身具有的属性。第13页，共62页，编辑于2022年，星期三5.4.4 5.4.4 天线方向系数与增益天线方向系数与增益一、一、方向系数方向系数D D 定义：定义：设天线辐射功率为设天线辐射功率为P Pr r，最大辐射方向电场为，最大

12、辐射方向电场为E Em m,则：则：在离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的辐射在离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度功率流密度S Smaxmax，与，与相同辐射功率相同辐射功率在理想无方向性天线在同一位置处在理想无方向性天线在同一位置处的辐射功率流密度的辐射功率流密度S S0 0之比：之比：即即第14页，共62页，编辑于2022年，星期三二、二、增益增益G G方向系数方向系数D D未考虑天线效率的影响。未考虑天线效率的影响。增益定义增益定义:在离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的在离天线某一距离处，天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度辐射功率流密度S Smaxmax，

13、与，与相同输入功率相同输入功率在理想无方向性天线在同在理想无方向性天线在同一位置处的辐射功率流密度一位置处的辐射功率流密度S S0 0之比。之比。第15页，共62页，编辑于2022年，星期三 由上式可得一个天线最大辐射方向上的场强为由上式可得一个天线最大辐射方向上的场强为由方向系数及增益定义，有：由方向系数及增益定义，有：输入功率输入功率第16页，共62页，编辑于2022年，星期三例例 确定沿确定沿z z轴放置的电基本振子的方向系数。轴放置的电基本振子的方向系数。解解:电基本振子的归一化方向函数为电基本振子的归一化方向函数为:代入方向系数的表达式得代入方向系数的表达式得分贝数表示为：分贝数表示

14、为：第17页，共62页，编辑于2022年，星期三5.4.5 5.4.5 输入阻抗输入阻抗注：输入阻抗取决于天线本身的结构与尺寸、工作频率以及邻近天线周围注：输入阻抗取决于天线本身的结构与尺寸、工作频率以及邻近天线周围物体等的影响。物体等的影响。天线有效长度定义：在保持实际天线最大辐天线有效长度定义：在保持实际天线最大辐射方向上的场强值不变的条件下射方向上的场强值不变的条件下,假设天线上电假设天线上电流分布为均匀分布时天线的等效长度。流分布为均匀分布时天线的等效长度。5.4.6 5.4.6 有效长度有效长度输入阻抗和输入电压输入阻抗和输入电压 和电流和电流 的关系是的关系是天线的有效长度愈长天线

15、的有效长度愈长,辐射能力愈强。辐射能力愈强。第18页，共62页，编辑于2022年，星期三5.3 对称振子天线 由两根由两根粗细和长度都相同粗细和长度都相同的直导线构成，的直导线构成，中间为馈电端。中间为馈电端。一、结构一、结构二、对称阵子上的电流分布二、对称阵子上的电流分布电流分布电流分布-辐射场辐射场 工程上近似认为对称阵子天线视作终端工程上近似认为对称阵子天线视作终端开路传输线两端逐渐张开形成的。开路传输线两端逐渐张开形成的。第19页，共62页，编辑于2022年，星期三 其上电流分布为：其上电流分布为：半波振子半波振子 全波振子全波振子 三、对称阵子的辐射场三、对称阵子的辐射场 在距中心点

16、为在距中心点为z z处取电流元段处取电流元段dz,dz,则它对则它对远区场的贡献为远区场的贡献为1 1、dzdz段线元的辐射场段线元的辐射场第20页，共62页，编辑于2022年，星期三 对于远区辐射场，场点距离远大于天线尺对于远区辐射场，场点距离远大于天线尺寸，可有如下近似：寸，可有如下近似：2 2、对称振子天线的辐射场、对称振子天线的辐射场 整个天线的远区辐射场为：整个天线的远区辐射场为：第21页，共62页，编辑于2022年，星期三 则则对称振子天线的辐射方向图对称振子天线的辐射方向图为：为：结论：结论：对称振子天线的方向函数与方位角对称振子天线的方向函数与方位角 无关，其方向图是以振子轴线

17、无关，其方向图是以振子轴线为基准的旋转对称图形为基准的旋转对称图形对称振子的臂长会影响到方向图对称振子的臂长会影响到方向图二维二维三维三维 对称振子天线最常用的为对称振子天线最常用的为半波振子天线半波振子天线和和全波振子天线全波振子天线。第22页，共62页，编辑于2022年，星期三半波振子天线的辐射特性：半波振子天线的辐射特性：1 1）将）将 代入，得半波振子天线的方向函数：代入，得半波振子天线的方向函数：2 2）由方向系数求解公式，得：）由方向系数求解公式，得：3)3)方向图的半功率主瓣宽度等于方程的解方向图的半功率主瓣宽度等于方程的解:4 4）半波振子的辐射电阻为）半波振子的辐射电阻为R=

18、73.1()第23页，共62页，编辑于2022年，星期三全波振子天线的辐射特性：全波振子天线的辐射特性：1 1）将）将 代入，得半波振子天线的方向函数：代入，得半波振子天线的方向函数：2 2）由方向系数求解公式，得：）由方向系数求解公式，得：3)3)方向图的半功率主瓣宽度等于方程的解方向图的半功率主瓣宽度等于方程的解:4 4）半波振子的辐射电阻为）半波振子的辐射电阻为R=199()第24页，共62页，编辑于2022年，星期三5.5 阵列天线 将多个天线组合起来，可增强或减小某方向天线辐射，从而实现对将多个天线组合起来，可增强或减小某方向天线辐射，从而实现对天线方向图的控制。天线方向图的控制。电

19、流元电流元半波振子半波振子振子天线振子天线 阵列天线：将多个阵列天线：将多个相同类型天线相同类型天线按一定按一定规律排列规律排列、馈电馈电而形成的而形成的天线系统。天线系统。第25页，共62页，编辑于2022年，星期三美国（美国（VLAVLA，2727个个2525米口径天线组成）米口径天线组成）第26页，共62页，编辑于2022年，星期三第27页，共62页，编辑于2022年，星期三 设两个半波振子天线如图排列，设两个半波振子天线如图排列，则则1 1#，2 2#方向函数相同，均为方向函数相同，均为 一、二元天线阵列一、二元天线阵列两个天线馈电电流：两个天线馈电电流：则两个阵元在远区则两个阵元在远

20、区p p点产生电场分别为：点产生电场分别为：第28页，共62页，编辑于2022年，星期三场点位于远区，可引入如下近似：场点位于远区，可引入如下近似：注意注意：为场点与为场点与天线单元轴向天线单元轴向夹角；夹角；为场点与为场点与天线阵轴向天线阵轴向夹角；夹角；第29页，共62页，编辑于2022年，星期三则则p点总的叠加场为：点总的叠加场为：第一阵元辐射场第一阵元辐射场与阵列组成有关的因子与阵列组成有关的因子令令两单元天线在两单元天线在p点辐射场的总相位差点辐射场的总相位差其中其中是由馈电电流相位差所引起是由馈电电流相位差所引起是由波程差所引起的相位差是由波程差所引起的相位差则：则：第30页，共6

21、2页，编辑于2022年，星期三则则p点总的叠加场为：点总的叠加场为：两个天线合成波的方向图为：两个天线合成波的方向图为：阵元方向图阵元方向图阵列因子阵列因子第31页，共62页，编辑于2022年，星期三1 1、阵因子、阵因子 只与只与天线阵结构参数天线阵结构参数（阵元间距（阵元间距d d、阵元间馈电电流、阵元间馈电电流幅值比幅值比M M、馈电相位差、馈电相位差 ）有关。）有关。关于阵因子的讨论：关于阵因子的讨论：2 2、当天线阵等幅馈电时（、当天线阵等幅馈电时（M=1M=1），则：），则：3 3、通过调整天线阵的、通过调整天线阵的排列排列及及馈电方式馈电方式，可实现对天线阵最终方向图，可实现对天

22、线阵最终方向图的控制。的控制。4 4、在阵元间距固定，且阵元等幅馈电时，通过改变馈电相差、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即可改变天线阵方向图相控阵天线工作原理相控阵天线工作原理。第32页，共62页，编辑于2022年，星期三第五章第五章 天线理论基础天线理论基础阵元间距及馈电方式对阵因子的影响分析：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：若阵元等幅馈电：1 1、时：时：最大辐射方向在阵侧向最大辐射方向在阵侧向侧射阵侧射阵2 2、时：时：最大辐射方向在阵轴向最大辐射方向在阵轴向端射阵端射阵第33页，共62页，编辑于2022年，星期三3 3、时

23、：时：单向端射阵单向端射阵。4 4、时：时：单向端射阵单向端射阵。第34页，共62页，编辑于2022年，星期三天线方向图乘积原理的应用：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：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 1）阵元或阵因子零点方向为方向图零点；）阵元或阵因子零点方向为方向图零点；（2 2）阵元和阵因子共同最大方向为方向图最大方向；）阵元和阵因子共同最大方向为方向图最大方向；（3 3）零点间存在波瓣（旁瓣）。）零点间存在波瓣（旁瓣）。第35页，共62页，编辑于2022年，星期三解：解：已知已知单元天线为半波振子单元天线

24、为半波振子则此二元阵列天线的方向函数则此二元阵列天线的方向函数例例5-4：等幅同相二元半波振子阵，阵元中心距：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，求作阵列天线在如图所示坐标系中yoz，xoz及及xoy平平面上的方向图。面上的方向图。第36页，共62页，编辑于2022年，星期三z第37页，共62页，编辑于2022年，星期三yozyoz面：面：动画演示动画演示xozxoz面：面：动画演示动画演示xoyxoy面：面：动画演示动画演示3 3维方向图：维方向图：第38页，共62页，编辑于2022年，星期三 例例5-55-5：如图所示，求等幅反相二元半波振子阵三个主坐标平

25、面：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，阵元间距的方向图，阵元间距 。解：解：已知已知单元天线为半波振子单元天线为半波振子则此二元阵列天线的方向函数则此二元阵列天线的方向函数归一化得：归一化得：第39页，共62页，编辑于2022年，星期三第40页，共62页，编辑于2022年，星期三例例5-65-6：绘出如图所示二元半波振子阵的方向图。阵列结构：绘出如图所示二元半波振子阵的方向图。阵列结构参数为参数为 ，。解：解：阵元在场点处的总相位差及阵函数分别为阵元在场点处的总相位差及阵函数分别为第41页，共62页，编辑于2022年，星期三yoz:yoz:xoz:xoz:xoy:xoy

26、:第42页，共62页，编辑于2022年，星期三二、二、N N 元均匀直线阵列元均匀直线阵列 工程上一般采用多个（工程上一般采用多个（N2)N2)阵元组成天线阵，以获得更高的方向性。阵元组成天线阵，以获得更高的方向性。1 1、N N元直线阵的阵函数元直线阵的阵函数第43页，共62页，编辑于2022年，星期三以阵列中第一个单元天线作为相位基准：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，相位差为第二个单元天线：辐射场的幅值差异不计，相位差为 则第则第N N个单元天线的相位差为：个单元天线的相位差为：N N个相似元阵元在个相似元阵元在p p处的辐射场叠加，表示为处的辐射

27、场叠加，表示为第44页，共62页，编辑于2022年，星期三整理可得远区辐射场表达式为：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是相邻阵元至场点的辐射场总相位差由上式得由上式得N N元均匀直线阵列的阵函数元均匀直线阵列的阵函数F()为为归一化得：归一化得：第45页，共62页，编辑于2022年，星期三1.1.当当 0 0时，阵函数有最大值时，阵函数有最大值2.2.主瓣宽度随主瓣宽度随N N的增加而变得尖锐，方向性增强的增加而变得尖锐，方向性增强N元均匀直线阵列归一化阵函数的通用曲线元均匀直线阵列归一化阵函数的通用曲线 说明：说明：第46页，共62页，编辑于2022年，星期三关于

28、关于N N元直线天线阵辐射方向图的讨论：元直线天线阵辐射方向图的讨论：当当 0 0时，阵函数取最大值时，阵函数取最大值。1 1、当各阵元、当各阵元同相馈电同相馈电，即，即最大辐射方向在阵的两侧：最大辐射方向在阵的两侧：侧射阵侧射阵2 2、当各阵元、当各阵元馈电相差满足馈电相差满足最大辐射方向在阵两端：最大辐射方向在阵两端：端射阵端射阵 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。在固定方向同相叠加，从而形成最大辐射。第47页，共62页，编辑于2022年，星期三 在阵元间距和工作频率

29、固定的条件下，通过改变阵元的馈电相差，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可改变天线阵的最大辐射方向相控阵天线工作原理相控阵天线工作原理。3 3、对于任意馈电相差、对于任意馈电相差 相控阵雷达天线结构原理 第48页，共62页，编辑于2022年，星期三5.6 地面对天线特性的影响1 1、地面可视作导电媒质分界面，影响天线辐射特性；、地面可视作导电媒质分界面，影响天线辐射特性；2 2、实际地面起伏不平，且导电特性各不相同；、实际地面起伏不平，且导电特性各不相同；3 3、本章分析将地面视作无限大理想导电平面。、本章分析将地面视作无限大理想导电平面。一、

30、远离地面架设的天线一、远离地面架设的天线 （h h）天线远地架设时，地面的影响主天线远地架设时，地面的影响主要为电磁传播的要为电磁传播的多径效应多径效应。若天线输入功率为若天线输入功率为 ，天线效率，天线效率 ，则最大辐射方向上，则最大辐射方向上 第49页，共62页，编辑于2022年，星期三水平极化波水平极化波R R1 1垂直（地面）极化波垂直（地面）极化波R R1 1 二、近地架设的天线二、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。射源。远区辐射电场由天线和二次源共同形成。

31、二次辐射源可由二次辐射源可由原天线对地面的镜像原天线对地面的镜像代替。代替。第50页，共62页，编辑于2022年，星期三1 1、镜像电流、镜像电流垂直电流垂直电流水平电流水平电流像电流像电流像电流像电流 2 2、垂直地面近地架设的天线、垂直地面近地架设的天线 半波天线半波天线全波天线全波天线正像正像负像负像第51页，共62页，编辑于2022年，星期三 近地近地垂直架设垂直架设的天线，原天线与像天线可视作的天线，原天线与像天线可视作等幅馈电等幅馈电二元二元天线阵，天线阵，阵元间距为阵元间距为2h2h，馈电相位：馈电相位：1 1）天线长度等于半波长）天线长度等于半波长奇数倍时：同相奇数倍时：同相；

32、2 2）天线长度等于半波长）天线长度等于半波长偶数倍时：相差偶数倍时：相差。结论：结论：例例5-95-9：半波振子天线垂直架设在地表面上，：半波振子天线垂直架设在地表面上，架设高度架设高度 H=0.25 H=0.25，0.50.5，0.75 0.75,，做出，做出这四种情况下天线子午面（过振子轴线与地面垂直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。的剖面）的方向图。解：本题实际上为求解等幅同相馈电二元阵在解：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。不同阵元间距下的方向图。第52页，共62页，编辑于2022年，星期三阵轴与振子轴重合即阵轴与振子轴重合即由前

33、面讨论，二元阵方向函数：由前面讨论，二元阵方向函数：半波振子天线方向函数：半波振子天线方向函数：则总的方向图因子为：则总的方向图因子为：用观察用观察射线与地表面的夹角射线与地表面的夹角 表示，表示，则总的归一化方向函数为则总的归一化方向函数为第53页，共62页，编辑于2022年，星期三 结论：结论：1.1.地面以下场强为零。地面以下场强为零。2.2.随着架设高度随着架设高度 H H 的增加，方向图的波瓣数也增多，但天线的主向总的增加，方向图的波瓣数也增多，但天线的主向总是沿地表方向。是沿地表方向。3.3.垂直接地天线比同等臂长自由空间的对称振子天线方向系数垂直接地天线比同等臂长自由空间的对称振

34、子天线方向系数D D提提高一倍。高一倍。第54页，共62页，编辑于2022年，星期三半波天线半波天线全波天线全波天线负像负像负像负像 3 3、平行地面近地架设的天线、平行地面近地架设的天线 近地近地水平架设水平架设的天线，原天线与像天线可视作的天线，原天线与像天线可视作等幅、反向馈电等幅、反向馈电二二元天线阵，元天线阵，阵元间距为阵元间距为2h2h。结论：结论：第55页，共62页，编辑于2022年，星期三地面仰角地面仰角和和角关系角关系:例例 5-10 5-10：半波振子天线平行于地面架设，架设高度：半波振子天线平行于地面架设，架设高度H=0.25H=0.25 ，0.50.5，0.75 0.7

35、5,。画出这四种高度时半波振子赤道面内（。画出这四种高度时半波振子赤道面内（xozxoz面）的方面）的方向图。向图。解：本题实际上为求解等幅反相馈电二元解：本题实际上为求解等幅反相馈电二元阵的方向图。阵的方向图。由前面讨论，二元阵方向函数：由前面讨论，二元阵方向函数：半波振子天线方向函数：半波振子天线方向函数：由图中可以看出：由图中可以看出：第56页，共62页，编辑于2022年，星期三则总的方向图因子为：则总的方向图因子为：结论：结论：1.1.地面以下场强为零。地面以下场强为零。2.2.随着架设高度的增高，波随着架设高度的增高，波瓣数也将增加，第一个波瓣数也将增加，第一个波瓣方向越靠近地面瓣方

36、向越靠近地面3.3.沿地表方向的辐射总为零。沿地表方向的辐射总为零。第57页，共62页，编辑于2022年，星期三5.9 接收天线接收天线接收电磁波的物理过程：接收天线接收电磁波的物理过程：与导体表面长度方向相切的电场分量能在天线上产与导体表面长度方向相切的电场分量能在天线上产生感应电动势及感生电流：生感应电动势及感生电流：一、天线的互易定理一、天线的互易定理第58页，共62页，编辑于2022年，星期三1.1.天线天线1 1发射，天线发射，天线2 2接收接收2 2、天线、天线2 2发射，天线发射，天线1 1接收接收则由电路互易定理：则由电路互易定理：决定于天线决定于天线1 1决定于天线决定于天线

37、2 2第59页，共62页，编辑于2022年，星期三 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与发射时相同天线的互易定理天线的互易定理。二、天线的有效接收面积二、天线的有效接收面积 定义：接收天线与某方向的来波极化一致时，天线的匹配接收功定义：接收天线与某方向的来波极化一致时，天线的匹配接收功率与来波能流密度之比率与来波能流密度之比可以推得，天线的有效面积可表示为：可以推得，天线的有效面积可表示为：式中：式中：为天线的方向系数。为天线的方向系数。第60页，共62页，编辑于2022年，星期三三、付里斯传输公式三、付里斯传输公式最大辐射方向上的功率密度为：最大辐射方向上的功率密度为：接收天线接收到的功率密度为：接收天线接收到的功率密度为：付里斯公式付里斯公式第61页，共62页，编辑于2022年，星期三第五章第五章 天线理论基础天线理论基础第62页，共62页，编辑于2022年，星期三