第六章 天线基本原理与技术.ppt

第二部分
天线理论与技术
第六章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(发射),或者将无线电波转换为导波能量(接收), 用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。天线应具有以下性能:
一、天线的功能
①尽可能多地将导波能量互相转电磁波能(高效率)
②具有适当的方向性
③有适当的极化
④有足够的工作频带
⑤对传递的信息进行一定的加工和处理(未来发展趋势)
二、天线的分类
按用途:通信天线、广播电视天线、雷达天线等
按工作波长:长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等
按辐射元的类型:线天线、面天线
线天线:由半径远小于波长的金属导线构成,主要用于长
波、中波和短波波段
面天线: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
二、天线的分析方法
天线问题实质上是求解电磁场方程并满足边界条件
工程上往往将条件理想化,通过近似处理得到近似结果
利用电磁场理论的数值计算方法
电流元也称电基本振子,它是一段长度远小于波长, 电流I振幅均匀分布、相位相同的直线电流。
电流元的辐射场
一、电流元
注:电流元线天线的基本组成部分, 任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。
二、电流元的辐射场
在天线远区(r>>λ)
则:
说明:
1)远区场电场、磁场相互正交,相位相同:横电磁(TEM)波
2) 电磁波沿径向传播
3)远区场为球面波
4)电流元的辐射是有方向性的
三、电流元辐射方向特性
方向函数:描述天线辐射场与方位角的关系。
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。
依据方向函数作出电流元的方向图为:
天线的电参数
天线方向性特性参数
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的函数关系,分场强方向函数和功率方向函数。
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。如电流元场强方向函数为:
功率方向函数:由坡印廷矢量表达式,知
归一化方向函数:为便于对不同天线方向性进行比较,往往将方向函数对其最大值进行归一化,即:
归一化方向函数的最大值等于1。
用于描述天线辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的曲线或曲面图。
二、方向图
电流元方向图
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平面:通过最大辐射方向,与电场矢量平行的平面;
H平面:通过最大辐射方向,与磁场矢量平行的平面;
E平面
H平面
方向图可由极坐标表示,也可用直角坐标表示:
极坐标
直角坐标
电流元方向图
三、主瓣宽度
主瓣宽度是衡量天线的最大辐射方向的能量集中程度的物理量。
半功率主瓣宽度:功率方向图中两个半功率点之间的角宽度,或场强方向图中最大场强的两点之间的角宽度;
零功率波瓣宽度:方向图由最大值点两边第一个零点间的角宽。
半功率主瓣宽度
零功率主瓣宽度