电磁场电磁波 天线.doc

课程综述
课程名称电磁场电磁波
任课教师李翠花
班级 09通信工程一班
姓名
学号 0905071004
日期 2012-5-28
天线的电参数
天线是无线电通信或广播不可缺少的组成部分。因此,在设计或选用一副天线时,必须应用若干个特性参量来评价它的技术性能。同一副天线在用作反射时和用作接收时,其特性参数是相同的,只是具体含义有所不同。
发射天线有两个主要功能:
(1)把经馈线从发射机输送过来的信号能量以电磁波形式向周围空间辐射出去。
(2)定向辐射,即是将能量集中在一定立体角内辐射出去。

天线的方向性函数是描述天线辐射场的大小与空间方向之间关系的函数,也就是天线的辐射作用在空间的相对分布情况的数学表达式。把方向性函数用图形表示出来就是方向图,也就是方向性函数的图解形式。
场强振幅的方向性函数是表示在以天线为中心,远区场某以恒定半径的球面上辐射场强的相对分布情况。场强振幅的归一化方向性函数一般表示为:
式中,为天线在任意方向上的辐射场强,为天线在其最大辐射方向上的辐射场强。
单元偶极子的方向图
辐射的方向性用两个相互垂直的主平面上的方向图表示,E 平面(电场所在平面) 和 H 平面(磁场所在平面)。E 平面与H 平面的归一化方向函数分别为:
(b)H 平面方向图
(a)E 平面方向图
(c)立体方向图
实际天线比上图复杂,方向图可能包括多个波瓣,分别称为主瓣、副瓣和后瓣。如图所示某天线的极坐标形式方向图:
主瓣
x
z
副瓣

后瓣
天线方向图的波瓣

说明:主瓣最大辐射方向两侧的两个半功率点(即功率密度下降为最大值的一半,或场强下降为最大值的)的矢径之间的夹角,称为主瓣宽度,表示为,主瓣宽度愈窄,说明天线辐射的能量愈集中,定向性愈好。方向图的副瓣和后瓣是指不需要辐射的区域,所以应尽可能小。

某一天线的方向系数是它在最大辐射方向上某一距离处的辐射功率密度和辐射功率相同的无方向性天线在同一距离处的辐射功率密度之比值,用D表示。
在同一距离及相同辐射功率下,某天线在最大辐射方向上的功率流密度Smax和无方向性天线的功率流密度S0的比值。
D的第一表达式
(Pr=Pr0)

在同一距离处产生相同的辐射场,某天线在辐射功率和无方向性天线辐射功率之比。
(|Emax|=|E0|)
D的第二表达式
由方向性系数定义,可以得到方向性系数计算公式
D的第三表达式


天线的辐射效率表征天线能否有效的转换能量,定义为天线的辐射效率与输入到天线上的功率(输入功率)之比:

在定义天线的方向性系数时,我们使用的是天线辐射功率,由于辐射功率通常由理论计算得出,这就在实际应用中带来一些不便。采用天线的输入功率作类似定义,则得出的对应参数称为天线的增益。它是天线的重要指标之一。
天线增益是这样定义的。即输入功率相同时,某天线在某一方向上的远区产生的功率流密度S1与理想点源(无方向性)天线在同一方向同一距离处产生的功率流密度S0的比值,称为该天线在该方向上的增益系数,简称增益,常用G表示。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。上述定义可用数学形式表示为
或
(E1=E0时)