11天线辐射的方向特性样稿.doc

试验汇报：天线辐射方向特征
一、试验题目：
天线辐射方向特征
二、试验目标：
1 了解天线辐射相关原理知识，对天线方向图及其相关参数有一定认识。 2 测定右手螺旋天线方向特征。
三、试验仪器:
旋转天线盘、喇叭形天线、微波吸收器、右手螺旋天线、波导式天线、计算机及测试软件。
四、试验原理：
任何实用天线辐射全部含有方向性，通常将天线远区辐射场振幅和方向间关系用曲线表示出来，这种曲线图被称之为天线辐射方向图；而将离开天线一定距离R 处天线远区辐射场量和角度坐标间关系式称为天线方向图函数，记为|F(θ,φ)|。电流元远区辐射场量在相同距离R球面上不一样方向各点，场强是不一样，它和|sinθ|成正比，所以，电流元方向图函数，记为|F(θ, φ)| =| F(θ)| = |sinθ|。为了画出电流元辐射方向图，将电流元中心置于坐标原点，向各个方向作射线，并取其长度和场强大小成正比，即得到一个立体图形，也就是得到电流元立体方向图，它形状像汽车轮胎。图1（a）所表示。天线立体方向图通常较难画出，通常只画出相互垂直两个平面内方向图，即E面和H面方向图。电流元E面方向图处于子午面，即电场分量Eθ所处平面内方向图，故称为E面方向图，H面方向图处于赤道面内，即和磁场分量Hφ平行平面内方向图，故称为H面方向图。
(a) 立体方向图； (b) E面方向图； (c) H面方向图
图1 电流元方向图
二维平面方向图能够在极坐标系中绘制，也能够在直角坐标系中绘制，但在极坐标系中绘制方向图较为直观，所以较为常见。在极坐标系中绘制电流元E面和H面方向图图1(b)T和（c）所表示。显然，E面方向图相关电流元轴线呈轴对称分布，在θ=90˚方向出现最大值“1”，其它方向上按矢径作出，而在轴线（θ=0˚和θ=90˚）上其值为零。在H面（θ=90˚）上，各方向场强均相同，故其方向图是一个单位圆，这么，将E面方向图绕电流元轴线旋转一周，即可得到电流元立体方向图。而天线设计是用来有效辐射电磁能一个装置，实际中没有一个天线能在空间中任何方向辐射，故研究其辐射方向性能够愈加好了解天线特征。
天线方向图及其相关参数
任何实用天线远区辐射场全部是随空间位置而改变，所以在球坐标系中（见图2所表示）天线至场点距离r处远区辐射场量只是角度θ，φ函数，这个函数就是方向图函数F (θ, φ ) ，通常将方向图函数相关最大值 Fmax(θ,φ)进行归一化函数称为归一化方向图函数，记为F(θ, φ) /Fmax(θ, φ)。按归一化方向图函数绘制方向图称为天线归一化方向图。显然，图3中示出电流元E面和H面方向图也是归一化方向图（因为其最大辐射方向上最大值为1）。
图2电流元电磁场 图3 天线方向图波瓣
1）主瓣宽度
当日线E面和H面方向图含有图3所表示多瓣形状时，通常将天线最大辐射方向所在波瓣称为主瓣，其它瓣称为副瓣（或旁瓣）及后瓣（或尾瓣），在主瓣两侧分别取辐射功率（场强）等于最大值方向辐射功率1/2（场强1）处两点，这两点间夹角
称为主瓣半功率点张角，记为(，H) 或(2θ－3dB E，H)，或称半功率波束宽度(或称为主瓣
宽度)。从极坐标坐标原点向主瓣两侧引射线，这两根射线间夹角称主瓣零点宽度，记为2θ0。
2）副瓣电平
实际天线方向图往往不止一个副瓣，而是有若干个副瓣。紧靠主瓣副瓣称为第一副瓣，依次称为第二，三，„，副瓣。为估量天线副瓣强弱，通常见副瓣电平来表示，定义为任一副瓣最大值和主瓣最大值之比，并以dB作单位，因为最靠近主瓣第一副瓣其电平最高，所以通常对天线第一副瓣电平提出要求。天线副瓣辐射，不管对通信还是雷达来说全部是有害，它直接影响天线优劣程度。
３）前后比
天线前后比是指天线最大辐射方向（前向）电平和其相反方向（反向）电平之比，通常也用作单位。天线前后比反应了天线前、后向隔离程度或抗干扰能力。天线前后比应尽可能高些。
４）方向性系数
因为上述和方向图相关参数只能表示同一天线在空间各个不一样方向辐射能量相对大小，但却不能反应天线在全空间中辐射能量集中程度。为了定量衡量天线方向性，下面引入天线方向性系数这一关键参数。
天线方向性系数定义为：天线在远场区最大辐射方向上某点平均辐射功率密度 (Smax )av 和平均辐射功率相同无方向性天线（各向同性天线）在同一点平均辐射功率密
2()Smaxav度(S0)av之比，记为 D，即 D=2S0av|Pr，R相同=
2EmaxE022|Pr，R相同
式中：(Smax)av=Emax2η02；(S0)av=E02η0；η0=120πΩ 。
对无方向性天线，因(S0)=avPr，故上式为： 4πRD=EmaxR2
60Pr2