天线完整版PPT课件

天线和电波传播介绍，过程介绍，天线和电波传播，微波技术的基础，电磁场理论，电波系统，天线将传输线的高频电磁能量转换为自由空间的电磁波，反之，将自由空间的电磁波转换为传输线的高频电磁能量。所有无线设备，包括无线通信、无线电、电视、雷达、导航等，都利用无线电波工作，在几KHz的初创波中，40 GHz以上的毫米波波段电磁波的发送和接收是通过天线实现的。天线在日常生活中无处不在。例如，听收音机、电视、手机、汽车、船只、飞机等。收音机和电视中使用的天线通常是接收天线，广播公司的天线是发送天线。手机天线可以收发和共享，但通过移动通信基站天线发送和接收。天线开发简史，1，1886，赫兹(heiinrichrudolfertz，1857-1894) 1839年法拉第(Michael faradaay，1791-1867)赫兹实验无线电系统，赫兹，基特的教授收音机之父，天线开发的简要历史，2，1901，marconi (guglaiel moarconi，1874-1937，1909年诺贝尔物理学奖)1901年，marconi大西洋位于英国(Poldhu，England)的发射天线由50根斜顶电线组成，由60米高的木塔之间悬挂的钢缆支撑。位于加拿大的接收天线由风筝牵引，长度为200米。7，marconi，意大利，当时只有20岁。天线开发简史，3，1980，VLA (superarray)抛物面天线(verylargearrayrableparabolicdishantennas)美国新墨西哥州(socoro，)分辨率对应于36公里跨度天线，灵敏度对应于直径为130米的圆盘天线。天线开发概述，5，2000，移动/手持天线(Mobile/Hand-heldAntenna)，800MHz手持手机天线可在任何地方工作。从马可尼时代到20世纪40年代，天线主要使用导线作为辐射单位，工作频率也增加到超高频。第二次世界大战期间，1GHz以上的微波源(如调速管、磁控管)被发明，天线开始了一个新时代。波导口径天线、喇叭天线、反射器天线等像雨后春笋一样出现。9，天线开发简介，力矩法(mom)，光纤差分方法(FDM)，光纤元素方法(FEM)，finite-element method天线设计现在处于整个系统级别的设计阶段，而不是补丁应用。天线正在向小型化、宽频、多波段、高频等方向发展。10，电磁频谱和无线电频段，12，天线概念，天线是无线系统的重要组成部分，是现代信息社会的电子眼和电子耳。定义-发射或接收无线电波的装置、行波和自由空间波相互转换区域的结构、转换装置或转换器-能量转换。电路的视觉从传输线看天线的这一段与天线结构本身的任何电阻无关，是从空间到天线终端的耦合电阻。，天线及其传播传播的第一章电磁场方程及其解法，1.1辅助函数法，Maxwell方程，Maxwell方程，-磁矢量位函数，1.1辅助函数法，1.1辅助函数法，洛伦兹条件：磷：大致可以认为导线上每个点的电流是相同的振幅。电基本振荡器天线结构，电场方向，1.2电基本振荡器，-常数，磁矢量位置：其中：1.2电基本振荡器，磁场：磁场：1.2电基本振荡器，电场：电场：近场远：当时称为远场区域，电磁场主要是由的低功率决定的，因此可以省略的高恒量，得到的，波阻抗：固有阻抗：1.2电基本振荡器，远场的特性：(1)电场和磁场对空间相互垂直，都与r成反比。 因为同相面是球形，所以是球形电磁波。(2)在传播方向上，电磁场的重量为零，所以用横电磁波、TEM波来表示。(3)电场与磁场的比率称为波阻抗。(4)由于电场和磁场的相位相同，都成正比，所以电的基本振荡器是远距离辐射场，具有方向性。1.2电基本振荡器，电基本振荡器的场辐射，1.3磁基本振荡器，麦克斯韦电磁理论取得了巨大成功。电和自己的对称问题还没有解决。电的基本单位是电荷。分离正电荷可以单独存在，因此可以引入电荷密度和电流密度的概念。磁的基本单位是磁偶极矩，可以看作正负磁电荷的组合。但是正负磁载荷不能分离，自由磁载荷不能单独存在。因此，电磁理论中不能引入磁荷密度或磁流密度等概念。1.3磁基本振荡器，1931年英国著名物理学家狄拉克(1933年诺贝尔物理学奖获得者)首先从理论上讨论了磁单极子的存在问题。1975年，加利福尼亚和休斯顿大学的一个小组宣布在高空气球的实验中发现了磁单极子，这引起了当时物理系的轰动。但是后来发现，如果在实验中正确考虑系统错误，就不能从他们的实验结果中得出这个结论。1982年3月，美国斯坦福大学的kabrela宣布：“在9K温度下，利用铌超导线圈捕捉到磁单极子。”但是到目前为止，很多类似的实验都没有发现相同的案例。1.3磁基本振荡器，【对偶定理】自由磁电荷是否存在还不确定，但这并不能阻止Maxwell方程在形式上对称，以数学方式引入虚拟磁电荷和虚拟磁流。1.3磁基本振荡器，1.3磁基本振荡器，什么是磁基本振荡器？通过高频磁流的直线导线的一段，当导线长度远小于波长时，称为磁基本振荡器。in:可以认为在大约导线的每个点上的磁流是相同的。根据对偶定理，磁基本振荡器的辐射场、1.3磁基本振荡器、已知电基本振荡器的辐射场、对偶定理、磁基本振荡器的辐射场、远辐射场、1.3磁基本振荡器、磁基本振荡器电磁场的特性：1)电场和磁场在空间中相互垂直，均与r成反比；(2)电场和磁场在时间上相差180度，平均梯度向量是实数，r方向，横向电磁波。3)电场与磁场的比率如下。4)有方向，在度方向上有最大辐射。，1.3磁基本振荡器，小电流回路的电磁场在xoy平面坐标原点有一个小电流环，其周长比波长小得多，环上的电流具有相同的振幅，磁偶极矩，磁偶极矩方向与环电流有右手关系。1.3磁基本振荡器，小电流环辐射电磁场的特性：电场在空间中相互垂直，与r成反比；电场和磁场在时间上有180度的差别，平均梯度向量是实数，r方向，横电磁波。电场和磁场的比例如下。方向、度方向有最大辐射。场与环的面积成正比，与环的形状无关。天线和电波传播第二章介绍了天线的基本电气参数、2.1简介、目的描述了天线的电气特性，并定义了天线的各种电气参数。电参数辐射图案；光束范围；光束效率；方向系数；利益；利益。辐射电阻；天线阻抗；标准ieestandarddefinitionsofttermsforantennas(IEEE STD 145-1983)、2.2发射方向图、定义天线的发射特性是空间坐标的函数，该函数在固定距离(1)方向图通常描述天线远场区域的发射特性。(2)辐射特性包括功率通量密度、辐射强度、场强、相位、偏光。(3)空间坐标具有三维或二维坐标系。辐射特性和空间坐标的组合可以获得不同的发射贴图。2.2发射方向度、球形坐标系(三维坐标系)、2.2发射方向度、(4)固定距离，即从坐标原点到观测点的距离。此外，由于(1)的远场条件相结合，因此一般功率方向图和场强方向图与距离无关，相位方向图与距离有关。(5) 3d贴图是一系列2d方向图的组合。通过几组2d地图，可以获得有关所需天线的发射性能的信息。绘图显示为相互垂直的两个主平面内的方向图。(6)如果特定天线的方向图是规范化图，则规范化图是。2.2.1发射方向也称为瓣，包含最大发射方向的瓣称为主瓣，其馀的称为副瓣，与主瓣相反方向的侧瓣称为后瓣。2.2.2场强模式和功率模式，模式函数定义：天线位于坐标原点，天线在等距离球面上的每个点产生的功率通量密度或场强空间方向的变化曲线。42，普通天线的远场发射电磁场具有以下形式-场强模式函数，2.2.2场强模式和功率模式，43，-规格化天线的最大发射方向，天线模式函数的最大值的场强模式函数。由模式函数和规格化模式函数表示的图统称为天线的辐射场强方向图。2.2.2场强模式和功率模式，标准化功率模式规格化功率方向和规格化场强方向图关系，44，-功率通量密度(梯度向量的振幅)，功率通量密度的最大值，通常，如果方向图以分贝(dB)表示，2.2.3E-面和E-平面：通过最大发射方向由电场矢量方向组成的平面。H-平面：由通过最大发射方向的磁场矢量方向组成的平面。e面，h面，振荡器方向度，2.2.4波瓣宽度，反转波瓣宽度或3dB波束宽度主襟翼的最大双面场强是最大场强的0.707倍(最大功率密度的0.5倍)的两个发射方向之间的角度，零功率波瓣宽度主襟翼的最大两侧辐射接近(fresnel)区域：场方向图发生变化，传播方向有场分量。“远”(Fraunhofer)区域：默认情况下，域方向图保持不变，传播平面波。2.2.6三维角度，在球形坐标系中，球体的微分区域是方向上的圆弧和沿方向的弧长的乘积。表示开放的三维角度，即三维角度。以三维弧度(Sr)或平方度()球体表示的面积可以表示为球体展开的三维角度与Sr三维弧度和平方度的关系、2.3发射功率密度和发射强度、(发射功率密度)，对于时间平均倾斜矢量发射功率理想的点源，功率密度可以表示为发射功率、2.3发射功率密度和发射强度。在远场区域，2.3发射功率密度和发射强度可以在发射强度已知的情况下获得发射功率，在理想点源的情况下，发射强度不相关，因此理想点源的发射功率可以在发射功率已知的情况下表示理想点源的发射强度为2.4方向系数，定向系数可以表示为定量表示天线发射的电磁能量集中度的参数。除非特别指定了特定方向的方向系数，否则通常显示的最大方向系数。如上所示，方向系数由发射强度定义。与放射贴图有什么关系？2.4方向系数、(a)二维方向图、(b)三维方向系数、2.4方向系数、功率方向图和辐射强度之间的关系如下所示：-基于标准化功率方向图、2.4方向系数、标准化功率方向和标准化场强方向图之间的关系的标准化场强方向图的方向系数表示法：-标准化场强方向图、-光束范围、光束立体角度、dB:2.4方向系数、示例2.1表示天线的标准化功率方向(例如，解决方案：根据最大方向系数和方向系数之间的关系确定最大方向系数：2.4方向系数、最大方向系数近似公式、-一侧的hpbw、-另一侧的HPBW、Kraus公式、TaiPereira公式、2.4方向系数、2)通过精确公式和近似公式得出最大方向系数。2.4方向系数，解决方案：首先求出反作用力梁宽度，因此反作用力梁宽度为：由于方向图函数是独立的，因此，1)梁范围计算，精确方法，2.4方向系数，近似方法，2)最大方向系数计算，精确方法，近似方法，2.8输入阻力，天线作为输入阻力，输入端口提供的阻力。2.8输入阻抗，输入阻抗的实际部分一般分为两部分，如下所示：-辐射电阻、-损耗电阻、输入阻抗可以表示为：输入阻抗通常是频率的函数，天线在传输线连接时引入匹配网络。输入阻抗也与天线的结构、馈电方法、天线周围环境等诸多因素有关。只有个别天线的输入阻抗可以通过分析方法获得，其他通常可以通过数值计算或测量获得。2.