电磁场与电磁波综述报告-天线

1、合肥学院电子系电磁场与电磁波综述报告综述报告题目 天线概念及应用研究 课程名称电磁场与电磁波指导教师李翠花1105021028系别/ 班级 电子信息与电气工程系 姓名施胜鹏学号目录一、天线发射与接收的性能指标 11、天线的长度 12、天线效率 13、天线材质 14、天线的形状 25、工作频率 2二、天线的电参数 21、天线的效率 22、输入阻抗 33、方向性函数 34、方向图 3（1）、 E 面方向图 3（2）、 H 面方向图 4（3）、立体方向图 4（ 4）、主瓣宽度 5三、天线的频带宽度 5四、天线阵或阵列天线的概念 6五、面天线 7天线概念及应用研究摘要 ：理论和实践都已证明，时变电磁场

2、的能量可以脱离场源，以 电磁波的形式在空间向远处传播而不再返回场源。 电子系统中辐射或 接收电磁波的装置称为天线，它是无线电通信、导航、雷达、测控、 遥感、射电天文、电子对抗及信息战等各种民用和军用系统必不可少 的组成部分之一。实际上，一切无线电设备 （ 包括无线电通讯、广播、 电视、雷达、导航等系统 ） 都是利用无线电波来进行工作的，而从几 MHz 的超长波到四十多 GHz 的毫米波段电磁波的发射和接收都要通 过天线来实现。天线是这样一个部件，作发射时，它将电路中的高频 电流或馈电传输线上的导行波有效地转换成某种极化的空间电磁波， 向规定的方向发射出去； 作接收时， 则将来自空间特定方向的某

3、种极 化的电磁波有效地转换为电路中的高频电流或传输线上的导行波。关键字 ：天线 发射 接收 电磁场 分类一、天线发射与接收的性能指标1、天线的长度当天线的有效长度接近其工作频率半波（ 1/2 波长）的正整数倍 时，天线的效率较高，若这个倍数增加时，天线的效率还会进一步提 高，但波长数（天线长度）的增加与效率的提高不是成正比关系。环 型天线的直径增加时，天线效率会提高，环型天线的圈数增加时，天 线的效率也会进一步提高。 抛物面天线的直径增加时， 天线效率的提 高会更明显2、天线效率天线效率和架设天线的导体材质、天线形状、工作频率、天线 长度、天线架设高度有关。3、天线材质尽量选择导电性能好、电阻

4、率低的金属材料，如银、铜、铝等。 由于银线材的成本太高，所以实际应用中最好选择电工纯铜线 . 由铜 矿石冶炼后，除去杂质，尤其要减少氧化物，再通过电解后得到电解 铜，然后拉成丝。这种电工纯铜的杂质少，电阻率很低。一些正规国 营电线厂生产的电线和漆包线都属于这类线材。 现在市场上还常常见 到一些乡镇企业或个体户用回收的废旧铜冶炼后 （再生铜） 生产的电 线，这种铜线材所含杂质较多，电阻率也较大，如果用这种线材制做 天线时，天线的效果不会很好，往往还会增大接收时的白噪声，不利 于弱信号的接收。 用各种线材制作天线时， 截面大的线材接收效果好 于截面小的线材。由于高频信号的集肤效应，同样截面时，多股

5、线材 的接收效果好于单股线材。铝材料一般在制作八木天线时用的较多。4、天线的形状为了提高天线的效率， 往往在不同波段采用不同形状的天线， LW 段以长线天线为主， MW段以长线天线和环状天线为主， SW段以长线 天线、偶极天线和八木天线为主， FM段和 V/U 波段以八木天线和鞭 状天线为主， 800M以上的微波段以板状天线和抛物面天线为主。5、工作频率工作于不同频率的天线， 其效率也是不同的， 天线的效率一般都 随工作频率的提高而增加， 高频天线的效率一般都高于低频天线。 有 资料 表明 ：长 波天 线的效率为 10%40%， 中波天线 的效率为 70%80%，短波天线的效率为 90%95%

6、，超短波（ FM、 V、U）和微 波天线的效率为 95%99%。二、天线的电参数 天线的作用是辐射（发射）和接收电磁波。为了评价一副天线的技术 性能优劣，必须规定一些能够表征天线性能的参数。根据互易原理， 同一副天线用作辐射和接收时， 其特性参数是相同的， 只是具体含义 有所不同。1、天线的效率天线在工作时， 并不能将输入天线的能量全部辐射出去。 天线的效率定义为天线的辐射功率与输入功率的比值。如下：2、输入阻抗天线的输入阻抗定义为天线输入端电压与电流的比值天线的输入阻抗是一个重要的参数，它决定于天线本身的结构和尺 寸，并与激励方式、工作频率、周围物体的影响等有关。只有极少数 简单的天线才能准

7、确地计算出输入阻抗， 多数天线的输入阻抗通过近 似计算或测量的方法得以确定。3、方向性函数 天线的方向性函数，是指以天线为中心，在远区相同距离 r 的条件下， 天线辐射场与空间方向的关系， 是天线辐射场的相对值， 用 表 示。根据方向性函数绘制的图形，称为方向图。 为了便于比较不同天线的方向特性， 常采用归一化方向性函数， 归一 化方向性函数定义为：4、方向图（1）、 E 面方向图E 面方向图是电场矢量所在平面的方向图。对沿 轴放置的电基本振子而言， E 面即为子午平面2)、H 面方向图H 面方向图是磁场矢量所在平面的方向图。对沿 子而言， H面即为赤道平面。轴放置的电基本振(3) 、立体方向

8、图立体方向图可以完全反映出天线的方向特性。（4）、主瓣宽度天线的方向图由一个或多个波瓣构成。 天线辐射最强方向所在的波瓣 称为主瓣， 主瓣宽度是衡量主瓣尖锐程度的物理量。 主瓣宽度分半功 率波瓣宽度和零功率波瓣宽度。 在主瓣最大值两侧， 主瓣上场强下降 为最大值 的两点矢径之间夹角，称为半功率波瓣宽度。半功率波瓣 宽度是主瓣半功率点间的夹角。场强下降为零的两点矢径之间夹角， 称为零功率波瓣宽度。三、天线的频带宽度天线的性能参数如输入阻抗、方向图、主瓣宽度、副瓣电平、波束指向、极化、增益等一般是随频率的改变而变化的，有些参数随频 率的改变而变化较大，而使电气性能将下降。因此，工程上一般都要 给出

9、天线的频带宽度，简称天线的带宽，其定义为：天线某个性能参 数符合规定标准的频率范围。 这个频率范围的中点处频率称为中心频 率。不同形式的天线以及天线的不同电气性能参数对频率的敏感程 度不同。例如，对称振子天线，其方向图、方向性系数随频率改变的 变化不大， 但其输入阻抗则随频率改变而变化很大， 因而匹配程度受 频率的改变影响较大。 所以，在一些对方向图形状要求不高的系统中， 主要解决阻抗带宽的问题。 在一些阵列天线中， 频率改变会使主瓣指 向偏离预定方向，副瓣电平增高，甚至可能出现栅瓣 ( 两个及两个以 上最大波瓣同时出现 ) ，这时方向图带宽就成了主要因素。而圆极化 天线的主要限制因素往往是其

10、极化特性。 天线带宽的表示方法通常有三种：(1) 绝对带宽：指天线能实际工作的频率范围，即上下限频率之差(2) 相对带宽：它由上下限频率之差与中心频率之比来表示(3) 比值带宽：指上下限频率之比，即绝对带宽不具保密性，对外界 一般不用。一般多采用后两种带宽表示。对中等及以下带宽的天线， 可采用相对带宽表示；对超带宽天线则可采用比值带宽。四、天线阵或阵列天线的概念 是以一定规律排列的相同天线的组合。 组成天线阵的独立单元称为阵 元或天线单元， 如果阵元排列在一直线上或一平面上， 则称为直线阵 或平面阵。五、面天线 微波波段一般不采用线天线，而是采用面天线，也称为口径天线。面 天线通常由初级辐射器和辐射口面两部分组成。 初级辐射器又称为馈 源，其作用是把馈线中传输的电磁能量转换为由辐射口面向外辐射的 电磁能量。辐射口面的作用是把从初级辐射器获得的电磁能量按所要 求的方向性向空间辐射出去。总结： 天线的作用就是辐射和接收电磁波，其性能和优劣各有不同， 如上陈述的各