天线技术许雪梅第1章

1、第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.1 天线在无线通信系统中的作用天线在无线通信系统中的作用 1.2 天线的分类天线的分类 1.3 无线电波的传播无线电波的传播 习题习题1 第 1 章 绪 论 1.1 天线在无线通信系统中的作用天线在无线通信系统中的作用 通信是当今信息社会进行信息传输、信息交换、信息资源 共享的不可缺少的重要手段。根据信息传递媒质的不同，可大 致将通信系统分为两大类：一类是在相互联系的网络中用各种 传输线来传递信息的有线通信,如电话、计算机局域网等有线通 信系统；另一类是利用无线电波来传递信息的无线通信， 如电 视、广播、雷达、导航、移动通信、卫星等无线通信系统。 第

2、 1 章 绪 论 图 1-1 无线电通信系统框图 第 1 章 绪 论 发射系统由发射机、馈线和发射天线组成；接收系统由接 收天线、馈线和接收机组成。无线通信系统的信息传递过程是： 信号经发射机调制成高频电流能量（或导波能量），经馈线传 输到发射天线，通过发射天线将其转换为某种极化的电磁波能 量，并辐射到预定方向; 电波经过一定方式的传播到达接收点后， 接收天线将其又转换为已调制的高频电流能量，经馈线输送至 接收机输入端; 经接收机解调后取出信号，就完成了信息的传送。 第 1 章 绪 论 从通信系统信息传递过程看， 天线的作用主要有： (1) 完成高频电流或导行波与空间无线电波能量之间 的转换，

3、 因此称天线为能量转换器。 (2) 天线应能发射和接收预定极化的电磁波， 并应有 足够的工作频率范围。 第 1 章 绪 论 1.2 天天 线线 的的 分分 类类 天线的种类很多，主要有以下一些分类方法： (1) 按用途可将天线分为通信天线、导航天线、广播电视天 线、雷达天线和卫星天线等。 (2) 按工作波长可将天线分为超长波天线、长波天线、中波 天线、短波天线、超短波天线和微波天线等。 (3) 按辐射元的类型可将天线分为两大类：线天线和面天线。 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， 主要用于微波波段。这两种天线都可用于超

4、短波波段。 第 1 章 绪 论 (4) 按天线特性分类：按方向特性分，有定向天线、全向天 线、强方向性天线和弱方向性天线；按极化特性分，有线极化 (垂直极化和水平极化)天线和圆极化天线；按频带特性分， 有 窄频带天线、 宽频带天线和超宽频带天线。 (5) 按馈电方式分，有对称天线和非对称天线。 (6) 按天线上的电流分，有行波天线和驻波天线。 (7) 按天线外形分，有V形天线、菱形天线、环行天线、螺 旋天线、喇叭天线和反射面天线等。 第 1 章 绪 论 1.3天线技术的发展天线技术的发展 天线从发明至今，已经有100多年的历史。在英国科 学家麦克斯韦提出电磁理论后，德国物理学家赫兹通过 实验证

5、实了麦克斯韦理论的正确。赫兹证实电磁波存在 的实验是在18871888年完成的，这一实验中使用的赫 兹振子就是人类历史上的第一副天线。 第 1 章 绪 论 赫兹的实验成果震惊了世界，利用电磁波，不需要导 线也可以实现通信，至此，无线电的时代开始了。1895年， 俄国的波波夫和意大利的马可尼分别实现了无线电信号的 传送。马可尼利用大型发射天线杆成功地进行了飞越多佛 尔海峡的无线电通信实验。1901年，马可尼又完成了自英 国到加拿大，横越大西洋的无线电通信实验，并取得圆满 成功。据说，当时马可尼的实验采用的是用风筝悬挂天线 的方式。从天线出现到20世纪20年代初，是天线发展的初 期，此时的天线主要

6、是长波天线，结构庞大、效率低。 第 1 章 绪 论 20世纪20年代中期到第二次世界大战初期，中波天线、 短波天线得到发展。和长波天线比较，短波天线的有效高 度高、辐射电阻大、效率高、方向性良好、增益高、通频 带宽。 第二次世界大战期间，雷达技术发挥了重要作用，因 此超短波天线、微波天线的研究得到重视。 到了20世纪60年代初期，随着无线电技术的发展，天 线的理论、天线的生产技术都达到相当高的水平。20世纪 60年代初期到80年代初期，随着卫星通信的发展，通信卫 星天线也随之迅速发展。 第 1 章 绪 论 从20世纪80年代初以来，天线的发展更为全面深入。 通信的飞速发展对天线提出了很多新的要

7、求，天线的功能 也不断有新的突破。除了完成高频能量的转换外，还要求 天线系统对传递的信息进行一定的加工和处理，如信号处 理天线、单脉冲天线、自适应天线和智能天线等。特别是 自1997年以来，第三代移动通信技术逐渐成为国内外移动 通信领域的研究热点，而智能天线正是实现第三代移动通 信系统的关键技术之一。我国还研发了亚洲最大口径的 米天线，这个天线是我国“绕月探测工程”深空探测网 的重要测控设备，于2006年10月通过验收评审后正式进入 试运行。 第 1 章 绪 论 目前，有关天线的新技术和新应用仍在不断发展。天 线的形状、结构、使用材料五花八门。例如，随着电子设 备集成度的提高，通信设备的体积越来越小，随之出现了 小尺寸高性能的