微波技术与天线4.ppt

1、在第二部分、天线理论和技术、第五章天线基本原理和技术、以及无线电通讯系统中，需要将来自信号发送器的波导能量转换为电波(发送)或者将电波转换为波导能量(接收)，并且将发送和接收电波的装置称为天线。 一、天线的功能、波导能量尽可能多地相互旋转的电磁能量(高效)具有适当的方向性，具有适当的极化，在一盏茶工作频带对传递信息进行一定的加工和处理(未来的发展趋势)；二、天线的分类用途：通讯天线、广播电视接收天线、 雷达天线等工作波长类别：长波天线、中波天线、超短波天线和微波天线等辐射元素类别：线天线、面天线、线天线：半径远小于波长的金属导线构成，主要用于长波长、中波和短波波段面天线的二、天线分析方法， 天

2、线问题实质上解电磁场方程满足边界条件，将工艺条件理想化，通过近似处理得到近似结果，利用电磁场理论的数值校正方法，电流源也称为电基本振荡器，其长度远小于波长，电流I振幅均匀分布，相位相同的直线电流。5.1电流源的辐射场，一、电流源，注意：电流源线天线的基本配置部分可认为任何线性天线由一系列电子基本振荡器构成。 二、电流源辐射场，在天线远区(r ) :说明：1 )远区电场，磁场相互正交，相位相同：横向电磁(TEM )波，2 )电磁波沿径向传播，3、电流元件方向函数：方向图：方向函数模式，即天线方向图。 基于方向函数的电流元素的方向图描述了5.4天线的电残奥计、5.4.1天线方向性特性残奥计、一、方

3、向函数、方向函数：天线的辐射强度和空间坐标的函数关系，并划分了电场强度方向函数和功率方向函数。 电场强度方向函数：由辐射场电场表现式中与方位相关的表现式构成。 电流元件的电场强度方向函数是：功率方向函数：样条向量式可知，正规化方向函数：为了便于比较不同的天线方向性，方向函数往往将其最大值正规化，即正规化方向函数的最大值等于1。 用于描述天线辐射场的相对电场强度(规范化模式值)随方向变化的曲线或曲面图。 二、方向图、电流源方向图、微波天线的方向图通常由与场向量平行的两个平面表示：e平面：通过最大放射方向并与电场向量平行的平面h平面：通过最大放射方向并与磁场向量平行的平面、e平面、h平面、方向图可

4、以用极坐标表示， 可以用垂直角坐标表示：极坐标、垂直角坐标、电流源方向图、三、主瓣宽度，是对天线最大辐射方向的能量集中度进行测量的物理量。 半功率主瓣宽度：功率方向图中两个半功率点之间的角宽度，或电场强度方向图中最大电场强度的两点之间的角宽度零功率波阀宽度：方向图是最大值点两边的最初的零点之间的角宽度。半功率主瓣宽度、零功率主瓣宽度、四、旁瓣电平SLL1，最接近主瓣的电平最高的主瓣电平与主瓣电平的比，一般用分贝表示。 主阀：其方向为天线辐射主方向，第一副阀，注：副阀电平反映天线方向性好坏，5.4.2天线极化，天线极化与其辐射电磁波极化方式相同。 天线的极化有垂直极化、水平极化、圆极化。在实际的

5、方法中，理想圆偏振波天线不存在，并且在通常为椭圆偏振波天线的电信系统中，发送和接收天线的偏振策略必须匹配。 5.4.3天线效率与辐射电阻、天线效率：天线辐射功率与输入功率之比，即：式中：天线辐射功率、天线、辐射电阻r :辐射电阻定义：如果某电阻中流过的电流等于天线上的最大电流，其损耗的功率等于天线的辐射功率，则其电阻值天线的辐射电阻表示天线辐射电磁波的能力，与供电电流的大小无关，是天线自身具有的属性。5.4.4天线方向系数和增益，一方面，方向系数d，定义：假设天线辐射功率为Pr，最大辐射方向电场为Em，则在给定距离下，在天线的最大辐射方向上的辐射功率的交流密度Smax具有相同辐射功率和理想的无

6、定向天线，增益定义：具有： 天线最大辐射方向上的辐射功率流密度Smax与相同输入功率为理想无定向天线相同位置处的辐射功率流密度S0之比。 此外，由方向系数和增益定义由上式获得的一个天线的最大辐射方向的电场强度，并确定沿着输入功率(例如，z轴设置的电子基本振荡器的方向系数)。 注意，分解器3360电子基本振荡器的归一化方向函数为：其中代入方向系数的方程，将分贝数表达为5.4.5个输入阻抗，注意输入阻抗取决于天线本身的结构和尺寸、工作频率以及相邻天线的外围物体等的影响。 天线有效长度的定义：假定在实际天线的最大辐射方向的电场强度值保持一定的状态下，天线上的电流分布均匀分布时的天线的等效长度。 5.

7、4.6有效长度、输入阻抗与输入电压和电流的关系，天线的有效长度越长，辐射能力越强。 5.3对称振子天线由粗细和长度相同的2根直线查询密码构成，中间为供电端。一、结构、二、对称阵列上的电流分布、电流分布辐射场、工程上，对称阵列天线近似于终端开路传输线的两端逐渐开路形成。 其上的电流分布如下：半波振子全波振子、三、对称阵列子的辐射场，从中心点起在z的位置取电流要素段dz，则它对远区场有贡献的是1、dz段的辐射场，在远区辐射场，场点距离远远大于天线尺寸，近似如下结论：对称振子天线的方向函数与方位角无关，其方向图是以振子轴线为基准的旋转对称图形对称振子臂长对方向图、二次元、三次元、对称振子天线影响最大

8、的是半波振子天线和全波振子天线。半波振子天线的辐射特性：1 )代入，半波振子天线的方向函数：2 )根据方向系数求式，3 )方向图的半功率主瓣宽度等于方程式的解3360，4 )半波振子的辐射电阻的2 )根据方向系数求式，3 ) 方向图的半功率主瓣宽度为方程式的解3360，4，4 )半波振子的辐射电阻为R=199 ()、5.5阵列天线，能够通过组合多个天线来增强或减少某一方向的天线辐射的电流元件、半波振子、振子天线在美国(由VLA、27个25米口径天线构成)，如图所示排列2个半波振子天线时，1#、2#方向函数相同，均为1、2维天线阵列、2个天线供电电流： 2个阵列元件是在远处的p点产生电场的场点和

9、阵列轴方向的角度，如果是，p点的综合重日式榻榻米场，第一阵元辐射场、阵列构成相关的因素，是两个单针织面料天线在p点辐射场的总相位差，其中，是由供电电流相位差引起的，是由波长差引起的1 .阵列因子只与阵列结构残奥仪表(阵列元件间距d、阵列元件间供电电流幅度比m、供电相位差)有关。关于阵因子的研究：2、阵列等宽幅供电时(M=1)、3、通过调整阵列的排列及供电方式，能够实现阵列的最终方向图的控制。 4 .在阵列元件间距固定且阵列元件等的宽度供电时，可以通过改变供电相位差来改变阵列方向性图案相控阵天线的工作原理。 第五章天线理论基础、阵列元件间距及供电方式对阵列因子的影响分析：阵列元件等宽度供电：1、

10、时：最大放射方向为阵列侧阵列、2、时：最大放射方向为阵列轴方向端阵列、3、时、4、时：单向式端阵列。 天线方向性图案的乘积原理的应用：天线阵列的最终方向性图案通过将阵列元素方向性图案和阵列元素方向性图案直接相乘而得到： (1)阵列元素或者阵列元素零点方向是方向性图案零点；(2)阵列元素和阵列元素的共同最大方向是方向图最大方向、解：已知，如果单元天线是半波振子，则该二维阵列天线的方向函数求出例如5-4 :等幅同相二维半波振子阵列、阵列单元中心距离、阵列天线在图所示坐标系上的yoz、xoz及xoy平面上的方向图。 z、yoz面：漫动画位置演示、xoz面：漫动画位置演示、xoy面：漫动画位置演示、三

11、维方向图：例5-5 :如图所示，求等幅反相二维半波振子阵列的三个主要，解：单元天线如果是半波振子，则该二维阵列阵列结构残奥定计量器为、解：阵列元素的场点处的总相位差和数组函数分别为、yoz:xoz:xoy:二、n个元素均线性阵列，其中1，n维线性阵列的阵列函数在工程上通常采用多重(N2 )。 对于第二单元天线：没有校正辐射场的幅度差，并且如果相位差为正，则对于第n单元天线的相位差，当n个相似单元阵列在p个辐射场上重叠时，可以获得、和整理的辐射场方程式为正规化：1.0的情况下，数组函数是最大值2 .主瓣宽度随着n的增加而尖锐n元均一线性阵列归一化数组函数的公共曲线，描述：关于n元线性阵列辐射方向

12、图的讨论：0时，数组函数取最大值。 1、各阵列元件同相供电时，即最大辐射方向位于阵列两侧时：侧射阵列，2、满足各阵列元件的供电差时，最大辐射方向位于阵列两端时：端射阵列，通过控制各阵列元件的供电电流相位差，补偿波的相位差， 使各阵列元件的辐射场在一定方向上同相多日式榻榻米阵列元件的间距与工作频率为一定的条件下，可通过改变阵列元件的供电相位差，改变阵列的最大辐射方向相控阵天线的工作原理。3、对于任意馈相位差，相控阵雷达天线结构原理为：面对5.6天线特性的影响，1、地面可视为导电介质的边界面，影响天线辐射特性2 .实际地面起伏，导电特性各不相同3 .本章分析将地面视为无限大理想导电平面。 另一方面

13、，远离地面架设的天线(h )，在天线架设得较远时，地面的影响主要是电磁传播的多径效应效果。 另外，如果天线输入功率是天线效率，则当在最大辐射方向上水平极化波R1、垂直(地面)极化波R1、r 2、架设在近地点上的天线(当天线远程架设时，在地面上存在感应传导电流，从而形成二次辐射源。 远程的辐射电场由天线和二次源共同形成。 二次辐射源可以用原始天线在地面上的镜像来代替。 1、镜像电流、垂直电流、水平电流、图像电流、图像电流、2、靠近垂直地面设置的天线、半波天线、全波天线、正像、负像、垂直于近地点设置的天线、原天线和图像天线可视为等宽馈电双重阵列，阵列单元间距为2 )天线结论：例5-9 :半波振子天

14、线垂直架设在地面上，架设高度h=0.25、0.5、0.75，绘制了4个这些个情况下天线子午面(过振子轴线垂直于地面的截面)的方向图。 解：本问题是解决实际上等幅同相馈电二元阵列在不同阵列单元间距下的方向图。阵列轴与振子轴重合，即，如先前所讨论的那样，二维阵列方向函数：半波振子天线方向函数：总方向格拉夫因子用观察线与地面所成的角度表示，总正规化方向函数作为结论，地面以下的电场强度为零。 随着架设高度h的增加，方向图的波阀数也增多，但天线的主方向始终沿着地表方向。 垂直接地天线比同等臂长自由空间的对称振子天线方向系数d提高2倍。 半波天线、全波天线、负像、负像、负像、3、水平架设在平行地面近地点上的天线、水平架设在近地点上的天线、原天线和图像天线可被视为等宽的、逆馈电双重阵列，并且阵列元件之间的距离为2h。 结论：例5-10 :半波振子天线与地面平行架设，架设高度h=0.25、0.5、0.75。 描绘这些个4种高度的半波振子的赤道面内(xoz面)的方向图。 解：本问题是实现等幅反相馈电二元阵列的方向图。如先前所讨论的，二维阵列方向函数：半波振子天线方向函数：由图可知，整体方向图因子为：结论：地面以下的电场强度为零。 随着架设高度的提高，氟说唱乐数也增加，最初的氟说唱乐方向越接近地面，地表方向的辐射越常为零。 5.9接