電磁場與電磁波綜述報告-天線

1、合肥學(xué)院電子系電磁場與電磁波綜述報告綜述報告題目 天線概念及應(yīng)用研究 課程名稱電磁場與電磁波指導(dǎo)教師李翠花1105021028系別/ 班級 電子信息與電氣工程系 姓名施勝鵬學(xué)號目錄一、天線發(fā)射與接收的性能指標(biāo) 11、天線的長度 12、天線效率 13、天線材質(zhì) 14、天線的形狀 25、工作頻率 2二、天線的電參數(shù) 21、天線的效率 22、輸入阻抗 33、方向性函數(shù) 34、方向圖 3（1）、 E 面方向圖 3（2）、 H 面方向圖 4（3）、立體方向圖 4（ 4）、主瓣寬度 5三、天線的頻帶寬度 5四、天線陣或陣列天線的概念 6五、面天線 7天線概念及應(yīng)用研究摘要 ：理論和實(shí)踐都已證明，時變電磁場

2、的能量可以脫離場源，以 電磁波的形式在空間向遠(yuǎn)處傳播而不再返回場源。 電子系統(tǒng)中輻射或 接收電磁波的裝置稱為天線，它是無線電通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、測控、 遙感、射電天文、電子對抗及信息戰(zhàn)等各種民用和軍用系統(tǒng)必不可少 的組成部分之一。實(shí)際上，一切無線電設(shè)備 （ 包括無線電通訊、廣播、 電視、雷達(dá)、導(dǎo)航等系統(tǒng) ） 都是利用無線電波來進(jìn)行工作的，而從幾 MHz 的超長波到四十多 GHz 的毫米波段電磁波的發(fā)射和接收都要通 過天線來實(shí)現(xiàn)。天線是這樣一個部件，作發(fā)射時，它將電路中的高頻 電流或饋電傳輸線上的導(dǎo)行波有效地轉(zhuǎn)換成某種極化的空間電磁波， 向規(guī)定的方向發(fā)射出去； 作接收時， 則將來自空間特定方向的某

3、種極 化的電磁波有效地轉(zhuǎn)換為電路中的高頻電流或傳輸線上的導(dǎo)行波。關(guān)鍵字 ：天線 發(fā)射 接收 電磁場 分類一、天線發(fā)射與接收的性能指標(biāo)1、天線的長度當(dāng)天線的有效長度接近其工作頻率半波（ 1/2 波長）的正整數(shù)倍 時，天線的效率較高，若這個倍數(shù)增加時，天線的效率還會進(jìn)一步提 高，但波長數(shù)（天線長度）的增加與效率的提高不是成正比關(guān)系。環(huán) 型天線的直徑增加時，天線效率會提高，環(huán)型天線的圈數(shù)增加時，天 線的效率也會進(jìn)一步提高。 拋物面天線的直徑增加時， 天線效率的提 高會更明顯2、天線效率天線效率和架設(shè)天線的導(dǎo)體材質(zhì)、天線形狀、工作頻率、天線 長度、天線架設(shè)高度有關(guān)。3、天線材質(zhì)盡量選擇導(dǎo)電性能好、電阻

4、率低的金屬材料，如銀、銅、鋁等。 由于銀線材的成本太高，所以實(shí)際應(yīng)用中最好選擇電工純銅線 . 由銅 礦石冶煉后，除去雜質(zhì)，尤其要減少氧化物，再通過電解后得到電解 銅，然后拉成絲。這種電工純銅的雜質(zhì)少，電阻率很低。一些正規(guī)國 營電線廠生產(chǎn)的電線和漆包線都屬于這類線材。 現(xiàn)在市場上還常常見 到一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)或個體戶用回收的廢舊銅冶煉后 （再生銅） 生產(chǎn)的電 線，這種銅線材所含雜質(zhì)較多，電阻率也較大，如果用這種線材制做 天線時，天線的效果不會很好，往往還會增大接收時的白噪聲，不利 于弱信號的接收。 用各種線材制作天線時， 截面大的線材接收效果好 于截面小的線材。由于高頻信號的集膚效應(yīng)，同樣截面時，多股

5、線材 的接收效果好于單股線材。鋁材料一般在制作八木天線時用的較多。4、天線的形狀為了提高天線的效率， 往往在不同波段采用不同形狀的天線， LW 段以長線天線為主， MW段以長線天線和環(huán)狀天線為主， SW段以長線 天線、偶極天線和八木天線為主， FM段和 V/U 波段以八木天線和鞭 狀天線為主， 800M以上的微波段以板狀天線和拋物面天線為主。5、工作頻率工作于不同頻率的天線， 其效率也是不同的， 天線的效率一般都 隨工作頻率的提高而增加， 高頻天線的效率一般都高于低頻天線。 有 資料 表明 ：長 波天 線的效率為 10%40%， 中波天線 的效率為 70%80%，短波天線的效率為 90%95%

6、，超短波（ FM、 V、U）和微 波天線的效率為 95%99%。二、天線的電參數(shù) 天線的作用是輻射（發(fā)射）和接收電磁波。為了評價一副天線的技術(shù) 性能優(yōu)劣，必須規(guī)定一些能夠表征天線性能的參數(shù)。根據(jù)互易原理， 同一副天線用作輻射和接收時， 其特性參數(shù)是相同的， 只是具體含義 有所不同。1、天線的效率天線在工作時， 并不能將輸入天線的能量全部輻射出去。 天線的效率定義為天線的輻射功率與輸入功率的比值。如下：2、輸入阻抗天線的輸入阻抗定義為天線輸入端電壓與電流的比值天線的輸入阻抗是一個重要的參數(shù)，它決定于天線本身的結(jié)構(gòu)和尺 寸，并與激勵方式、工作頻率、周圍物體的影響等有關(guān)。只有極少數(shù) 簡單的天線才能準(zhǔn)

7、確地計算出輸入阻抗， 多數(shù)天線的輸入阻抗通過近 似計算或測量的方法得以確定。3、方向性函數(shù) 天線的方向性函數(shù)，是指以天線為中心，在遠(yuǎn)區(qū)相同距離 r 的條件下， 天線輻射場與空間方向的關(guān)系， 是天線輻射場的相對值， 用 表 示。根據(jù)方向性函數(shù)繪制的圖形，稱為方向圖。 為了便于比較不同天線的方向特性， 常采用歸一化方向性函數(shù)， 歸一 化方向性函數(shù)定義為：4、方向圖（1）、 E 面方向圖E 面方向圖是電場矢量所在平面的方向圖。對沿 軸放置的電基本振子而言， E 面即為子午平面2)、H 面方向圖H 面方向圖是磁場矢量所在平面的方向圖。對沿 子而言， H面即為赤道平面。軸放置的電基本振(3) 、立體方向

8、圖立體方向圖可以完全反映出天線的方向特性。（4）、主瓣寬度天線的方向圖由一個或多個波瓣構(gòu)成。 天線輻射最強(qiáng)方向所在的波瓣 稱為主瓣， 主瓣寬度是衡量主瓣尖銳程度的物理量。 主瓣寬度分半功 率波瓣寬度和零功率波瓣寬度。 在主瓣最大值兩側(cè)， 主瓣上場強(qiáng)下降 為最大值 的兩點(diǎn)矢徑之間夾角，稱為半功率波瓣寬度。半功率波瓣 寬度是主瓣半功率點(diǎn)間的夾角。場強(qiáng)下降為零的兩點(diǎn)矢徑之間夾角， 稱為零功率波瓣寬度。三、天線的頻帶寬度天線的性能參數(shù)如輸入阻抗、方向圖、主瓣寬度、副瓣電平、波束指向、極化、增益等一般是隨頻率的改變而變化的，有些參數(shù)隨頻 率的改變而變化較大，而使電氣性能將下降。因此，工程上一般都要 給出

9、天線的頻帶寬度，簡稱天線的帶寬，其定義為：天線某個性能參 數(shù)符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的頻率范圍。 這個頻率范圍的中點(diǎn)處頻率稱為中心頻 率。不同形式的天線以及天線的不同電氣性能參數(shù)對頻率的敏感程 度不同。例如，對稱振子天線，其方向圖、方向性系數(shù)隨頻率改變的 變化不大， 但其輸入阻抗則隨頻率改變而變化很大， 因而匹配程度受 頻率的改變影響較大。 所以，在一些對方向圖形狀要求不高的系統(tǒng)中， 主要解決阻抗帶寬的問題。 在一些陣列天線中， 頻率改變會使主瓣指 向偏離預(yù)定方向，副瓣電平增高，甚至可能出現(xiàn)柵瓣 ( 兩個及兩個以 上最大波瓣同時出現(xiàn) ) ，這時方向圖帶寬就成了主要因素。而圓極化 天線的主要限制因素往往是其

10、極化特性。 天線帶寬的表示方法通常有三種：(1) 絕對帶寬：指天線能實(shí)際工作的頻率范圍，即上下限頻率之差(2) 相對帶寬：它由上下限頻率之差與中心頻率之比來表示(3) 比值帶寬：指上下限頻率之比，即絕對帶寬不具保密性，對外界 一般不用。一般多采用后兩種帶寬表示。對中等及以下帶寬的天線， 可采用相對帶寬表示；對超帶寬天線則可采用比值帶寬。四、天線陣或陣列天線的概念 是以一定規(guī)律排列的相同天線的組合。 組成天線陣的獨(dú)立單元稱為陣 元或天線單元， 如果陣元排列在一直線上或一平面上， 則稱為直線陣 或平面陣。五、面天線 微波波段一般不采用線天線，而是采用面天線，也稱為口徑天線。面 天線通常由初級輻射器和輻射口面兩部分組成。 初級輻射器又稱為饋 源，其作用是把饋線中傳輸?shù)碾姶拍芰哭D(zhuǎn)換為由輻射口面向外輻射的 電磁能量。輻射口面的作用是把從初級輻射器獲得的電磁能量按所要 求的方向性向空間輻射出去?？偨Y(jié)： 天線的作用就是輻射和接收電磁波，其性能和優(yōu)劣各有不同， 如上陳述的各