天線原理與設(shè)計(jì)題庫(kù)分析

1、天線原理與設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)一、填空題1. 天線的主要作用是_, _。2. 天線輻射方向圖一般是一個(gè)空間三維的曲面圖形，但工程上為了方便常采用通過_方向的兩個(gè)正交平面上的剖面來描述天線的方向圖。對(duì)于線極化天線，這兩個(gè)正交的平面通常取為_面和 _面。3.天線方向圖的 E 面是指通過 _方向且平行于 _的平面。4.設(shè)某天線的遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)表示為EE0e j rf ( ,) ， E0 ， Er0 ，則坡印亭矢量表示為w_，其r輻射功率表示為 P _。r5.半功率波瓣寬度指方向圖主瓣上之間的夾角，或場(chǎng)強(qiáng)下降到最大值的_處或分貝值從最大值下降處對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)之間的夾角。6.設(shè)某天線的輻射電場(chǎng)主瓣最大值為Emax ，副瓣最

2、大值為 ES max ，則其副瓣電平定義式為(dB) 。7.天線方向性系數(shù) D 是用來表征天線輻射能量集中程度的一個(gè)參數(shù)。若已知自由空間的方向圖函數(shù)為f ( , ) ，則最大指向 (m , m )上的 D =_,若已知對(duì)稱振子天線的輻射電阻為Rr ，則 D =_，若已知天線的效率為a ，則增益 G=_。8半波對(duì)稱振子的帶寬決定于，而對(duì)數(shù)周期振子天線的帶寬則是由決定。9. 理想點(diǎn)源天線是指的假想點(diǎn)源天線，其輻射方向圖在空間是面。10. 在某方向 ( 0,0 )上，設(shè)理想點(diǎn) 源天線的電 場(chǎng)強(qiáng)度 為 E0 ，某天線 的電 場(chǎng)強(qiáng)度 為 E( 0,0) ，則天線的方向性系數(shù) D(0, 0) 和增益G(

3、0 , 0 ) 的定義表達(dá)式均可寫作E2 ( 0 , 0 )/ E02 ，它們的定義區(qū)別為前者是為條件，后者是為條件。11. 如果某天線為圓極化天線，在球坐標(biāo)系下該天線的遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)應(yīng)該有兩個(gè)分量，且這兩個(gè)分量在最大輻射方向上應(yīng)滿足，的條件。對(duì) 線極化天線來說交叉極化是指極化，對(duì)圓極化天線來說交叉極化是指_極化。12.設(shè)某天線的方向圖函數(shù)為f (, ) ，則在(0 , 0 )方向上的方向性系數(shù)表達(dá)式為。同樣在 (0 , 0 )方向上由天線輻射電阻Rr 和f ( ,) 表示的方向性系數(shù)為。工程上，一般是采用在最大輻射方向上的方向性系數(shù)。設(shè)天線的有效面積為S ，在其最大輻射方向上的方向性e系數(shù)為。

4、13.如果不計(jì)天線損耗，作發(fā)射時(shí)，在條件下天線的輻射功率只有信號(hào)源所能供給的總功率的一半，另一半將以熱損耗的形式消耗在上。作接收時(shí)，在天線與接收機(jī)負(fù)載的最佳情況下，傳送至接收機(jī)的功率是天線感應(yīng)或截獲到的總功率的一半，另一半則被掉了。14.間距 d=/ 4 ，饋電電流相位差90的二元陣陣方向圖形狀是，其最大輻射方向指向方向。15.用兩個(gè)正交的對(duì)稱振子獲得圓極化輻射的條件是，。16.天線口徑場(chǎng)出現(xiàn)線性相位分布時(shí)，對(duì)天線輻射性能的主要影響是，而隨著平方率相位分布的增大，其主要影響是。17.設(shè)平面口徑天線的物理面積為S，口徑效率為 v ，則其增益為，若口徑場(chǎng)為均勻分布，則其口徑效率為，若口徑場(chǎng)為余弦分

5、布，則其口徑效率為。18.天線遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)的振幅隨距離r 按變化。若設(shè)天線的最大尺寸為D，則其遠(yuǎn)區(qū)距離 r 應(yīng)滿足關(guān)系，這是在源點(diǎn)到遠(yuǎn)區(qū)某點(diǎn)的相位與坐標(biāo)原點(diǎn)到遠(yuǎn)區(qū)共5頁第1頁某點(diǎn)的相位之差不超過的條件下得出的公式。19.長(zhǎng)為 2的細(xì)線振子 (如圖1 所示)，當(dāng) 2</10 時(shí)，其上電流分布近似為三角形分布，表達(dá)式為I ( z) _。20.元天線的方向圖函數(shù)為f ( )_ 。 半波 振子 的 方向 圖 函 數(shù)為 f ( )_ ，輻射 電 阻為Rr_。21.計(jì) 算對(duì) 稱振 子天線的輻射場(chǎng) 時(shí)應(yīng) 知道天線 上電流 分 布，對(duì) 于沿 z軸放置的長(zhǎng)為 2的對(duì)稱振子，其上電流分布可近似為I ( z)_

6、，它是根據(jù) _原理得到的。22.沿 z軸放置的元天線的方向圖函數(shù)為_；在 xy 平面內(nèi)的惠更斯面元的方向圖函數(shù)為 _；沿 z 軸放置的對(duì)稱半波振子方向圖函數(shù)為_，輻射電阻為 Rr_。23. 設(shè)二元陣單元間距為 d，射線與陣軸的夾角為，則等幅同相時(shí)的陣因子為 fa ( )_，等幅反相時(shí)的陣因子為f a ( ) _。陣因子為心臟形的條件是：兩單元天線的電流相位差為_, 間距為 d=_，其表達(dá)式為 f a ( )_。24.諧振振子天線的判定條件是：在一定長(zhǎng)度下其輸入阻抗_。半波諧振天線的實(shí)際長(zhǎng)度比工作波長(zhǎng)的一半略短些，這是所謂的_ 效應(yīng)，振子截面半徑愈大，則諧振振子的長(zhǎng)度_愈多。長(zhǎng)度大于半波諧振長(zhǎng)度

7、的振子天線的輸入阻抗呈_性。25.對(duì)稱振子輸入阻抗虛部為零時(shí)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度稱為_長(zhǎng)度，比半波諧振子長(zhǎng)度短的對(duì)稱振子其輸入阻抗呈_性。26.設(shè)單元天線的方向圖函數(shù)為f0 (,) ，陣因子為 fa ( ,) ，則天線陣的方向圖函數(shù)為 f (, ) _。27.設(shè)陣軸與射線間的夾角為，均勻直線式天線陣的最大輻射方向可由公式m_計(jì)算，對(duì)側(cè)射陣，兩單元間的饋電相位差=_，其m_，對(duì)端射陣m_。為不出現(xiàn)柵瓣，陣元間距應(yīng)滿足的條件是d<_。28.鏡像法分析近地天線是把地面看作是_。對(duì)于垂直振子，其鏡像點(diǎn)電流與原電流_，而水平振子的鏡像點(diǎn)的電流與原電流_。29. 工程上近似計(jì)算天線輸入阻抗的三種方法是：坡印亭

8、矢量法、_法和 _法。其中 _方法不能計(jì)算阻抗的虛部。30. 按下面的分類，每類至少列出三種天線。寬帶天線： 籠形天線、雙錐天線、盤錐天線、等角螺旋天線、阿基米德天線、對(duì)數(shù)周期天線等。圓極化天線： 十字形振子旋轉(zhuǎn)場(chǎng)天線、軸向模圓柱螺旋天線、等角螺旋天線和阿基米德天線。行波天線： 偶極子電阻加載天線，菱形天線，八木天線與返射天線，圓柱螺旋天線，平面等角螺旋天線，阿基米德天線和對(duì)數(shù)周期天線。31.行波天線的最大輻射方向是指向_，而漢森吳特亞特條件的含義是指_的條件。32.圓柱螺旋天線產(chǎn)生軸向模輻射的條件是_，而產(chǎn)生法向模輻射的條件則是_。33.細(xì)直線對(duì)稱半波振子的輸入阻抗Zd_，則半波諧振窄縫的輸

9、入阻抗Zs_。共5頁第2頁34.自補(bǔ)結(jié)構(gòu)的等角螺旋天線是指_，而互補(bǔ)的平面天線則為 _。35.波導(dǎo)縫隙天線的開槽原則是_，一般開窄縫，縫長(zhǎng)約為_，設(shè)其互補(bǔ)對(duì)稱振子的輻射阻抗為Zd ，則諧振縫隙天線的輻射阻抗為Zs_。36.天線陣中，每個(gè)陣元的輻射阻抗都是由_和 _兩部分組成。37.半波窄縫隙天線的縫口面電場(chǎng)近似為_分布，其輻射方向圖形狀與 _的相同，但兩者的電磁場(chǎng)空間極化方向正好相差_度，而且兩者的輻射阻抗的積為_。EsHsJsM snsM s38.口徑天線分析中的等效原理是把口徑面上的電磁場(chǎng)和等效為電磁流和，設(shè)口徑面 S 的外法向單位矢量為?，則J _， _。計(jì)算惠更斯元輻射場(chǎng)時(shí)，若已知口徑

10、電場(chǎng)為Esy ，則口徑磁場(chǎng)H sx_。39.最佳角錐喇叭天線是指 _，其口徑效率等于 _。40.旋轉(zhuǎn)拋物面天線的效率因子主要由_和 _的乘積決定。41.標(biāo)準(zhǔn)卡塞格倫天線由主、副反射面和饋源組成，主反射面為_,副反射面為 _，饋源一般用喇叭，置于主副反射面之間的_上?？ㄈ駛愄炀€的空間衰減因子與旋轉(zhuǎn)拋物面天線的相比要_，其原因是 _。42. 計(jì)算線天線輻射場(chǎng)的已知條件是_，而計(jì)算口徑天線輻射場(chǎng)的已知條件則是_。43. 已知旋轉(zhuǎn)拋物面天線的焦距為f ，口徑直徑為D ，口徑張角為0 ，則三者的關(guān)系為_。若焦徑比f/ D 0.385 ，則20=_ 度 ； 空 間 衰 減 因 子 S.A.=_dB ；

11、若 D75cm ， 工 作 頻 率 F=12GHz ， 總 效 率g=50% ， 則 天 線 的 增 益G=_dB，為獲得最高效率，饋源歸一化方向圖20 寬度的邊緣電平應(yīng)為 _dB。44.開槽天 線與其互 補(bǔ) 天線的 阻抗 Zs 和 Zd滿足的 關(guān)系 是 (28)_Zs Zd2 / 4 _。 xy 平面內(nèi)的等 角螺旋天線的 方向 圖函數(shù)近 似為 (29)_cos_、如果設(shè)計(jì)成自補(bǔ)形式其輸入阻抗約為(30)_ 60_（ 188.5） _。45. 圓柱螺旋天線的三種模式分別是 (18)_法向模 _、 (19)_軸向模 _和(20)_圓錐模 _。46. 采用鏡像法寫出近地垂直振子天線的輻射阻抗的表達(dá)

12、式Zr _ Z11 Z11 _。它與 _ 振子長(zhǎng)度 _、 _振子截面半徑 _和 _離地高度 _及頻率有關(guān)。 (近地水平振子呢 )47. 旋轉(zhuǎn)拋物面天線分為長(zhǎng)焦距、中等焦距和短焦距三種情況，由其半張角0 表示的對(duì)應(yīng)條件分別為 _0/ 2 _ 、 _0/ 2 _和 _0 / 2 _。48. 為了得到最高的口徑效率，天線的口徑場(chǎng)分布應(yīng)為_均勻分布 _，為了降低天線旁瓣，口徑場(chǎng)分布應(yīng)為_錐削分布 _。共5頁第3頁49. 臂長(zhǎng)為/ 4 的垂直接地振子天線的輸入阻抗為_36.55+j21.25_，其方向性系數(shù)為_2×1.64(5.16)_dB。50. 收發(fā)天線極化匹配是指 _接收天線的極化與發(fā)射

13、天線輻射的電場(chǎng)矢量方向完全一致_，當(dāng)發(fā)射天線為水平線極化， 接收天線為左旋圓極化時(shí)， 其極化失配因子為 _0.5_。51. 分析卡塞格倫天線的口徑場(chǎng)法分 _虛饋源法 _和 _ 等效拋物面法 _兩種。52. 旋轉(zhuǎn)拋物面天線焦距為 f，口徑直徑為 D ，最大增益時(shí)的效率 g_0.83_。53. H 面扇形喇叭內(nèi)波的等相位面是一個(gè)_圓弧柱 _面。當(dāng)喇叭長(zhǎng)度RH 一定時(shí)，過度增大口徑寬度D H ，會(huì)使 (23)_ 增益 _下降，這是由于 (24)_口徑場(chǎng)平方率相位分_ RHop1 DH2布增大 _的緣故。喇叭口徑寬度給定時(shí)，H 面扇形喇叭的最佳長(zhǎng)度為_。354. 構(gòu)成軸向模螺旋天線的條件是 _ 一圈周

14、長(zhǎng)約等于一個(gè)波長(zhǎng) _，它輻射的是 _圓_ 極化波。55.二元天線陣的陣因子與 _單元間距 d_， _ 相位_和 _工作波長(zhǎng) _有關(guān)。56.有一架設(shè)在理想地面上的水平半波振子天線，其工作波長(zhǎng)40m ，若要在垂直于天線軸的平面內(nèi)獲得最大輻射仰角30o ，天線架設(shè)高度應(yīng)為 _ 20 _m。4sin57. 某矩形口徑天線的振幅為余弦分布，與均勻分布相比，其方向圖主瓣要_寬_ 一些，口徑效率要_低 _些，副瓣電平要 _ 低_些。58. xy 平面內(nèi)的惠更斯元的歸一化方向圖函數(shù)是_1cos_，方向圖形狀為 _心臟形 _。二、簡(jiǎn)答題1. 簡(jiǎn)要回答何謂天線輻射方向圖及E 面和 H 面方向圖。答：天線方向圖是指

15、天線輻射特性 與空間坐標(biāo)之間的函數(shù)圖形。天線方向圖一般是一個(gè)三維空間的曲面圖形，但工程上為了方便，常采用通過最大輻射方向的兩個(gè)正交平面上的剖面圖來描述天線的方向圖。這兩個(gè)相互正交的平面稱之為主面，對(duì)于線極化天線來說通常取為E面和H面。E 面：指通過天線最大輻射方向并平行于電場(chǎng)矢量的平面。H 面：指通過天線最大輻射方向并平行于磁場(chǎng)矢量的平面。2. 對(duì)線極化天線常在其兩個(gè)主面(E 面和 H 面)內(nèi)描述其方向圖，簡(jiǎn)要回答什么是E 面和 H 面。對(duì)如圖所示的八木天線和矩形波導(dǎo)(寬邊為 a，窄邊為 b) 主模饋電的角錐喇叭天線分別指出它們的E面和H面。答： E 面：指通過天線最大輻射方向并平行于電場(chǎng)矢量

16、的平面。H 面：指通過天線最大輻射方向并平行于磁場(chǎng)矢量的平面。對(duì)如圖所示的八木天線，其 E 面為 yz 平面， H 面為 xy 平面。對(duì)如圖所示的角錐喇叭天線，其E 面為 yz 平面， H 面為 xz 平面。共5頁第43. 簡(jiǎn)述分析對(duì)稱振子輻射場(chǎng)的步驟。答： (1) 假定對(duì)稱振子上為正弦電流分布I (z)I0 sin(l| z |) ，lzl ；(2) 將長(zhǎng)為 2 l 的對(duì)稱振子等分成長(zhǎng)為 dz 的許多小段，每小段可看作一個(gè)元天線，從而可寫出元天線的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)；(3) 以天線中點(diǎn)為參考，考慮天線上某個(gè)元天線的空間波程差，并把元天線到遠(yuǎn)區(qū)某點(diǎn)的距離R 近似為天線中點(diǎn)到遠(yuǎn)區(qū)某點(diǎn)的距離r，即 1/R

17、1/ r ；(4) 把天線上的這些元天線的遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)疊加起來，即對(duì)天線長(zhǎng)度積分得到對(duì)稱振子的遠(yuǎn)區(qū)總場(chǎng)；4. 對(duì)稱振子輻射電阻的含義是什么？在天線無耗情況下，寫出它與輸入電阻的簡(jiǎn)單關(guān)系。(設(shè)對(duì)稱振子的全長(zhǎng)為2l)答：把天線向空間輻射的功率等效為被一個(gè)電阻Rr 吸收，該電阻稱為輻射電阻，它上面流過的電流為波腹電流I m 。在天線無耗的情況下，天線輻射功率與輸入的有功功率相等，即1 I m2 Rr1 I in2 Rin22對(duì)于電流為近似正弦分布的對(duì)稱振子，其輸入電流為I in I m sin( l ) ，得RinRr2 ( l)sin5. 有一副地面天線要接收地球同步衛(wèi)星線極化天線發(fā)射的信號(hào)，試簡(jiǎn)述

18、如何調(diào)整地面天線使其對(duì)準(zhǔn)，并使接收信號(hào)最大。答：只要地面天線與衛(wèi)星天線的主瓣最大值方向在一條直線上則為對(duì)準(zhǔn)，要使接收信號(hào)最大還需要它們的極化一致。其調(diào)整步驟如下：(1) 首先使地面天線的最大輻射方向大致對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星方向；(2) 在方位面內(nèi)調(diào)整天線方向使其接收信號(hào)達(dá)到最大；(3) 在俯仰面內(nèi)調(diào)整天線方向使其接收信號(hào)達(dá)到最大；(4) 以天線最大指向方向?yàn)檩S線，旋轉(zhuǎn)天線使其接收信號(hào)達(dá)到最大。6. 給出用等值傳輸線法分析對(duì)稱振子天線輸入阻抗的基本過程。答：一段長(zhǎng)為 l ，特性阻抗為Zc 的平行有耗開路傳輸線，由傳輸線理論可得其輸入阻抗為Zi n Z ccoth(l ) Zc coth(j l )式中， Z

19、c Z0 (1j) ，R1。顯然這還不能用于對(duì)稱振子振子天線， 因?yàn)殡p線傳輸線與對(duì)稱天線存在顯著的差別，必須對(duì)這個(gè)公式進(jìn)行修正。2Z0因此用等值傳輸線法分析對(duì)稱振子天線輸入阻抗的基本過程如下：(1)計(jì)算對(duì)稱振子的平均特性阻抗Z0 ，以取代 Z0 ；(2)求對(duì)稱振子單位長(zhǎng)度上的輻射電阻R1 ，以取代 R1 ；(3)適當(dāng)修正相位常數(shù)以取代。7. 在天線原理與設(shè)計(jì)書中行波天線一章所涉及的天線有哪些？行波天線一般分為兩類，一類為電流行波天線(即天線上電流為行波傳輸)，一類為場(chǎng)行波天線(即天線上的場(chǎng)為行波傳輸 )。請(qǐng)把這些行波天線按此方法分類。答：所涉及的天線有：偶極子電阻加載天線，菱形天線，八木天線與

20、返射天線，圓柱螺旋天線，平面等角螺旋天線，阿基米德天線和對(duì)數(shù)周期天線。電流行波天線有：偶極子加載天線，菱形天線，平面等角螺旋天線和阿基米德天線。場(chǎng)行波天線有：軸向模圓柱螺旋天線，八木天線、返射天線和對(duì)數(shù)周期振子天線。共5頁第5頁8. 簡(jiǎn)要回答用同軸線向?qū)ΨQ振子天線饋電時(shí)，為什么要加對(duì)稱變換器？常用的對(duì)稱變換器型式有那幾種？答：用同軸線向?qū)ΨQ振子天線饋電是不平衡饋電，同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體分別接對(duì)稱振子的兩個(gè)臂時(shí)將使其兩個(gè)臂上的電流不等，接同軸線內(nèi)導(dǎo)體的臂上電流將大于另一個(gè)臂上的電流， 原因是原本在同軸線外導(dǎo)體內(nèi)表面的電流饋到振子臂上時(shí)，由于同軸線外導(dǎo)體接地，該振子上的電流的一部分將通過同軸線外導(dǎo)體的

21、外表面分流。對(duì)稱振子兩個(gè)臂上電流不等將使方向圖最大方向發(fā)生偏離，且同軸線外導(dǎo)體外表面電流的輻射將使方向圖發(fā)生畸變，所以采用同軸線向?qū)ΨQ振子天線饋電時(shí)必須加對(duì)稱變換器。常用的對(duì)稱變換器有U 形管變換器、套筒式變換器、短路式變換器、開槽式變換器和漸變式變換器。9. 試簡(jiǎn)述標(biāo)準(zhǔn)卡塞格倫天線的組成及其工作原理。答：標(biāo)準(zhǔn)卡塞格倫天線由主反射面、副反射面和饋源組成。為了獲得聚焦特性，主反射面必須是旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面是旋轉(zhuǎn)雙曲面，饋源可以是各種形式，但一般用喇叭作饋源，安裝在主、副反射面之間，其相位中心應(yīng)置于旋轉(zhuǎn)雙曲面的焦點(diǎn)上，雙曲面的安裝應(yīng)使雙曲面的虛焦點(diǎn)與拋物面的焦點(diǎn)重合。天線作發(fā)射時(shí)，由饋源喇叭發(fā)出

22、的球面波首先由雙曲面反射，然后再經(jīng)主反射面( 拋物面 ) 反射出去。根據(jù)雙曲面和拋物面的性質(zhì)，由饋源發(fā)出的任意一條射線到達(dá)主反射面的某一口徑面上的波程相等，則由饋源輻射的球面波前，必將在主反射面的口徑上變?yōu)槠矫娌ㄇ?，呈現(xiàn)同相場(chǎng)，使卡式天線具有銳波束、高增益性能。天線作接收時(shí)的過程正好相反，外來平面波前經(jīng)主、副反射面反射之后，各射線都將匯聚到饋源所在點(diǎn)由其接收。10. 簡(jiǎn)述分析地面上線天線的輻射場(chǎng)和阻抗所采用的簡(jiǎn)單方法和步驟。答：簡(jiǎn)單方法是采用鏡像法，分析步驟如下：(1) 把地面看作無限大導(dǎo)電平面；(2) 近地垂直天線的鏡像為正像，其鏡像點(diǎn)電流與原電流等幅同相；近地水平天線的鏡像為負(fù)像，其鏡像點(diǎn)

23、電流與原電流等幅反相；(3) 考慮鏡像天線之后，地面就可以去掉，此時(shí)近地天線的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)就可看作考慮鏡像天線之后的二元陣問題；(4) 近地垂直和水平振子天線的輻射阻抗分別為ZrZ11Z12和 ZrZZ12；其中 Z12為近地天線與其鏡像天線之間的互阻抗；1111. 試舉出五種所學(xué)過的常用寬帶天線型式？并說明其特點(diǎn)？答： (1)籠形天線：它是一種截面直徑增大的對(duì)稱振子天線，其平均特性阻抗Z0 很小，其輸入阻抗 Zin 隨 l /變化緩慢，頻帶寬度可達(dá)幾十；(2) 雙錐天線：若為無限長(zhǎng)，則其輸入阻抗與其長(zhǎng)度無關(guān)，只與其張角有關(guān)。實(shí)用的為有限長(zhǎng)，天線的兩端會(huì)有電流反射，但其輸入阻抗隨其長(zhǎng)度變化不大，頻帶

24、寬度可達(dá)幾十幾個(gè)倍頻程；(3) 盤錐天線；它是把雙錐天線的一個(gè)臂用一個(gè)圓盤取代，目的是減小天線長(zhǎng)度尺寸；其輸入阻抗隨其長(zhǎng)度變化不大，類似一個(gè)高通濾波器，頻帶寬度可達(dá)幾個(gè)倍頻程；(4) 等角螺旋天線：其輻射特性和阻抗特性僅與角度有關(guān)，而與其臂長(zhǎng)無關(guān)，因此頻率變化時(shí)天線特性不變，頻帶寬度可達(dá)幾個(gè)倍頻程以上；(5) 對(duì)數(shù)周期天線：這類天線形式多樣，有對(duì)數(shù)周期齒形天線、對(duì)數(shù)周期振子天線等，天線的結(jié)構(gòu)尺寸隨頻率的對(duì)數(shù)變化，頻率變化時(shí)，工作區(qū)相應(yīng)地移動(dòng)，其頻帶寬度可達(dá)十幾個(gè)倍頻程以上。其它的寬帶天線還有：阿基米德螺旋天線，菱形天線，加載天線等。12. 簡(jiǎn)述在天線原理中巴比涅原理的實(shí)質(zhì)是什么。并說明開槽天線

25、與互補(bǔ)的金屬天線的電磁場(chǎng)矢量在空間的極化關(guān)系。答：巴俾涅原理的實(shí)質(zhì)：一個(gè)金屬開槽天線的輻射場(chǎng)可由其互補(bǔ)的金屬天線來求解，且E 槽H 金 ， H 槽 E 金 。說明開槽天線的電磁場(chǎng)矢量與互補(bǔ)的金屬天線的電磁場(chǎng)矢量在空間極化上相差90 。13. 旋轉(zhuǎn)拋物面天線饋源橫向偏焦對(duì)方向圖有何影響？簡(jiǎn)述饋源橫向偏焦有哪些應(yīng)用？答：旋轉(zhuǎn)拋物面天線饋源橫向偏焦，將使口徑場(chǎng)產(chǎn)生線性率和立方率相位分布，對(duì)方向圖的影響是使波束指向偏離口徑面法向、主瓣變寬、副瓣升高、增益減小。饋源橫向偏焦引起波束偏移在雷達(dá)中的如下幾個(gè)方面得到應(yīng)用(1) 應(yīng)用于雷達(dá)圓錐掃描中(2) 分布饋源法形成余割平方方向圖(3) 單脈沖雷達(dá)天線中(

26、4) 用反射面天線形成多個(gè)波束指向不同的同步衛(wèi)星的通訊中，等共5頁第6頁14. 試述角錐喇叭輻射場(chǎng)與 E 面和 H 面扇形喇叭輻射場(chǎng)的關(guān)系，并說明什么是最佳角錐喇叭。答：角錐喇叭的E 面輻射場(chǎng)與E 面扇形喇叭的E 面輻射場(chǎng)相同；角錐喇叭的H 面輻射場(chǎng)與 H 面扇形喇叭的H 面輻射場(chǎng)相同。最佳角錐喇叭是指其尺寸的選取使得其增益最大。其具體要求是其E 面和 H 面尺寸分別取最佳。15. 簡(jiǎn)述分析卡塞格倫天線的等效拋物面法的等效原理。答：等效原理是用等效拋物面(虛拋物面 )取代卡式天線的主、副反射面，從而把卡式天線的問題簡(jiǎn)化為饋源相同、拋物面口徑直徑相同但焦距增大了M 倍的單反射面來進(jìn)行定量分析。1

27、6. 根據(jù)各振子電尺寸( ln /)的不同，可把LPDA( 對(duì)數(shù)周期天線 )天線分為哪三個(gè)區(qū)? 從天線工作的物理過程說明LPDA 天線的寬帶工作原理。答：三個(gè)區(qū)為：傳輸區(qū)、輻射區(qū)和未激勵(lì)區(qū)。當(dāng)對(duì) LPDA天線饋電后，由信號(hào)源供給的電磁能量沿集合線傳輸，依次對(duì)各振子激勵(lì)，只有長(zhǎng)度接近諧振長(zhǎng)度(/ 2 ) 的那部分振子上才能激勵(lì)起較大電流，向空間形成有效的輻射。而遠(yuǎn)離諧振長(zhǎng)度的那些長(zhǎng)的或短的振子上的電流都很小，對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)沒多大貢獻(xiàn)，隨著工作頻率的改變，輻射區(qū)位置將發(fā)生改變，由于結(jié)構(gòu)的相似性，使輻射方向圖及集合線饋電處的輸入阻抗基本保持不變，因此LPDA 天線工作頻帶非常寬，可達(dá)10 個(gè)倍頻程以上。17

28、. 旋轉(zhuǎn)拋物面天線的效率因子可表示為g gg2， g 和 g2表示什么？并分析出現(xiàn)最大效率的原因。11答： g1 和 g2 分別表示口徑效率和截獲效率。當(dāng)焦徑比增大時(shí) (長(zhǎng)焦距 )，漏失的能量增大，使截獲效率g 減小，導(dǎo)致 g 減??；2焦徑比增大的同時(shí)，饋源照射到反射面上的場(chǎng)的均勻程度也增加了，這反而使g1 增大，即g 增大。這兩個(gè)因素的影響結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)效率的最大值。18. 簡(jiǎn)要回答和證明扇形喇叭的口徑場(chǎng)沿張開的口徑方向?yàn)槠椒铰上嗖睢?9. 簡(jiǎn)要回答為何旋轉(zhuǎn)拋物面天線喇叭饋源的相位中心要置于反射面焦點(diǎn)處。20. 簡(jiǎn)述卡塞格倫天線提高效率的方法和技術(shù)途徑？答： (1)方法：一般說來，卡塞格倫天線

29、的效率與普通旋轉(zhuǎn)拋物面天線的效率差不多，為了提高其效率，主要采用兩種方法：一是保持反射系統(tǒng)不變，使饋源方向圖最佳化，即采用高效率饋源。二是保持饋源方向圖不變，修改反射系統(tǒng)使其最佳化，即采用修正型卡塞格倫天線。實(shí)際中這兩種方法同時(shí)采用。(2) 技術(shù)途徑：一是選擇窄波束的高效饋源，提高副反射面的的截獲效率；二是修正副反射面使主面口徑場(chǎng)的幅度均勻，修改主反射面使口徑場(chǎng)相位同相，以提高口徑效率。21. 簡(jiǎn)要回答什么是電磁波的極化？(3 分 )什么是天線的極化？(2 分 )答：電磁波的極化是指：沿電磁波傳播方向看去，電場(chǎng)矢量方向隨時(shí)間變化的軌跡，如果其軌跡為一直線，則為線極化波；若其軌跡為一個(gè)圓，則為圓

30、極化波；若其軌跡為橢圓，則為橢圓極化波。共5頁第7頁天線的極化是根據(jù)其最大輻射方向上輻射電磁波的極化來定義的。22. 什么是天線的相位中心？ (2 分)什么是視在相位中心？ (1 分 )如下哪些天線的相位中心分別屬于這兩類？(2 分)(1)半波振子天線， (2) 等幅同相的半波振子二元陣，(3) 角錐喇叭天線， (4)八木天線，（ 5）LPDA 天線。答：天線遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)的一般表示可寫成如下形式EuuE?( , )ej( ,) e j r(10.61)r?E( ,)(,)式中，u為單位矢量，為遠(yuǎn)場(chǎng)幅度方向圖函數(shù)，為遠(yuǎn)場(chǎng)相位方向圖函數(shù)相位中心定義為： 在天線上或鄰近若有一參考點(diǎn)在給定頻率下使(,

31、) 常數(shù) (即與, 無關(guān) )，則這個(gè)使(, ) 常數(shù)的參考點(diǎn)稱為天線的相位中心。大多數(shù)天線并不存在這樣的理想相位中心，而只在其輻射方向圖主瓣的一個(gè)較大立體角范圍內(nèi)使得( ,) 常數(shù)，其對(duì)應(yīng)的相位中心叫視在相位中心。半波振子天線及其組成的等幅同相二元陣存在理想的相位中心。角錐喇叭天線、八木天線和LPDA 天線只存在視在相位中心。23. 何謂天線的輻射電阻？(1 分 )已知對(duì)稱振子天線的遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)為Ej 60I m e j r f ( ) ，試導(dǎo)出其輻射電阻的表達(dá)式。 (4 分 )r答：輻射電阻Rr 是指 “吸收 ”天線全部輻射功率的電阻，其上流過的電流為天線上的波腹電流。天線的遠(yuǎn)區(qū)磁場(chǎng)為：HE

32、，01 Er?| E2r?6022可得坡印亭矢量為：WH *|I2m f 2 ()22020r221*?60 I m2f 2 ()sin d其輻射功率為：PrEHd2rds200s0則其輻射電阻為： Rr2Pr60 f 2 ( )sin d20I m24. 常見的矩形波導(dǎo)開縫方式有哪四種？應(yīng)用等效傳輸線的概念，分別畫出其等效電路。答：矩形波導(dǎo)開縫主要有：(1)波導(dǎo)寬邊縱縫； (2) 波導(dǎo)寬邊橫縫； (3)波導(dǎo)寬邊斜縫； (4) 波導(dǎo)窄邊斜縫；它們的等效電路如下所示。波導(dǎo)寬邊縱縫的等效電路波導(dǎo)寬邊橫縫的等效電路共5頁第8頁波導(dǎo)寬邊斜縫的等效電路波導(dǎo)窄邊斜縫的等效電路25. 設(shè)理想點(diǎn)源天線和某天線

33、在某方向上的輻射電場(chǎng)分別為E0和 E(,) ，有一種定義得到的方向性系數(shù)和增益的表達(dá)式均為E 2 (,)E02，試說明兩者的不同。答：方向性系數(shù)與增益的定義表達(dá)式雖然完全一樣，但兩者是不同的，即方向性系數(shù)和增益定義的基點(diǎn)和條件是不同的。方向性系數(shù)的定義是以輻射功率Pr為基點(diǎn)，并以相同輻射功率為條件，沒有考慮天線的能量轉(zhuǎn)換效率。增益的定義是以輸入功率Pin 為基點(diǎn)，并以相同輸入功率為條件。26. 畫出下面四種情況下等幅激勵(lì)二元陣的陣因子方向圖( d 為間距，為相位差 )。(a) d/ 2 ,0 時(shí) (b) d/ 2 ,180時(shí)(c) d/ 4 ,90(d) d,0時(shí)27.簡(jiǎn)述對(duì)中波和長(zhǎng)波垂直接地

34、天線加頂(形、傘形等 )和鋪設(shè)地網(wǎng)的作用。答：中波 (=2001000 米 )和長(zhǎng)波 (=100010000 米 )的垂直接地天線其長(zhǎng)度由于受結(jié)構(gòu)的限制往往比波長(zhǎng)小得多，因此天線的輻射能力很弱，輻射電阻很小。另一方面，損耗電阻因地面損耗而很大，以致天線效率很低，只有百分之幾到百分之十幾。因此提高天線效率就成為中長(zhǎng)波波段垂直接地天線的主要問題。由天線效率公式aR /(RR )可知，提高天線效率的途徑是增加輻射電阻R 和減少損耗電阻R 。rrlrl天線加頂 (形成形、傘形和 T 形天線等 )是增加輻射電阻 R 的有效途徑。以提高輻射效率。鋪設(shè)地網(wǎng)可減少地面損耗R ，同樣是提高輻射效率。r28. 試

35、根據(jù)拋物面的性質(zhì)，推證焦經(jīng)比f / D 的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并說明其在天線設(shè)計(jì)中的作用。答：由如下圖共5頁第9頁取通過焦點(diǎn)F 而垂直于反射面軸線的z 軸的一個(gè)平面S0 ，并設(shè) M 為拋物線上的點(diǎn)， P 為 S0 上的點(diǎn)， Q 為準(zhǔn)線上的點(diǎn)，且此三個(gè)點(diǎn)在一條直線上。由拋物線性質(zhì)，有故因FMQMFMMPQMMP 2fFMrMPr cos則r r cos2 fr2 f1cos因xr sin，則rx2 fsin1cos取 xD 2時(shí)，0 得f1 ctg (0 )D42f/ D 可以決定長(zhǎng)、中、短焦距，一般在設(shè)計(jì)中，選擇長(zhǎng)焦距情況（0, f0.25 ）在長(zhǎng)焦距下，有一個(gè)使 G 達(dá)到最佳f值。f2DD若從 G

36、出發(fā)，可以確定口徑D ，再選擇合適的0 ，則饋源所需的照射角為 2，則拋物面的形狀就確定了，即可確定0 ，再根據(jù)最佳照射電平便可以設(shè)計(jì)饋D源。三、設(shè)計(jì)計(jì)算題1. 在自由空間中，由兩個(gè)半波振子組成的二元陣如圖所示。已知：d/ 4 ， I 2 I1e j / 2 。要求寫出 E 面和 H 面方向圖函數(shù)；用方向圖相乘原理，繪出 E 面和 H 面方向圖；共5頁第10 頁計(jì)算 1 號(hào)振子的輻射阻抗Zr1 。附表：半波振子互阻抗表H=0H=0.5dR 12X 12R12X120.251.4-19.215.7-8.90.2540.8-28.310.65-12.450.512.5-29.9-11.9-7.91

37、.04.017.79.08.9解： (1)二元陣總場(chǎng)方向圖函數(shù)為fT ( ,)f 0 ( ) f a ( ,)cos(cos/ 2)其中半波振子單元方向圖函數(shù)為：f0 ( )二元陣因子方向圖函數(shù)為：sinf a (,) 2cos( / 2) ，d sinsin，2 / ，/ 22 cos(sinsin1)4E 面(/ 2 )方向圖函數(shù)為：f E ()cos(cos/ 2)2cos(sin1)sin4H 面 (/ 2) 方向圖函數(shù)為：f H ()2cos(sin1)4(2) E 面方向圖H 面方向圖(3) 1 號(hào)單元的輻射阻抗由下式表示共5頁第11 頁Zr1Z11I 2Z12I1其中， I 2 / I 1 ej/2j ， Z11 73.1j 42.5，互阻抗 Z12 可查表得： Z12 (H /0, d /0.25) 40.8-j28.3得： Zr 173.1j 42.5j (40.8j 28.3) 101.4+j83.32. 計(jì)算架高為/ 2 的水平半波天線在垂直于天線軸平面(H 面 )內(nèi)的最大輻射方向m 和該方向上的方向性系數(shù) D 。( 設(shè)地面為理想導(dǎo)電無限大平面，計(jì)算時(shí)可參考第一題附表 )解：水平半波天線在H 面內(nèi)的方向圖函數(shù)為fH ()2 sin