天線理論與設(shè)計基本概念

1、基本電振子(赫茲偶極子)電基本振子是一段長度l遠小于波長, 電流I等幅同相的直線電流元i(t)=Icost, 它是線天線的基本組成部分, 任意線天線均可看成是由一系列電基本振子構(gòu)成的。立體角：定義：立體角是以圓錐體的頂點為球心，半徑為1的球面被錐面所截得的面積來度量的，度量單位稱為“立體弧度”。和平面角的定義類似。在平面上我們定義一段弧微分S與其矢量半徑r的比值為其對應(yīng)的圓心角記作d=ds/r；所以整個圓周對應(yīng)的圓心角就是2；與此類似，定義立體角為曲面上面積微元ds與其矢量半徑的二次方的比值為此面微元對應(yīng)的立體角記作d=ds/r2；由此可得，閉合球面的立體角都是4。單位：steradian-&

2、gt;sr=stereos+radian球坐標(biāo)系中計算：dW= ds /R2= ds=sin q *d q* df (sr)輻射強度定義：給定方向上單位立體角輻射的功率。計算：U,=12ReE×H*dsdsr2=12ReE×H*r2r物理意義：反應(yīng)在給定方向上輻射的大小輻射功率：定義：Pr=U,d=U,sin*dd 輻射效率定義：天線的輸入功率僅有一部分轉(zhuǎn)換為輻射功率，其余被天線及其附近結(jié)構(gòu)所吸收。輻射效率定義為天線的輻射功率與凈輸入功率之比。e=PrPin=RrRin=RrRl+Rr其中：Rr為輻射電阻，Rl為損耗電阻。場強方向圖：定義：在固定距離r=r0的球面上，輻射電

3、場強度隨著角坐標(biāo)的相對變化(函數(shù))圖形為場強方向圖。方向圖函數(shù)F,F,=E(,)Em(0,0)作圖二維平面圖：極坐標(biāo)圖直角坐標(biāo)圖功率方向圖：在固定距離r=r0的球面上，波印廷矢量的r分量隨著角坐標(biāo)的相對變化(函數(shù)關(guān)系)圖形為功率方向圖。方向圖函數(shù)記為P,按方向圖特征的天線分類· 各向同性天線：天線向各個方向均勻輻射。· 方向性天線：天線在某些方向的輻射比其他方向的輻射強得多· 全向天線：天線在某個平面內(nèi)的輻射為無方向性，在其正交面具有方向性波瓣：半功率波瓣寬度：定義：從方向圖的原點過輻射強度是最大值一半(對應(yīng)場強是最大值的12)的點的 矢量所夾的角度。（3dB波瓣

4、寬度）。E面和 H面的半功率波瓣寬度分別用2qHPE 和2qHPH表示。第一零陷波瓣寬度：定義：從方向圖的原點與主瓣的根部相切的矢量所夾的角度。用2q0表示副瓣電平（SLL）：定義：副瓣峰值與主瓣最大值之比。方向性定義：天線在某方向的輻射強度與參考天線的輻射強度之比。參考天線：與實際天線具有相同的輻射功率，并且均勻輻射。 D,=U(,)/UavU,=12ReE×H*r*r2=P,*r2=Pn,*Um 波瓣立體角定義：天線的波瓣立體角是一個立體角，如果所有功率均通過此立體角輻射，在此立體角內(nèi)輻射強度均勻并等于最大值 功率增益：定義: 任意方向上的輻射強度與無耗各向同性參考天線的輻射強度

5、之比 G,=eD(,)極化：定義：天線在給定方向的極化定義為“天線被激勵時輻射波的極化，或在天線輸出端得到最大可用功率時的給定方向上入射波的極化”未規(guī)定方向時，極化為最大增益方向的極化。輻射波的極化定義為“描述電磁波電場矢量的方向和相對幅度的時變特性，確切地說，就是在空間固定位置沿傳播方向觀察到的電場矢量的端點隨時間變化的軌跡”。電小天線尺寸相對于工作頻率所對應(yīng)的波長比較小的天線就是電小天線，它也是最基本的天線。最簡單的電小天線是短振子，是一段饋電點在中心的導(dǎo)線。 短振子與理想偶極子的輻射電阻：理想偶極子的輻射電阻是短振子的輻射電阻的4倍 理想偶極子對稱振子：l 定義：由兩根等長的直金屬線或金

6、屬筒構(gòu)成，中間有饋線。沿Z 軸取向，長為L且中心饋電，如圖可將其視為開路雙線傳輸線由末端長L/2處彎折90度而成。 l 電流分布:假設(shè)彎折部分電流分布不變，引入電流分布 Iz'=Imsinkl2-z',z'l2因為在z'=l2處開路，所以該處的電流一定為0。參考微波技術(shù)基礎(chǔ)傳輸線理論。l 輻射場：遠場取僅保持橫向分量 ,及1/r階分量E=jsine-jkr4r2Imkcoskl2cos-cos(kl2)sin2l 歸一化方向圖函數(shù)：f=coskl2cos-cos(kl2)sinl 半功率波瓣寬度天線長度半功率波瓣寬度L<149014871278346447.8當(dāng)L>1.25 時，出現(xiàn)多瓣圖。l 輻射電阻：先求波印廷矢量->功率密度->輻射功率->輻射電阻l 輻射電阻與L關(guān)系圖：完純導(dǎo)電地平面無限大的理想導(dǎo)電平面，良導(dǎo)體的金屬面或柵網(wǎng)，當(dāng)尺寸比天線大幾倍時，可近似為理想地面。鏡像原理相似源：組成天線陣的各單