天線理論與設(shè)計(jì)基本概念

1、基本電振子(赫茲偶極子)電基本振子是一段長(zhǎng)度l遠(yuǎn)小于波長(zhǎng), 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(diǎn)為球心，半徑為1的球面被錐面所截得的面積來(lái)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(duì)應(yīng)的圓心角記作d=ds/r；所以整個(gè)圓周對(duì)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(duì)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(jì)算：dW= ds /R2= ds=sin q *d q* df (sr)輻射強(qiáng)度定義：給定方向上單位立體角輻射的功率。計(jì)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(chǎng)強(qiáng)方向圖：定義：在固定距離r=r0的球面上，輻射電

3、場(chǎng)強(qiáng)度隨著角坐標(biāo)的相對(duì)變化(函數(shù))圖形為場(chǎng)強(qiáng)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(duì)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(gè)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(qiáng)得多· 全向天線：天線在某個(gè)平面內(nèi)的輻射為無(wú)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(diǎn)過(guò)輻射強(qiáng)度是最大值一半(對(duì)應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)是最大值的12)的點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)度與參考天線的輻射強(qiáng)度之比。參考天線：與實(shí)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(gè)立體角，如果所有功率均通過(guò)此立體角輻射，在此立體角內(nèi)輻射強(qiáng)度均勻并等于最大值 功率增益：定義: 任意方向上的輻射強(qiáng)度與無(wú)耗各向同性參考天線的輻射強(qiáng)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(lì)時(shí)輻射波的極化，或在天線輸出端得到最大可用功率時(shí)的給定方向上入射波的極化”未規(guī)定方向時(shí)，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(chǎng)矢量的方向和相對(duì)幅度的時(shí)變特性，確切地說(shuō)，就是在空間固定位置沿傳播方向觀察到的電場(chǎng)矢量的端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡”。電小天線尺寸相對(duì)于工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)比較小的天線就是電小天線，它也是最基本的天線。最簡(jiǎn)單的電小天線是短振子，是一段饋電點(diǎn)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(duì)稱振子：l 定義：由兩根等長(zhǎng)的直金屬線或金

6、屬筒構(gòu)成，中間有饋線。沿Z 軸取向，長(zhǎng)為L(zhǎng)且中心饋電，如圖可將其視為開路雙線傳輸線由末端長(zhǎng)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?yàn)樵趜'=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(chǎng)：遠(yuǎn)場(chǎng)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(zhǎng)度半功率波瓣寬度L<149014871278346447.8當(dāng)L>1.25 時(shí)，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(wú)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(shí)，可近似為理想地面。鏡像原理相似源：組成天線陣的各單