第二章天線基礎(chǔ)知識(shí)

1、第二章第二章 天線基礎(chǔ)天線基礎(chǔ)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：v 發(fā)射天線的電參數(shù)（特性發(fā)射天線的電參數(shù)（特性參數(shù)）參數(shù)）v 電基本振子的輻射電基本振子的輻射v 自由空間的對(duì)稱振子自由空間的對(duì)稱振子第一節(jié)：第一節(jié)： 天線電參數(shù)天線電參數(shù) 問(wèn)題的提出：?jiǎn)栴}的提出：不同天線具有不同的形式或不不同天線具有不同的形式或不同的源分布，因而具有不同的輻射場(chǎng)分布。同的源分布，因而具有不同的輻射場(chǎng)分布。 實(shí)際工程中，如果用不同的輻射場(chǎng)來(lái)比較不實(shí)際工程中，如果用不同的輻射場(chǎng)來(lái)比較不同天線在某一方面的特性孰優(yōu)孰劣的話，既不同天線在某一方面的特性孰優(yōu)孰劣的話，既不直觀又不方便，因而往往要采用將介紹的一些直觀又不方便，因而往往要

2、采用將介紹的一些天線指標(biāo)來(lái)說(shuō)明。天線指標(biāo)來(lái)說(shuō)明。 天線指標(biāo)（天線電參數(shù)）天線指標(biāo)（天線電參數(shù)）：是指描述天線某：是指描述天線某一方面特性的參數(shù)，是衡量天線性能的尺度。一方面特性的參數(shù)，是衡量天線性能的尺度。第一節(jié)第一節(jié) 天線電參數(shù)天線電參數(shù)1、方向函數(shù)、方向圖、方向圖參數(shù)、方向系數(shù)、方向函數(shù)、方向圖、方向圖參數(shù)、方向系數(shù)2、波束范圍或波束立體角、波束效率、波束范圍或波束立體角、波束效率3、輻射強(qiáng)度、輻射功率、輻射強(qiáng)度、輻射功率4、輸入阻抗與輻射電阻、輸入阻抗與輻射電阻5、方向性系數(shù)、方向性系數(shù)D(定向性定向性D)、增益增益G6、方向性系數(shù)、方向性系數(shù)D(定向性定向性D)、分辨率分辨率7、天線的

3、有效長(zhǎng)度、有效面積、天線的有效長(zhǎng)度、有效面積8、天線的極化、天線的極化9、頻帶寬度、頻帶寬度 方向性方向性 天線的方向性天線的方向性是指在遠(yuǎn)區(qū)相同距離的條是指在遠(yuǎn)區(qū)相同距離的條件下，天線的輻射特性與空間方向的關(guān)系。件下，天線的輻射特性與空間方向的關(guān)系。 所有天線都具有方向性，為了描述天線所有天線都具有方向性，為了描述天線的方向性，引入以下電參數(shù)：的方向性，引入以下電參數(shù)： 方向函數(shù)（場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)方向函數(shù)（場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù) 功率方向函數(shù)）功率方向函數(shù)） 方向圖方向圖 方向圖參數(shù)方向圖參數(shù) 方向函數(shù)方向函數(shù) (1) 場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)：場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)：以天線為中心，遠(yuǎn)以天線為中心，遠(yuǎn)區(qū)某一恒定半徑的球面上輻射

4、場(chǎng)強(qiáng)大小的區(qū)某一恒定半徑的球面上輻射場(chǎng)強(qiáng)大小的分布情況。分布情況。 天線在遠(yuǎn)區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)可以表示為：天線在遠(yuǎn)區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)可以表示為：其中方向函數(shù)定義為其中方向函數(shù)定義為60( , , )( , )jkrIE rfer 60( , )( , , )IfE rr (2) 歸一化歸一化場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù) 定義：定義： 為了便于比較不同天線的方向圖。為了便于比較不同天線的方向圖。 其中，其中， 為天線在任意方向上的輻射場(chǎng)，為天線在任意方向上的輻射場(chǎng)，為天線在最大輻射方向上的輻射場(chǎng)，為天線在最大輻射方向上的輻射場(chǎng)， 為方向函數(shù)為方向函數(shù)的最大值。的最大值。 maxmax( , , )( , )( , )E

5、 rfFEf ( , , )E r maxEmaxf (3) 歸一化功率方向函數(shù)：歸一化功率方向函數(shù)：以天線為中以天線為中心，遠(yuǎn)區(qū)某一恒定半徑的球面上輻射場(chǎng)平心，遠(yuǎn)區(qū)某一恒定半徑的球面上輻射場(chǎng)平均功率密度的相對(duì)分布情況。均功率密度的相對(duì)分布情況。 其與場(chǎng)強(qiáng)方向圖的關(guān)系可以表示為：其與場(chǎng)強(qiáng)方向圖的關(guān)系可以表示為：222max( , , )( , )( , )E rPFE (1) 方向性天線：方向性天線：具有在某些方向比其具有在某些方向比其它方向能更有效地接收或輻射電磁波的特它方向能更有效地接收或輻射電磁波的特點(diǎn)。所有的真實(shí)天線均為方向性天線。點(diǎn)。所有的真實(shí)天線均為方向性天線。 (2) 各向同性天

6、線（等方向性天線）：各向同性天線（等方向性天線）：在所有方向上具有相同輻射的假想的無(wú)損在所有方向上具有相同輻射的假想的無(wú)損耗天線，又稱為耗天線，又稱為理想點(diǎn)源理想點(diǎn)源。通常被作為參。通常被作為參考，進(jìn)而來(lái)表示實(shí)際天線的方向特性。考，進(jìn)而來(lái)表示實(shí)際天線的方向特性。根據(jù)方向性對(duì)天線進(jìn)行分類根據(jù)方向性對(duì)天線進(jìn)行分類 方向圖方向圖 將天線的方向函數(shù)以圖形的形式表示出將天線的方向函數(shù)以圖形的形式表示出來(lái)，即為天線的方向圖。來(lái)，即為天線的方向圖。 方向圖對(duì)天線方向特性的描述更為直觀。方向圖對(duì)天線方向特性的描述更為直觀。 方向圖的類型有方向圖的類型有歸一化場(chǎng)強(qiáng)方向圖歸一化場(chǎng)強(qiáng)方向圖和和歸歸一化功率方向圖一化

7、功率方向圖。 方向圖通常是方向圖通常是空間三維立體形狀空間三維立體形狀。 在繪制方向圖時(shí)一般只繪制兩個(gè)相互垂直在繪制方向圖時(shí)一般只繪制兩個(gè)相互垂直的典型平面（通過(guò)天線最大輻射方向）的方的典型平面（通過(guò)天線最大輻射方向）的方向圖，這兩個(gè)相互垂直的典型平面即為向圖，這兩個(gè)相互垂直的典型平面即為主平主平面面。 主平面的選?。褐髌矫娴倪x?。?（1）赤道面與子午面）赤道面與子午面 （2）水平面與子午面）水平面與子午面 （3）E面與面與H面面方向圖主平面的選取方向圖主平面的選取 一般來(lái)說(shuō)，波瓣圖的表示需要用到兩個(gè)互相垂直一般來(lái)說(shuō)，波瓣圖的表示需要用到兩個(gè)互相垂直的剖面，稱為主平面波瓣圖（的剖面，稱為主平面

8、波瓣圖（xozxoz和和xoy),xoy),但繞軸對(duì)稱但繞軸對(duì)稱的波瓣圖只要一個(gè)剖面圖就夠了的波瓣圖只要一個(gè)剖面圖就夠了方向圖的具體畫(huà)法方向圖的具體畫(huà)法 （1）極坐標(biāo)系極坐標(biāo)系 比較直觀，波束較少時(shí)采用，如線天線比較直觀，波束較少時(shí)采用，如線天線 （2）直角坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系 坐標(biāo)可以任意擴(kuò)展，比較清晰，波束較多坐標(biāo)可以任意擴(kuò)展，比較清晰，波束較多時(shí)采用，如口徑天線時(shí)采用，如口徑天線方向圖參數(shù)方向圖參數(shù)波瓣寬度：波瓣寬度： 零功率點(diǎn)波瓣寬度零功率點(diǎn)波瓣寬度 半功率點(diǎn)波瓣寬度半功率點(diǎn)波瓣寬度副瓣電平副瓣電平(Side Lobe Lever SLL)前后比前后比0002,2,2EH0.50.50.5

9、2,2,2EH例1：某天線具有場(chǎng)波瓣圖 求半功率波束寬度（HPBW)和零功 率點(diǎn)波瓣寬度（FNBW)。2( )cos,090E例2：某天線具有場(chǎng)波瓣圖 ，求其半功率點(diǎn)波瓣寬度和零功率點(diǎn)波瓣寬度。2()( sin)dArdrdr d 式中：式中：d =立體角，表示立體角，表示為立體弧度（為立體弧度（sr)或平方度（或平方度（口口）= 所張的立所張的立體角體角dA222=41=1180=1(deg )3282.80644=3282.8064 4 =41253srrad口完整球面所張的立體角（sr)立體弧度完整球面立體角/4平方度立體弧度波束范圍或波束立體角波束范圍或波束立體角立體角立體角天線的波束

10、范圍或波束立體角天線的波束范圍或波束立體角 天線的波束范圍（或波束立體角）天線的波束范圍（或波束立體角） 為天線為天線的輻射功率等效地按輻射強(qiáng)度的最大值均勻地的輻射功率等效地按輻射強(qiáng)度的最大值均勻地流出時(shí)的立體角。流出時(shí)的立體角。2max00244( , )sin( , )( , )AAnUUd dPdFdsr A 波束范圍是指天線的所有輻射功率等效地波束范圍是指天線的所有輻射功率等效地按按 的最大值均勻流出時(shí)的立體角，因的最大值均勻流出時(shí)的立體角，因此輻射功率為此輻射功率為 瓦，而波束范圍以外瓦，而波束范圍以外的輻射視為零。的輻射視為零。 天線的波束范圍通?？山频乇硎境蓛蓚€(gè)天線的波束范圍通

11、?？山频乇硎境蓛蓚€(gè)主平面內(nèi)主瓣半功率波束寬度主平面內(nèi)主瓣半功率波束寬度 和和 之之積，即積，即0.52E0.52H0.50.522AEH 波束范圍( , )U max( , )AU 波束范圍的計(jì)算波束范圍的計(jì)算例例1.1.設(shè)部分球面所張的立體角設(shè)部分球面所張的立體角 介于介于 和和 之間，求其平方度之間，求其平方度2040 (7050或北緯）3070 (070或東經(jīng)3） 例例2.2.具有具有 場(chǎng)強(qiáng)波瓣圖的天線的波束范圍場(chǎng)強(qiáng)波瓣圖的天線的波束范圍cosA波束效率總的波束范圍總的波束范圍 由主瓣范圍由主瓣范圍 加上副加上副瓣范圍瓣范圍 所構(gòu)成，即所構(gòu)成，即主波束范圍與總波束范圍之比稱為波束效主波

12、束范圍與總波束范圍之比稱為波束效率率 ，即，即 副瓣范圍與總波束范圍之比稱為雜散因子副瓣范圍與總波束范圍之比稱為雜散因子 ，即即 AMmAMm M=MMA波束效率m=1mmAMm雜散因子輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度定義：定義：每單位立體角內(nèi)天線輻射的功率。每單位立體角內(nèi)天線輻射的功率。單位：?jiǎn)挝唬篧 sr-1(W deg-1)天線的輻射強(qiáng)度與距離無(wú)關(guān)，其反映了天天線的輻射強(qiáng)度與距離無(wú)關(guān)，其反映了天線在空間能量的分布情況。線在空間能量的分布情況。( , )U 坡印廷矢量（坡印廷矢量（Poynting vector）：是電磁場(chǎng)中的能：是電磁場(chǎng)中的能流密度矢量。空間某處的電場(chǎng)強(qiáng)度為流密度矢量?？臻g某處的電場(chǎng)強(qiáng)度

13、為E，磁場(chǎng)強(qiáng)度為，磁場(chǎng)強(qiáng)度為H，該處電磁場(chǎng)的能流密度為，該處電磁場(chǎng)的能流密度為S=EH，方向由，方向由E和和H按右手螺旋定則確定，大小為按右手螺旋定則確定，大小為S=EHsin，為為E和和H的夾角，表示單位時(shí)間通過(guò)垂直單位面積的能量，的夾角，表示單位時(shí)間通過(guò)垂直單位面積的能量，單位為單位為瓦瓦/米米2 。天線中坡印廷矢量等于。天線中坡印廷矢量等于12SEH坡印廷矢量坡印廷矢量Prf的物理意義：的物理意義：若做一包圍天線的封閉面，若做一包圍天線的封閉面，通過(guò)此閉合面的電磁波功率的總和。通過(guò)此閉合面的電磁波功率的總和。封閉面在近區(qū)，封閉面在近區(qū)，則坡印廷矢量為則坡印廷矢量為復(fù)數(shù)復(fù)數(shù)，既有，既有輻射

14、的輻射的有功功率有功功率，又有震蕩的，又有震蕩的無(wú)功功率無(wú)功功率。封閉面在遠(yuǎn)區(qū)，封閉面在遠(yuǎn)區(qū)，坡印廷矢量為坡印廷矢量為實(shí)數(shù)實(shí)數(shù)，只有輻，只有輻射的射的有功功率有功功率，震蕩的，震蕩的無(wú)功功率為零無(wú)功功率為零。天線的輻射功率：天線的輻射功率：r1P( , )( , )2fsssSdsUdsEHds 輻射強(qiáng)度與輻射功率密輻射強(qiáng)度與輻射功率密度和場(chǎng)強(qiáng)之間的關(guān)系：度和場(chǎng)強(qiáng)之間的關(guān)系：2221( , )( , )2120USrEr 輻射阻抗輻射阻抗定義：定義：假設(shè)天線的輻射功率被一等效阻抗所假設(shè)天線的輻射功率被一等效阻抗所“吸吸收收”，該阻抗上所流過(guò)的電流為天線上某處的電流，該阻抗上所流過(guò)的電流為天線上

15、某處的電流，則此等效阻抗為天線的輻射阻抗。則此等效阻抗為天線的輻射阻抗。輻射電阻的大小反映了天線輻射能力的大小，若天輻射電阻的大小反映了天線輻射能力的大小，若天線的輻射電阻越大則其輻射能力越大。線的輻射電阻越大則其輻射能力越大。2rr2rr222P1P22Re(P )2Im(P )ffrrrrrffrrIZZIZRjXRXII輸入阻抗輸入阻抗定義：定義：天線輸入端所呈現(xiàn)的天線輸入端所呈現(xiàn)的阻抗。阻抗。引入損耗功率引入損耗功率Pd和損耗電阻和損耗電阻Rd22inininininininPVZRjXIIr2P2|infdddPPPRI天線效率 :定義：定義：天線的輻射功率與天線的輸入功率天線的輻射

16、功率與天線的輸入功率之比，即之比，即,rrrinrdrdinrdPPRPPPRRPPP式中和分別為輸入功率、輻射功率和損耗功率天線的效率表示天線在能量轉(zhuǎn)換上的效能。天線的效率表示天線在能量轉(zhuǎn)換上的效能。方向性系數(shù)D(定向性D)：?jiǎn)栴}的提出：由于方向圖只能表示同一種類由于方向圖只能表示同一種類天線在各不同方向上輻射能量的大小，不便天線在各不同方向上輻射能量的大小，不便于比較不同種類天線在空間輻射能量的集中于比較不同種類天線在空間輻射能量的集中程度。為了定量地比較不同天線的方向性，程度。為了定量地比較不同天線的方向性，提出了方向性系數(shù)的概念。提出了方向性系數(shù)的概念。方向性系數(shù)D的定義1：天線在最大

17、輻射方向上天線在最大輻射方向上的方向性系數(shù)是指在相同輻射功率，相同距離的方向性系數(shù)是指在相同輻射功率，相同距離的情況下，天線在該方向上的輻射功率密度的情況下，天線在該方向上的輻射功率密度S Smaxmax（或場(chǎng)強(qiáng)（或場(chǎng)強(qiáng)E Emaxmax的平方的平方, ,或輻射強(qiáng)度或輻射強(qiáng)度U Umaxmax) )與無(wú)方向與無(wú)方向性天線在該方向上的輻射功率密度性天線在該方向上的輻射功率密度S S0 0（或場(chǎng)強(qiáng)（或場(chǎng)強(qiáng)E E0 0的平方的平方, ,或輻射強(qiáng)度或輻射強(qiáng)度U U0 0）之）之比值。比值。 設(shè)該天線和無(wú)方向性天線輻射功率分別為設(shè)該天線和無(wú)方向性天線輻射功率分別為 和和 ，且，且 ，則該天線方向性系數(shù)為

18、：，則該天線方向性系數(shù)為：rP0rP0rrPP0r0r02maxmaxmaxPP2000rrrrPPPPSEUDSEU方向性系數(shù)D的定義2：遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)最大輻射方向上遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)最大輻射方向上同一點(diǎn)輻射功率或場(chǎng)強(qiáng)相同時(shí)，無(wú)方向性天線同一點(diǎn)輻射功率或場(chǎng)強(qiáng)相同時(shí)，無(wú)方向性天線與研究天線的輻射功率之比。與研究天線的輻射功率之比。 max0r0rP|PEED方向性系數(shù)的含義：1）D越大，方向性越強(qiáng)，輻射越集中；越大，方向性越強(qiáng)，輻射越集中；2）若要求在遠(yuǎn)區(qū)最大輻射方向同一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)相同，）若要求在遠(yuǎn)區(qū)最大輻射方向同一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)相同，則則D越大，需要的輻射功率越小。越大，需要的輻射功率越小。方向性系數(shù)D的計(jì)算：2maxr0

19、rmax022222maxr00PP1212041 |( , )|P( , )2120240sESSrEEdsFd 244444( , )sin( , )ADFd dPd 由推導(dǎo)可以看出，波束范圍越小，則定向性越由推導(dǎo)可以看出，波束范圍越小，則定向性越高。若一個(gè)天線僅對(duì)上半空間輻射，其波束范高。若一個(gè)天線僅對(duì)上半空間輻射，其波束范圍圍 ，則其定向性為，則其定向性為2sr 422D0.50.541253D口近似近似定向性：定向性：克勞斯克勞斯近似式近似式方向性系數(shù)D的計(jì)算：2maxr0rmax022222maxr00PP1212041 |( , )|P( , )2120240sESSrEEdsF

20、d 244444( , )sin( , )ADFd dPd 精確定精確定向性：向性：對(duì)于任意指定對(duì)于任意指定 方向的方向性系數(shù)為：方向的方向性系數(shù)為：11( ,) 211112112200( ,)( ,)4( ,)( , )sinDDFFFd d 場(chǎng)強(qiáng)E與方向性系數(shù)D之間的關(guān)系：坡印亭矢量坡印亭矢量S的定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)與電磁的定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)與電磁波傳播方向相垂直單位面積上的電磁能量（功波傳播方向相垂直單位面積上的電磁能量（功率流密度），率流密度），S的方向代表波的傳播方向。的方向代表波的傳播方向。無(wú)方向性天線的功率密度為：無(wú)方向性天線的功率密度為：根據(jù)方向性系數(shù)的定義：根據(jù)方向性系數(shù)

21、的定義：結(jié)合以上兩式得結(jié)合以上兩式得: :2max20EDE20002142120rPESrmaxmax6060( , )( , )( , )rrPDPDEEEFFrr 1Re* 1202avrESE HeH方向性系數(shù)D的物理意義：1.1.當(dāng)輻射功率相同時(shí)，方向性天線在最大輻射當(dāng)輻射功率相同時(shí)，方向性天線在最大輻射方向的場(chǎng)強(qiáng)是無(wú)方向性天線場(chǎng)強(qiáng)的方向的場(chǎng)強(qiáng)是無(wú)方向性天線場(chǎng)強(qiáng)的 倍。顯倍。顯然主瓣越窄，方向性系數(shù)越大。然主瓣越窄，方向性系數(shù)越大。2.2.若要求在最大輻射方向場(chǎng)點(diǎn)產(chǎn)生相同場(chǎng)強(qiáng)若要求在最大輻射方向場(chǎng)點(diǎn)產(chǎn)生相同場(chǎng)強(qiáng)（EM=E0)，有方向性天線的輻射功率只需無(wú)方，有方向性天線的輻射功率只需

22、無(wú)方向性天線的向性天線的1/D倍。倍。 因此，對(duì)最大輻射方向而言，天線就是輻射因此，對(duì)最大輻射方向而言，天線就是輻射功率的放大器。通過(guò)輻射功率的空間分配來(lái)增功率的放大器。通過(guò)輻射功率的空間分配來(lái)增大最大方向的功率密度大最大方向的功率密度。 D方向性系數(shù)表明天線輻射能量的集中程度方向性系數(shù)表明天線輻射能量的集中程度例例1：試求證方向性系數(shù)的另一種定義：試求證方向性系數(shù)的另一種定義：在最大輻射方向上遠(yuǎn)區(qū)同一點(diǎn)具有相同在最大輻射方向上遠(yuǎn)區(qū)同一點(diǎn)具有相同電場(chǎng)強(qiáng)度的條件下，無(wú)方向天線的輻射電場(chǎng)強(qiáng)度的條件下，無(wú)方向天線的輻射功率與有方向天線的輻射功率之比，記功率與有方向天線的輻射功率之比，記為：為：例例2

23、 2: :已知某天線的歸一化場(chǎng)波瓣圖為：已知某天線的歸一化場(chǎng)波瓣圖為： 其余方向皆為零。求（其余方向皆為零。求（1 1）精確的定向性；）精確的定向性；（2 2）近似的定向性。）近似的定向性。max00rEErPDP( , )sinsin (0,0),( , )EE 例例3：在方向系數(shù)為：在方向系數(shù)為18的天線的最大方向的天線的最大方向上遠(yuǎn)區(qū)上遠(yuǎn)區(qū)3公里處測(cè)得其場(chǎng)強(qiáng)為公里處測(cè)得其場(chǎng)強(qiáng)為12mV/m，則該天線輻射功率多大？若采用無(wú)方向則該天線輻射功率多大？若采用無(wú)方向性天線發(fā)射，要使該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不變，性天線發(fā)射，要使該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不變，則需要多大輻射功率？則需要多大輻射功率？例例4：一喇叭天線方

24、向圖近似為：一喇叭天線方向圖近似為（1）求精確方向性系數(shù)）求精確方向性系數(shù)（2）求近似方向性系數(shù)）求近似方向性系數(shù)( )cos ,090 ,0360F天線增益G:定義：定義：天線在最大輻射方向上遠(yuǎn)區(qū)某點(diǎn)的功率天線在最大輻射方向上遠(yuǎn)區(qū)某點(diǎn)的功率密度密度Smax( (或場(chǎng)強(qiáng)或場(chǎng)強(qiáng)Emax的平方的平方) )與輸入功率相同的與輸入功率相同的無(wú)方向性天線在同一點(diǎn)的功率密度無(wú)方向性天線在同一點(diǎn)的功率密度S0( (或場(chǎng)強(qiáng)或場(chǎng)強(qiáng)E0的平方的平方) )之比，即之比，即002maxmax200ininininPPPPSEGSE增益G與方向性系數(shù)D之間的關(guān)系：0maxmax20maxmax220444ininPPi

25、nSSGSPrSSDPrPr60( , )( , )inP GEFr 增益G與電場(chǎng)強(qiáng)度E之間的關(guān)系：分辨率：定義：定義：第一零點(diǎn)波束寬度的一半，即第一零點(diǎn)波束寬度的一半，即FNBW/2。2FNBWHPBW22FNBWFNBW 結(jié)論：天線能夠分辨出均勻分布于天空的無(wú)結(jié)論：天線能夠分辨出均勻分布于天空的無(wú)線電發(fā)射機(jī)或點(diǎn)輻射源的數(shù)目線電發(fā)射機(jī)或點(diǎn)輻射源的數(shù)目N N的近似值為：的近似值為：4N天線的極化：定義：定義：天線在最大輻射方向上輻射場(chǎng)的極化，天線在最大輻射方向上輻射場(chǎng)的極化，一般指輻射電場(chǎng)矢量的取向，也即電磁場(chǎng)的振一般指輻射電場(chǎng)矢量的取向，也即電磁場(chǎng)的振動(dòng)方向。動(dòng)方向。輻射場(chǎng)的極化是指在輻射場(chǎng)

26、的極化是指在空間某一固定位置上電場(chǎng)空間某一固定位置上電場(chǎng)矢量端點(diǎn)隨時(shí)間運(yùn)動(dòng)的軌跡矢量端點(diǎn)隨時(shí)間運(yùn)動(dòng)的軌跡。根據(jù)軌跡形狀不同，。根據(jù)軌跡形狀不同，可分為可分為線極化、圓極化線極化、圓極化和和橢圓極化橢圓極化。定義：定義：電場(chǎng)矢量沿著一條線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，線極電場(chǎng)矢量沿著一條線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，線極化化 又分為垂直線極化和水平線極化。又分為垂直線極化和水平線極化。線極化：垂直極化垂直極化水平極化水平極化所有的線極化都可分解為水平極化分量和垂直極化分量所有的線極化都可分解為水平極化分量和垂直極化分量圓極化：圓極化：電場(chǎng)矢量的大小不變，其末端做圓周電場(chǎng)矢量的大小不變，其末端做圓周運(yùn)動(dòng)，圓極化分為左旋圓極化和右旋

27、圓極化。運(yùn)動(dòng)，圓極化分為左旋圓極化和右旋圓極化。圓極化：圓極化方式判斷：圓極化方式判斷：拇指指向電磁波的傳播方向，拇指指向電磁波的傳播方向，拇指指向電場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，符合右手定則稱為右拇指指向電場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，符合右手定則稱為右旋圓極化，符合左手定則稱為左旋圓極化。旋圓極化，符合左手定則稱為左旋圓極化。橢圓極化：橢圓極化：橢圓極化：電場(chǎng)矢量大小隨時(shí)間變化，其末電場(chǎng)矢量大小隨時(shí)間變化，其末端運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓。橢圓極化分為左旋橢端運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓。橢圓極化分為左旋橢圓極化和右旋橢圓極化。其極化方式的判斷圓極化和右旋橢圓極化。其極化方式的判斷同圓極化。同圓極化。橢圓極化的軸比橢圓極化的軸比rA：長(zhǎng)軸和短

28、軸之比，左旋：長(zhǎng)軸和短軸之比，左旋時(shí)，軸比為正，右旋時(shí)軸比為負(fù)；當(dāng)軸比為時(shí)，軸比為正，右旋時(shí)軸比為負(fù)；當(dāng)軸比為1時(shí)，為時(shí)，為圓極化圓極化，當(dāng)軸比為無(wú)窮時(shí)，為，當(dāng)軸比為無(wú)窮時(shí)，為線極線極化化。兩正交線極化波兩正交線極化波可合成任意極化波；可合成任意極化波；兩旋向相反的圓極化波兩旋向相反的圓極化波可合成任意極化波；可合成任意極化波；各種極化方式之間的分解：極化匹配：極化匹配：極化匹配：某種極化方式的天線，只能接收與其某種極化方式的天線，只能接收與其極化方式相同的電磁波，稱為極化匹配。極化方式相同的電磁波，稱為極化匹配。如水平線極化天線只能接收水平極化的電磁波，如水平線極化天線只能接收水平極化的電磁

29、波，右旋極化的天線只能接收右旋極化電磁波。右旋極化的天線只能接收右旋極化電磁波。極化失配：極化失配：意味著功率損失。意味著功率損失。例如用線極化天線接收左旋或右旋圓極化波，用例如用線極化天線接收左旋或右旋圓極化波，用右旋或左旋圓極化天線接收線極化波，均有右旋或左旋圓極化天線接收線極化波，均有3dB3dB的功率損耗。的功率損耗。主極化與交叉極化：主極化：主極化：在垂直于矢徑的平面（等相位面）上，在垂直于矢徑的平面（等相位面）上，可以將電場(chǎng)矢量分解為兩個(gè)相互正交的極化分量，可以將電場(chǎng)矢量分解為兩個(gè)相互正交的極化分量，與設(shè)計(jì)初衷一致的稱為主極化分量，相反的稱為與設(shè)計(jì)初衷一致的稱為主極化分量，相反的稱

30、為交叉極化分量。交叉極化分量。極化隔離度：極化隔離度：主極化分量與交叉極化分量的比值，主極化分量與交叉極化分量的比值，通常用通常用dBdB表示。極化隔離度充分大的前提下，同表示。極化隔離度充分大的前提下，同一頻率可一頻率可正交復(fù)用正交復(fù)用，即利用兩個(gè)相互正交的極化，即利用兩個(gè)相互正交的極化，以實(shí)現(xiàn)收發(fā)之間的同頻隔離。以實(shí)現(xiàn)收發(fā)之間的同頻隔離。例例1 1：在空氣中沿：在空氣中沿z z向行進(jìn)的橢圓極化波具向行進(jìn)的橢圓極化波具有有x和和y分量分量求通過(guò)單位面積所傳送的平均功率求通過(guò)單位面積所傳送的平均功率113sin()()6sin(75 )()xoyEtxVmEtxVm有效長(zhǎng)度:定義：定義：在保持

31、天線最大輻射場(chǎng)強(qiáng)不變的條件在保持天線最大輻射場(chǎng)強(qiáng)不變的條件下，假設(shè)天線上的電流為均勻分布時(shí)的等效下，假設(shè)天線上的電流為均勻分布時(shí)的等效長(zhǎng)度，記為長(zhǎng)度，記為le。 等效長(zhǎng)度與計(jì)算它時(shí)等效長(zhǎng)度與計(jì)算它時(shí)的歸算電流有關(guān)，把歸的歸算電流有關(guān)，把歸算于輸入電流算于輸入電流lin的有效的有效長(zhǎng)度記為長(zhǎng)度記為lein，把歸算于，把歸算于波腹電流波腹電流lm的有效長(zhǎng)度的有效長(zhǎng)度記為記為lem。0( )lin einI lI z dz以天線長(zhǎng)度為高度，實(shí)際電以天線長(zhǎng)度為高度，實(shí)際電流與等效電流所包圍的面積流與等效電流所包圍的面積相等。相等。2FNBW定義：定義：天線輸入端電壓與電流之比，用天線輸入端電壓與電流之

32、比，用Zin表示。即：表示。即： Rin-輸入電阻輸入電阻 Xin-輸入電抗輸入電抗 由于計(jì)算天線上的電流很困難，工程上常采用近由于計(jì)算天線上的電流很困難，工程上常采用近似計(jì)算或?qū)嶒?yàn)測(cè)定的方法確定天線的輸入阻抗。似計(jì)算或?qū)嶒?yàn)測(cè)定的方法確定天線的輸入阻抗。輸入阻抗:inininininUZRjXI天線口徑：互易定理互易定理: :任意類型的天線用作接收天線任意類型的天線用作接收天線時(shí)，它的極化、方向性、有效長(zhǎng)度和阻時(shí)，它的極化、方向性、有效長(zhǎng)度和阻抗均與它用作發(fā)射天線時(shí)的相同，這種抗均與它用作發(fā)射天線時(shí)的相同，這種同一天線收發(fā)參數(shù)相同的性質(zhì)稱為天線同一天線收發(fā)參數(shù)相同的性質(zhì)稱為天線收發(fā)的互易性。收發(fā)的互易性?？趶降母拍钍菑慕邮仗炀€的概念引入的口徑的概念是從接收天線的概念引入的有效口徑Ae(有效面積）：E如矩形電磁喇叭天線置