天線的電參數(shù)

1、2022-5-151.2 天線的電參數(shù)天線的電參數(shù) 發(fā)射天線有兩個(gè)主要功能：1、把經(jīng)饋線從發(fā)射機(jī)輸送過(guò)來(lái)的高頻電流以電磁波形式向周圍空間輻射出去。2、定向輻射，即是將能量集中在一定立體角內(nèi)輻射出去。2022-5-15 1、要使天線能從饋線得到最大功率，就必須使天線和饋線良好地匹配，也就是要使天線的輸入阻抗等于饋線的特征阻抗。這就導(dǎo)致引入天線輸入阻抗這一電參數(shù)。這些涉及到發(fā)射天線下列幾方面的問(wèn)題2、天線從饋線得到的輸入功率是否全部由天線輻射出去？天線效率3、天線的定向能力。波瓣寬度、旁瓣電平，方向系數(shù)和增益等。 除了上述的基本電參數(shù)外，還有：4、頻帶寬度5、極化特性 2022-5-15一一 方向

2、圖方向圖n表示場(chǎng)在不同方向上的相對(duì)大小，因此，畫(huà)圖時(shí)要用歸一化方向函數(shù)( , )( , )sinFF 電偶極子的歸一化方向函數(shù)臂長(zhǎng)度不超過(guò)0.625個(gè)波長(zhǎng)的對(duì)稱振子的方向函數(shù)coscoscos,sinkLkLF 0900901 cosFkL coscoscos1,1 cossinkLkLFkL max( , )( , )FFF 2022-5-15主瓣與旁瓣主瓣與旁瓣主瓣：最大輻射方向所在的瓣旁瓣（副瓣）后瓣（尾瓣）2022-5-15平面圖：極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)：清楚0180100極坐標(biāo)：形象、直觀12022-5-15對(duì)數(shù)表示歸一化場(chǎng)值n為了使方向圖中某些很低的電平值也能表示出來(lái)，可對(duì)歸一化

3、場(chǎng)強(qiáng)值取對(duì)數(shù)換成分貝數(shù)120lg/10lg取對(duì)數(shù)n為了使方向圖中某些很低的電平值也能表示出來(lái)，可對(duì)歸一化場(chǎng)強(qiáng)值取對(duì)數(shù)換成分貝數(shù)n為了使方向圖中某些很低的電平值也能表示出來(lái)，可對(duì)歸一化場(chǎng)強(qiáng)值取對(duì)數(shù)換成分貝數(shù)dB02022-5-15二、天線參數(shù)（二、天線參數(shù)（1 1）-旁瓣電平旁瓣電平 FSLL20 lgFirst Sidelobe Level旁瓣電平越低越好2022-5-15天線參數(shù)（天線參數(shù)（2 2）- -主瓣寬度主瓣寬度半功率主瓣寬度 主瓣最大值兩側(cè)功率密度等于最大方向上功率密度一半的兩個(gè)方向的夾角2022-5-15基本振子的主瓣寬度0900003290db2022-5-15主瓣寬度的比較主

4、瓣寬度愈小，說(shuō)明天線輻射能量愈集中，其定向輻射的性能愈好，天線的方向性越強(qiáng)2022-5-15n主瓣寬度和旁瓣電平是一對(duì)不可調(diào)和的矛盾體壓低旁瓣，主瓣將會(huì)變寬壓縮主瓣寬度，旁瓣將會(huì)抬高2022-5-15后向功率后向功率前向功前向功率率前后比是指天線的前向輻射功率和后向輻射功率之比天線參數(shù)（天線參數(shù)（3 3）- -前后比前后比2022-5-15前后比較差前后比較差前后比較好前后比較好2022-5-15天線參數(shù)（天線參數(shù)（4 4）- -方向系數(shù)n定義定義：n無(wú)方向性天線無(wú)方向性天線 產(chǎn)生的功率密度均勻分布在以天線為中心的球面上，無(wú)方向性 某一天線的方向系數(shù)是它在最大輻射方向最大輻射方向上某一距離處的

5、輻射功率密度和輻射功率相同輻射功率相同的無(wú)方向性天線在同一距離處的輻射功率密度之比值。用D表示 方向系數(shù)函數(shù)：,D 2022-5-15max0pDp024Ppr22max60rEDPmax,EEF ,sPpds 20240E20260PEr2max20EE2,240Ep 2222max00,sin240rEFdd 22max,240EF 22004,sinDFdd （1）（2）2022-5-15,1F ,sinF 對(duì)于基本振子，其歸一化方向函數(shù)為對(duì)于無(wú)方向性天線，其歸一化方向函數(shù)為230041.5sinDdd 2000421sinsinDddd 2022-5-15方向系數(shù)的物理意義方向系數(shù)的物

6、理意義 EDPrmax60無(wú)方向性天線 max601PDEr 有方向性天線 EDPrmax()60某天線的方向系數(shù)，表征該天線在其最大輻射方向上比起無(wú)方向性天線來(lái)說(shuō)把輻射功率放大的倍數(shù)。注意，不是實(shí)際上的放大22max60rEDP2022-5-15天線在最大輻射方向上輻射強(qiáng)度的增加是以其它方向上輻射場(chǎng)的減小為代價(jià)的2022-5-15n微波波段 D=10000，采用無(wú)方向性天線，需要的發(fā)射功率為50kw。若采用微波天線，需要的發(fā)射功率為50kw/D=5w。若接收天線也為微波天線，則需要的發(fā)射功率僅為0.5mw。采用高方向性的發(fā)射天線，可節(jié)約發(fā)射功率采用高方向性的接收天線，可提高信號(hào)的信噪比天線的

7、方向系數(shù)值越大，天線的方向性越好2022-5-15天線參數(shù)（天線參數(shù)（5）-效率效率inp ()P ()A輻射功率輸入功率AdPPPdP天線的損耗功率為了提高天線的效率，應(yīng)盡可能提高輻射電阻和降低損耗電阻212dAdPI R212API RdRAdRRR是天線的損耗電阻2022-5-15222274d1MHz10.00331R80=800.0088300R211MHz5.7 104.06 10 mR0.103R7.87%RR1rddrArlmlllSaf 一工作在，長(zhǎng)度為的基本振子輻射電阻天線的歐姆電阻，是趨膚厚度，工作在的銅線，假設(shè)導(dǎo)線半徑a=，則由于輻射電阻隨長(zhǎng)度的平方，歐姆電阻隨長(zhǎng)度的

8、次方增長(zhǎng)，因此，增加天線的長(zhǎng)度就可以提高天線的效率。a2022-5-15天線參數(shù)（天線參數(shù)（6）-增益增益AGD無(wú)方向性理想天線max60G=1inPEr某天線的增益系數(shù)，表征該天線在其最大輻射方向上比起無(wú)方向性理想天線來(lái)說(shuō)把輸入功率放大的倍數(shù)。增益對(duì)于無(wú)耗天線，G=Dmax60DPEr60AinDPrmax60inGPEr2022-5-15有甲、乙兩天線，它們的方向系數(shù)相同，但增益系數(shù)不同，乙的增益系數(shù)是甲的兩倍，它們都是以最大輻射方向?qū)?zhǔn)r遠(yuǎn)處的點(diǎn)M，比較兩天線在點(diǎn)M處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小。 1）兩天線輻射功率相同時(shí)； 2）兩天線輸入功率相同時(shí)。思考max60DPErmax60inGPEr202

9、2-5-15n由于方向系數(shù)和增益表示的是功率的比值，因此，10lg10lg10lg 1.51.76dBdBdBDD dBiGG dBiDdBi用分貝表示基本振子的方向系數(shù)2022-5-15dBi，dBd：兩者都是功率的比值， 但參考基準(zhǔn)不一樣。dBi的參考基準(zhǔn)為無(wú)方向性天線，dBd的參考基準(zhǔn)為偶極子天線， 所以兩者略有不同。一般認(rèn)為，表示同一個(gè)增益，用dBi表示出來(lái)比用dBd表示出 來(lái)要大2. 15。 dBi與dBd的區(qū)別2022-5-15天線參數(shù)（天線參數(shù)（7）- -天線的極化天線的極化n線極化、圓極化、橢圓極化n天線在最大輻射方向上輻射的電磁波的極化特性n天線不能接收與其正交的極化分量，線

10、極化天線不能接收來(lái)波中與極化方向垂直的線極化波；圓極化天線不能接收來(lái)波中與其旋轉(zhuǎn)方向相反的圓極化分量n圓極化天線能否接收線極化波？線極化天線能否接收?qǐng)A極化波？2022-5-15天線參數(shù)（天線參數(shù)（8）-輸入阻抗輸入阻抗n天線通過(guò)傳輸線與發(fā)射機(jī)相連，天線作為傳輸線的負(fù)載，與傳輸線之間存在阻抗匹配的問(wèn)題。n天線與傳輸線連接處稱為天線的輸入端，天線輸入端呈現(xiàn)的阻抗值定義為天線的輸入阻抗，用Z Zinin表示inininininUZRjXI輸入電阻，對(duì)應(yīng)有功功率，以輻射和損耗兩種方式耗散掉輸入電抗，對(duì)應(yīng)無(wú)功功率，貯存在近區(qū)中2022-5-15n電壓駐波比（VSWR）n回波損耗（反射系數(shù)S11）1111

11、11SVSWRS11incincZZSZZ-10dB1.52022-5-15n天線的輸入阻抗決定于天線的結(jié)構(gòu)、工作頻率以及周圍的環(huán)境。輸入阻抗的計(jì)算是比較困難的，除了少數(shù)天線外，大多數(shù)天線的輸入阻抗在工程中采用近似計(jì)算或?qū)嶒?yàn)測(cè)定。如何采用實(shí)驗(yàn)測(cè)定？VmaxVminVSWR=11SZin2022-5-15天線參數(shù)（天線參數(shù)（9）-天線的輻射阻抗天線的輻射阻抗n將計(jì)算功率的封閉面設(shè)置在天線的近區(qū)，用天線的全部場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，則求出的的功率將包含有功功率和無(wú)功功率兩部分。n引入輸入電流，可定義輻射阻抗212inPIZ輸入功率為輻射功率和損耗功率之和，有indindRRRRRR輸入電阻輻射電阻損耗電阻21

12、2inIRjX輻射電阻，對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)區(qū)輻射功率輻射電抗，對(duì)應(yīng)于近區(qū)功率的轉(zhuǎn)化inXX2022-5-15天線參數(shù)（天線參數(shù)（10）-頻帶寬度頻帶寬度當(dāng)工作頻率發(fā)生變化時(shí)，天線的的各個(gè)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，若變化的程度在所允許的范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的頻率是天線的工作頻率，工作頻率的范圍稱為頻帶寬度。相對(duì)帶寬絕對(duì)帶寬maxmin0100%fffmaxminff窄帶天線寬帶天線超寬帶天線百分之幾百分之幾十幾個(gè)倍頻程2022-5-15n天線的帶寬都是就某個(gè)參數(shù)而言的，不同的天線參數(shù)，如最大輻射方向、波瓣寬度、副瓣電平、增益、極化等往往有不同的帶寬。n通常方向圖和輸入阻抗隨頻率的變化具有很大區(qū)別，因而使用方向圖帶寬和阻抗帶寬以示分別。與方向圖帶寬有關(guān)的參數(shù)包括最大輻射方向、波瓣寬度、旁瓣電平、方向性系數(shù)和增益。與阻抗帶寬有關(guān)的是輸入阻抗和輻射效率。若對(duì)方向圖帶寬和阻抗帶寬同時(shí)提出要求，取其窄的做為整個(gè)