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1、第二章 天線的特性參數(shù)第二章 天線的特性參數(shù)天線特性參數(shù)機(jī)械特性參數(shù):形狀,尺寸,材料,可靠性等電特性參數(shù)一次參數(shù):方向性圖,輸入阻抗,效率二次參數(shù):方向性系數(shù),增益,波瓣寬度, 前后比,極化特性等天線特性參數(shù)機(jī)械特性參數(shù):形狀,尺寸,材料,可靠性等電特性參第一節(jié) 天線的輻射功率和輻射電阻輻射功率: 在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)球面向外輻射的電磁能量的平均值。第一節(jié) 天線的輻射功率和輻射電阻輻射功率:例:求電偶極子的輻射功率?zxyrI例:求電偶極子的輻射功率?zxyrI通過(guò)小面積ds的功率為通過(guò)小面積ds的功率為將 代入,得:在自由空間,電偶極子的輻射功率為:將 代入,得:在自由空間,電偶極子的輻射功率
2、為:2. 輻射電阻: 將輻射功率視為一個(gè)電阻所消耗的功率,并使流過(guò)電阻的電流等于天線上的電流振幅,則該電阻就稱為天線的輻射電阻。根據(jù)定義, 稱為輻射電阻2. 輻射電阻:根據(jù)定義, 稱為輻射電阻例:求電偶極子的輻射電阻?電偶極子的輻射功率為:在自由空間中,例:求電偶極子的輻射電阻?電偶極子的輻射功率為:在自由空間中第二節(jié) 天線的方向性 天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)與方向有關(guān)的特性,稱為天線的方向性。以電偶極子為例:第二節(jié) 天線的方向性 天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)與方向有關(guān)的特性一、天線的方向性函數(shù)和方向性圖用于表示天線方向性特性的函數(shù):電偶極子的方向性函數(shù)電偶極子的方向性圖一、天線的方向性函數(shù)和方向性圖用于表示天線方向性
3、特性的函數(shù):赤道面:與天線軸垂直并經(jīng)過(guò)天線中心 的平面。子午面:包含天線軸的平面。1)電偶極子在赤道面內(nèi)的方向性函數(shù)和方向性圖:赤道面:與天線軸垂直并經(jīng)過(guò)天線中心1)電偶極子在赤道面內(nèi)的方2)電偶極子在子午面內(nèi)的方向性函數(shù)和方向性圖:2)電偶極子在子午面內(nèi)的方向性函數(shù)和方向性圖:二、天線的歸一化方向性函數(shù)和歸一化方向性圖歸一化方向性函數(shù): 天線輻射場(chǎng)與最大方向上的場(chǎng)強(qiáng)值之比。 反映了天線在不同方向的場(chǎng)分布。歸一化方向性圖: 表示歸一化方向性函數(shù)的空間立體圖形。 通常用兩個(gè)互相垂直的平面上(子午面和赤道面/E面和H面)的平面圖來(lái)表示。二、天線的歸一化方向性函數(shù)和歸一化方向性圖歸一化方向性函數(shù):C
4、DMA天線CDMA天線CDMA垂直極化定向天線CDMA垂直極化定向天線三、方向性圖的主瓣寬度和旁瓣電平主瓣寬度: 主瓣電平的最大值降到該值的0.707倍(即-3dB)時(shí),兩個(gè)方向之間的張角寬度。 在方向性圖中,一般有兩個(gè)或更多個(gè)波瓣。在這些波瓣中,最大輻射方向所在波瓣稱為主瓣,其余波瓣稱為旁瓣。 3dB點(diǎn)峰值3dB點(diǎn)三、方向性圖的主瓣寬度和旁瓣電平主瓣寬度: 在方向性圖旁瓣電平:相對(duì)主瓣最大值的比值。3. 前后抑制比: 方向圖中,前后瓣最大值之比稱為前后比,記為 F / B 。 前后比越大,天線的后向輻射(或接收)越小。旁瓣電平:相對(duì)主瓣最大值的比值。3. 前后抑制比: 前后比F / B 的計(jì)
5、算:F / B = 10 Lg (前向功率密度) /( 后向功率密度)前后比F / B 的計(jì)算:F / B = 10 Lg (前第三節(jié) 天線的方向性系數(shù)定義: 天線輻射功率一定,在任意方向 輻射功率密度與相等的輻射功率均勻輻射時(shí)的平均功率密度之比。第三節(jié) 天線的方向性系數(shù)定義:2. 物理意義: 由于天線有方向性,使某方向的輻射功率密度比均勻輻射時(shí)增加的倍數(shù)D。實(shí)際上,D反映了天線集中輻射能量的特性。3. 方向性系數(shù)的求法: 1)已知?dú)w一化方向性函數(shù)求D先求全向天線(點(diǎn)源)均勻輻射時(shí)的平均輻射功率密度:2. 物理意義:3. 方向性系數(shù)的求法:先求全向天線點(diǎn)源通過(guò)球面無(wú)窮小單位面積的功率為:點(diǎn)源通
6、過(guò)球面無(wú)窮小單位面積的功率為:在任意方向在任意方向 通常方向性系數(shù)指的是天線最大輻射方向上的方向性系數(shù),此時(shí), 通常方向性系數(shù)指的是天線最大輻射方向上的方向 2)已知天線的輻射電阻和最大輻射方向的方向性函數(shù),求D 2)已知天線的輻射電阻和最大輻射方向的方向性函數(shù),求D 當(dāng)天線位于自由空間時(shí), ; 在最大輻射方向上,大多數(shù)簡(jiǎn)單常規(guī)天線的最大場(chǎng)強(qiáng)值又 當(dāng)天線位于自由空間時(shí), 例:求電偶極子的方向性系數(shù)?解:例:求電偶極子的方向性系數(shù)?解:第四節(jié) 天線的增益定義: 在任意方向 , 輻射功率密度與將相等的輸入功率均勻輻射時(shí)的平均功率密度之比,即天線增益為:第四節(jié) 天線的增益定義:2. 物理意義: 為了
7、在觀察點(diǎn)有相等的輻射功率密度,方向性天線的輸入功率應(yīng)小于均勻輻射天線輸入功率的G倍。 dBi:表示比較對(duì)象是各向均勻輻射的理想點(diǎn)源; dBd:表示以半波對(duì)稱振子為比較對(duì)象。3. 增益的單位:2. 物理意義: dBi:表示比較對(duì)象是各向均勻輻射的4. 近似計(jì)算方法:1)若已知天線在E面和H面的方向性圖,則在E面和H面上,以度為單位的波瓣寬度。2)天線主瓣寬度越窄,增益越高。對(duì)于一般天線,可用下式估算其增益: 4. 近似計(jì)算方法:1)若已知天線在E面和H面的方向性圖3)對(duì)于拋物面天線,可用下式近似計(jì)算其增益: 式中, D 為拋物面直徑; 0 為中心工作波長(zhǎng)。4)對(duì)于直立全向天線,可用下式近似計(jì)算其
8、增益: 式中, l 為天線長(zhǎng)度; 0 為中心工作波長(zhǎng)。3)對(duì)于拋物面天線,可用下式近似計(jì)算其增益: 式中, D 為定義: 天線輻射功率與輸入有功功率的比值,稱為天線的效率。第五節(jié) 天線的效率定義:第五節(jié) 天線的效率2. 物理意義: 表示有百分之幾的高頻電流的輸入有功功率轉(zhuǎn)變成了輻射出去的電磁波能量。結(jié)論: 越大, 越小,天線的就越高。在工程設(shè)計(jì)中, 往往給定,這時(shí)就需要降低 來(lái)提高天線的效率。2. 物理意義:結(jié)論:3. 天線方向系數(shù)和天線增益的關(guān)系:3. 天線方向系數(shù)和天線增益的關(guān)系:第六節(jié) 天線的有效長(zhǎng)度定義: 用一等效天線代替被研究天線,此等效天線上的電流是以被研究天線的輸入電流振幅均勻分布,并在最大輻射方向產(chǎn)生與被研究天線相等的電場(chǎng)強(qiáng)度。則等效天線的長(zhǎng)度就稱為被研究天線的有效長(zhǎng)度。等效天線實(shí)際為一電偶極子第六節(jié) 天線的有效長(zhǎng)度定義:等效天線實(shí)際為一電偶極子2. 天線有效長(zhǎng)度的求法:1)根據(jù)定義 先求出被研究天線在最大輻射方向上的電場(chǎng)振幅值,令其與電流元的最大場(chǎng)強(qiáng)值相等即可。 2)通過(guò)電流矩求有效長(zhǎng)度 前提條件:已知被研究天線的電流分布 。 2. 天線有效長(zhǎng)度的求法:1)根據(jù)定義2)通過(guò)電流矩求有3)利用方向性系數(shù)求解 對(duì)于電偶極子,3)利用方向性系數(shù)求解
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