方向性與方向圖,85線天線與天線陣

1、輻射的方向性8.4輻射的方向性與方向圖由輻射區(qū)的場量和功率密度可見，場量正比于sin,功率密度正比于sin2,在r取定值的等相面上，場量是坐標的函數(shù)，這種場量隨空間方向變化的特征，稱為輻射的方向性。方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!2、方向函數(shù)輻射的方向性用方向函數(shù)表示，即也稱方向圖因子。為方便畫方向圖，常用歸一化方向函數(shù)：例如，單元偶極子電場的方向函數(shù)為則歸一化方向函數(shù)為方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!圖8.4.2立體方向圖輻射的方向性用兩個相互垂直的主平面上的方向圖表示，E平面(電場所在平面)和H平面(磁場所在平面)。E平面與H

平面的歸一化方向函數(shù)分別為：圖8.4.1單元偶極子天線的方向圖（a）E

平面方向圖（b）H

平面方向圖3、單元偶極子的方向圖方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!8.5線天線和天線陣8.5.1對稱振子天線直線對稱振子是一種線天線,它是指導(dǎo)線的橫截面尺寸遠比波長小，它的長度l與波長在同一數(shù)量級()上,設(shè)振子上的電流為正弦分布i=i(z,t)。流經(jīng)它的上面的電流i不再等幅同相。圖8.5.1開路傳輸線張開成對稱振子方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!

特點：?球面波，當r

給定時，等相位面為球面；?有方向性。其E平面歸一化方向函數(shù)為中不僅與有關(guān)，還與振子天線長度l有關(guān)。不同長度的天線有不同的方向性。對稱振子全長為，稱為半波天線，輻射方程為半波天線輻射功率及輻射電阻為方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!圖8.5.3細線天線的E平面方向圖電場輻射圖1，2方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!二元天線陣場強的模：元因子為半波振子天線的歸一化方向函數(shù)，只與振子本身的結(jié)構(gòu)和取向有關(guān)。元因子陣因子只與各單元振子的排列、激勵電流的振幅和相位有關(guān)，與組成它的振子特性無關(guān)。方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!圖8.5.4一個簡單的天線陣,畫出了r>>l

時的輻射圖。兩個波天線間距為l/2

,激發(fā)的相位一致。為清楚起見，曲面切成了兩半。沿著y軸的方向，兩個波相加，合成的電場強度是單個天線所產(chǎn)生的兩倍。這點在整個yz平面上都對，只要r>>l

。沿著x

軸，兩個波相位相反而互相抵消了。在xz平面的其他方向上，波并不完全抵消，因為路程差比

l/2

小。每個天線在

z

軸上的場都是零，所以天線陣的場也是零。方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!微波接力通信圖8.5.7微波接力示意圖當時,圖8.5.8通信衛(wèi)星圖8.5.9同步衛(wèi)星建立全球通信圖8.5.6視距與天線高度的關(guān)系方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!輻射電阻輻射功率

例8.1有一天線長度為，電流有效值為，工作頻率為，求該天線的輻射電阻和輻射功率。解：天線的工作波長，遠遠大于天線長度，所以天線上的電流可以近似看作是均勻分布的，把該天線視為電偶極子天線對待。方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!習題:垂直放置的單元偶極子作為輻射天線，已知分別求與地面成角度、離偶極子中心30m和5km處的表達式。方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!美國通用電器公司AN/FPS-118的發(fā)射天線陣米波段的AN/FPS-118超視距預(yù)警雷達（反隱形技術(shù)）方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!澳大利亞Jindalee雷達的收發(fā)天線系統(tǒng)方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!一個實際天線的方向圖后瓣副瓣主瓣xz0.7071.0圖8.4.3天線方向圖的波瓣說明：主瓣最大輻射方向兩側(cè)的兩個半功率點（即功率密度下降為最大值的一半，或場強下降為最大值的）的矢徑之間的夾角，稱為主瓣寬度，表示為，主瓣寬度愈窄，說明天線輻射的能量愈集中，定向性愈好。方向圖的副瓣和后瓣是指不需要輻射的區(qū)域，所以應(yīng)盡可能小。圖8.4.4電偶極子方向圖的波瓣電偶極子的主瓣寬度為。方向圖無主瓣副瓣之分.方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!設(shè)直線振子沿z

軸放置，振子中心位于坐標原點，則振子上的電流分布相量表達式為在z

處取一元電流段，則（1）由于，可近似取，差別只在相位因子中考慮，對于振幅，可取將（1）和Z0=120代入P2ldzyzo輻射電場的推導(dǎo)方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!半波振子天線E

平面方向圖1/4波長半波對稱振子1/4波長1/2波長半波振子天線的歸一化方向函數(shù)為qqpfqsin)cos2cos(),(=F半波振子與電偶極子的方向圖十分接近，在E面上都有兩個波瓣，但半波振子的波瓣寬度較小，輻射能量較集中，因此它比電偶極子有更好的方向性。方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!為了增加輻射能量，用一組或陣列天線來代替單一天線，以構(gòu)成天線陣。二元天線陣（半波振子天線）

設(shè)振子1上的電流為，振子2上的電流為。式中m是兩電流的振幅比，是兩電流的相位差。

作近似處理則:

波程差為點P處和的相位差

其中8.5.2天線陣二元陣的輻射場zxd12y方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!二元陣的歸一化方向函數(shù)為結(jié)論：二元陣的歸一化方向函數(shù)由單個振子本身的方向函數(shù)與陣因子的乘積構(gòu)成，這一特性稱為方向圖乘積定理，是陣列天線的一個非常重要的定理。對于N元陣的方向函數(shù)則是由單元振子本身的方向函數(shù)與N元陣因子的乘積。但要注意，組成天線陣的各個單元振子必須相同，排列取向也應(yīng)一致，研究天線陣主要是研究陣因子。方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!圖8.5.5兩個波天線,用豎粗線表示,相距l(xiāng)/2,但是在x=-d/2的一個相位超前

p

弧度。此時兩個波在yz平面上到處都對消了。在x軸上的所有點上，兩個波相位一致，得到二倍于單個天線的場強。在z

軸的方向上還是沒有輻射。方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!1.在靜止軌道上放置太陽能電池帆板,產(chǎn)生500萬kW能量;2.通過“變電站”——微波發(fā)生器，將直流功率變?yōu)槲⒉üβ剩?.通過天線陣向地面定向輻射；4.地面接收站將微波轉(zhuǎn)換為電能；5.提供用戶。圖8.5.10空間太陽能發(fā)電站和電力傳輸方向性與方向圖,85線天線與天線陣共24頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!解

將和代入下式

例8.2試繪出兩個平行排列，，，的二元陣的陣因子圖和方向圖。得由圖8-9化簡，得到陣因子為o8-10二元陣陣因子圖與方向圖=（a）陣因子圖（b）