工程中常用的典型天線

工程中常用的典型天線第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日6.5引向天線(八木天線)由一個有源振子，一個反射器和若干個引向器組成。一、結(jié)構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，架設方便且牢固，具有單一輻射特性缺點：波段范圍較窄

第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、引向天線工作原理八木天線本質(zhì)是一個天線陣，通過對有源振子饋電，其余振子（反射器和引向器）靠與饋電振子之間的近場耦合產(chǎn)生感應電流形成激勵，感應電流的大小取決于振子的長度及間距。通過調(diào)整各振子的長度及間距，可改變各振子之間的電流分配比，從而達到控制天線方向性的目的。三、無源振子的作用以二元振子為例進行分析。

m為兩振子電流的振幅比；ζ為兩振子電流的相位差，二者均取決于振子的長度及其間距。第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日一般情況下，有源振子的長度為半波振子（考慮波長縮短效應，有源振子的長度為）。不同無源振子，不同陣元間距時的方向圖：有源振子無源振子第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日由圖可知，當無源振子與有源振子的間距d＜0.25λ時：工程上引向天線結(jié)構(gòu)選擇：

2、若無源振子的長度l2長于有源振子的長度l1，則二元引向天線的最大輻射方向偏向有源振子所在的方向，此時無源振子具有反射有源振子輻射場的作用——反射器。

1、若無源振子的長度l2短于有源振子的長度l1，則二元引向天線的最大輻射方向偏向無源振子所在方向，此時無源振子起引導有源振子輻射場的作用——引向器；

無源振子與有源振子的間距取d=(0.15~0.23)λ；引向器長度取2l2=(0.42~0.46)λ；引向器長度取2l2=(0.50~0.55)λ；引向器數(shù)目一般不超過12。第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日主瓣寬度：方向系數(shù)與增益：三、引向天線特性參量

La是引向天線的總長度；Kl是比例常數(shù)。第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日某六元引向天線及其方向圖(a)引向天線示意圖；(b)E面方向圖；(c)H面方向圖；(d)三維方向圖第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日6.5螺旋天線一、結(jié)構(gòu)通常有金屬接地板（或接地網(wǎng)柵），由同軸線饋電，同軸線的內(nèi)導體與螺旋線相接，外導體與接地板相連。螺旋天線的參數(shù)：螺旋直徑d=2R；每圈的長度L螺距S；螺距角α；圈數(shù)N。第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、螺旋天線輻射特性法向輻射模式軸向輻射模式圓錐輻射模式螺旋天線輻射特性隨螺旋尺寸不同而不同：1）當L較?。↙<0.5λ）時，其輻射主向與螺旋軸線垂直，稱為法向輻射模式；

2）當L=(0.8~1.3)λ時，天線的輻射主向沿螺旋軸線方向，稱為軸向輻射模式；

3）當L>1.3λ時，天線輻射主向與螺線軸線成斜射角度，稱為圓錐輻射模式。第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、軸向模螺旋天線當L=(0.8~1.3)λ時，天線上的電流近似呈行波分布，此時天線的輻射場呈圓極化,其最大輻射方向沿軸線方向。軸向最大輻射條件：螺旋天線可等效為N個相似元（平面圓環(huán)）組成的天線陣。由端射天線陣輻射條件，要使得最大輻射方向沿軸向，要求相鄰陣元沿軸向的輻射場總相位差為0，即：波的空間傳播相位常數(shù)行波電流相移常數(shù)第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日故：滿足端射條件的陣函數(shù)為：螺旋天線的經(jīng)驗公式：方向系數(shù)：半功率波瓣寬度：輸入阻抗：第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日6.8移動通信天線移動通信基站天線要求：有足夠的機械強度和穩(wěn)定性采用垂直極化增益應盡可能高天線與饋線應良好地匹配目前,陸地移動通信使用的頻段為150MHz(VHF)和450MHz、900MHz（UHF）、1800MHz。第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日并饋共軸陣列第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日手持機用天線要求：小巧和方便水平面方向圖全向，垂直面方向圖應為主向沿地表垂直極化第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日6.10微帶貼片天線一、結(jié)構(gòu)由介質(zhì)基片、接地板、輻射元組成輻射元可為矩形、圓和橢圓等形狀優(yōu)點：尺寸小、重量輕、價格低，便于獲得圓極化，易于實現(xiàn)雙頻段和雙極化缺點：一般工作頻帶窄二、工作原理以矩形微帶天線為例分析其輻射原理。第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日介質(zhì)基片接地板由微帶傳輸線理論：1、由于h<<λ，場沿h方向均勻分布；2、近似認為場沿寬度w方向也沒有變化；3、場分布僅在長度方向有變化。當l≈λ/2時：在輻射元兩端電場近似可視作幅度相等，水平分量相位相同、垂直分量相位相反。故：微帶天線的輻射可以等效為由兩個等幅同相縫隙天線所組成的二元陣列。第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日微帶陣列天線四、微帶天線饋電方式側(cè)饋底饋微帶天線最大輻射方向：微帶天線平面法線方向。第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日6.11口徑面天線柵格拋物面天線單脈沖天線第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、基本口徑面輻射源——惠更斯元的輻射1、惠更斯元定義口徑面內(nèi)尺寸遠小于波長的一個平面可視作惠更斯元，其上的幅度和相位可視作均勻分布。它是二次輻射源。2、惠更斯元的輻射特性設平面口徑上一個惠更斯元dS=dxdy,其上切向電場為Esx,切向磁場為Hsy。由等效原理，場分布可等效為相應的面電流和面磁流，故惠更斯元可視作電流元和磁流元疊加而成：第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日由電磁場相關(guān)理論，可得等效電流元和磁流元產(chǎn)生的輻射場，進而求得惠更斯元的遠區(qū)輻射合成場為:兩個方向上的輻射方向函數(shù)為:總的輻射方向函數(shù)為:歸一化方向函數(shù)為:第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日惠更斯元遠區(qū)輻射特性：1、輻射場為TEM波（球面波）；2、為單向輻射，輻射方向圖繞法線軸旋轉(zhuǎn)對稱；3、最大輻射方向為其正法線方向；二、平面矩形口徑的輻射(喇叭天線)設平面口徑面S位于xoy平面上，口徑面上電場分布為Es，則其在M處產(chǎn)生的輻射場表達式為：式中:第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日在球坐標系下：考慮到遠區(qū)條件下，距離r遠大于口徑尺寸：將以上近似條件代入遠區(qū)輻射場表達式，得：若口徑為尺寸為a×b的矩形口徑，其遠區(qū)輻射場為第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日

1.口徑場Es沿y軸線極化且均勻分布不考慮口徑場相位分布的影響，即假設口徑場相位相等。令口徑場為：，則對上式積分，即可獲得口徑場的遠區(qū)輻射場。工程上常采用數(shù)值積分方法（如高斯積分法）求解。其E面歸一化方向函數(shù)為（）第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日其H面歸一化方向函數(shù)為（）討論：1）口徑面天線可視作由無線多惠更斯面元組成的二維面陣；陣因子惠更斯元方向函數(shù)2）最大輻射方向沿口徑面法向（）；3）半功率主瓣寬度：4）E面和H面最鄰近主瓣的第一個峰值均為0.214,所以第一旁瓣電平為第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日5）方向系數(shù)根據(jù)方向系數(shù)的定義，有2、口徑場沿y軸線極化且振幅沿x軸余弦分布不考慮口徑場相位分布的影響，即假設口徑場相位相等。令口徑場為：，將其代入口徑場遠區(qū)輻射場表達式，積分可得求得方向函數(shù)：第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日討論：2）主瓣寬度和旁瓣電平：,E平面第一旁瓣電平為H平面第一旁瓣電平為1）相對于均勻分布口徑場，余弦分布口徑場H面方向圖改變，則其方向函數(shù)也改變——口徑場分布決定遠區(qū)輻射場；第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日3)方向系數(shù)：式中,υ為口徑利用系數(shù)?？趶綀鲇嘞曳植紩r，υ=0.81；口徑場均勻分布時，υ=1。

4）對比口徑場均勻分布情形，口徑場余弦分布時主瓣展寬，方向系數(shù)下降（增益降低），同時副瓣電平也下降。第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.口徑場不同相時對輻射的影響

1)直線律相移平面電磁波傾斜投射于平面口徑時,在口徑上形成直線律相移。若口徑面上最大偏移為,振幅為均勻分布,則口徑場表達式為代入矩形口徑遠區(qū)輻射場表達式，可求得H面方向函數(shù)為從上式可得：直線律相移時，最大輻射方向為，相當于將口徑面偏轉(zhuǎn)角，等效口徑尺寸下降，口徑利用系數(shù)減小第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日2)平方律相移球面波或柱面波垂直投射于平面口徑時,在口徑平面上形成平方律相移。設在矩形口徑上沿x軸有平方律相位偏移,且相位最大偏移為βm,振幅為均勻分布,則口徑場表達式為通過分析可得：平方律相移不會改變最大輻射方向，但將展寬主瓣，同時抬高副瓣，口徑利用系數(shù)減小。第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、旋轉(zhuǎn)拋物面天線柵格拋物面天線單脈沖天線切割拋物面天線后饋式拋物面天線第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日1、結(jié)構(gòu)組成：旋轉(zhuǎn)拋物面＋饋源(位于焦點)2、拋物面天線的工作原理準線拋物線：到定點和定線距離相等的點構(gòu)成的曲線。位于焦點的饋源輻射的電磁波，經(jīng)旋轉(zhuǎn)拋物面天線反射后到達拋物面口徑面，所經(jīng)過的波程相等。拋物面天線將發(fā)散的球面波反射形成單向輻射的平面波，形成電磁能量會聚——強方向性。第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日3、拋物面天線的輻射特性可以求得：旋轉(zhuǎn)拋物面E面和H面方向函數(shù)均為式中：為饋源方向函數(shù)；說明：旋轉(zhuǎn)拋物面天線主瓣寬度一般可用下式估算：第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日4、拋物面天線的最佳照射影響拋物面性能的因素：口徑利用系數(shù)饋源輻射截獲效率（1）口徑利用系數(shù)旋轉(zhuǎn)拋物面天線方向系數(shù)：在反射面確定時，饋源方向圖越寬，其在口徑面上形成口徑場分布越均勻，口徑利用因子越大。第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日（2）口徑截獲系數(shù)饋源輻射的功率,部分被反射面截獲,其余的功率都溢失在自由空間。設饋源輻射的功率為PΣ,投射到反射面上的功率為P′Σ,則截獲系數(shù)為在反射面確定時，饋源方向圖越寬，泄漏的功率越大，口徑截獲系數(shù)越小。（3）方向系數(shù)D:方向系數(shù)因素第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日由于口徑利用因數(shù)和口徑截獲因數(shù)是兩個相互矛盾的因素，因此,對于一定的饋源方向函數(shù),必對應著一個最佳張角,使得最大,即方向系數(shù)最大。反射面張角等于最佳張角時，饋源對拋物面的照射稱為最佳照射。一般最佳照射時g＝0.83,且拋物面口徑邊緣處的場強比中心處低11dB。4、拋物面天線對饋源的基本要求①饋源方向圖與拋物面張角配合,使天線方向系數(shù)最大，同時使能量漏失盡可能?。虎诰哂写_定的相位中心，以保證拋物面口徑場相位相同；③尺寸應盡可能地小,以減少對口徑的遮擋；④應具有一定的帶寬。第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日四、雙反射面天線

1、結(jié)構(gòu)組成：主反射器(旋轉(zhuǎn)拋物面)、副反射器(雙曲面)和輻射器(饋源)三部分組成。2、工作原理主反射器副反射器輻射器主反射面焦點與福反射面一個焦點重合，饋源置于福反射面另一焦點位置。雙曲面特性：1、雙曲面上任意點P與焦點F1連線PF1與過改點與另一焦點F2連線的反向延長線PF