天線(xiàn)基礎(chǔ)課件

天線(xiàn)基礎(chǔ)課件第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線(xiàn)形式第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線(xiàn)形式第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線(xiàn)形式第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線(xiàn)形式第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線(xiàn)形式第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線(xiàn)形式第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/98Dept.PEEHefeiNormalUniversity常見(jiàn)的天線(xiàn)形式第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線(xiàn)形式第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

本課程旨在使同學(xué)系統(tǒng)的掌握天線(xiàn)的基本理論和基本分析方法，理解典型天線(xiàn)的特性和設(shè)計(jì)原理；從中培育創(chuàng)新精神和科學(xué)作風(fēng)，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。天線(xiàn)種類(lèi)繁多、大小不一，千姿百態(tài)。緒論

天線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)電通信、廣播、導(dǎo)航、雷達(dá)、測(cè)控、微波遙感、射電天文及電子對(duì)抗等各種民用和軍用無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)必不可少的設(shè)備之一。

各類(lèi)天線(xiàn)都基于相同的輻射與接收機(jī)理，都是以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。

天線(xiàn)是在無(wú)線(xiàn)電收發(fā)系統(tǒng)中，向空間輻射或從空間接收電磁波的裝置。第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二天線(xiàn)的定義：用來(lái)輻射或接收無(wú)線(xiàn)電波的裝置。一、天線(xiàn)的功能發(fā)射機(jī)接收機(jī)饋線(xiàn)饋線(xiàn)發(fā)射天線(xiàn)接收天線(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)框圖第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二天線(xiàn)的作用：（1）能量轉(zhuǎn)換

——將發(fā)射機(jī)送來(lái)的高頻電流能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ú魉偷娇臻g，或?qū)⒖臻g傳來(lái)的電磁波能量轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電流并傳送到接收機(jī)。（2）方向性——定向發(fā)射或接收電磁波。（3）極化特性——輻射或接收特定極化波。天線(xiàn)是一個(gè)阻抗匹配器件；天線(xiàn)是一個(gè)照射或聚集器件；天線(xiàn)是一個(gè)極化器件；衛(wèi)星通信示意圖衛(wèi)星覆蓋區(qū)圖示第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二天線(xiàn)的原理:

導(dǎo)線(xiàn)上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度和形狀有關(guān)。若兩導(dǎo)線(xiàn)的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)線(xiàn)之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線(xiàn)張開(kāi)，電場(chǎng)就散播在周?chē)臻g，因而輻射增強(qiáng)。必須指出，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度L遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)λ時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度L增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)天線(xiàn)（振子）電波傳輸方向磁場(chǎng)磁場(chǎng)電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面，有效的傳遞能量和動(dòng)量。

第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1887年德國(guó)青年學(xué)者海因里希-赫茲的著名實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。他當(dāng)時(shí)所用的電偶極子諧振器就是最早的發(fā)射天線(xiàn)，因此天線(xiàn)發(fā)明至今還只有120多年的歷史。

二、天線(xiàn)的發(fā)展簡(jiǎn)史第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.線(xiàn)天線(xiàn)時(shí)期（19世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代初）

1901年馬可尼在加拿大紐芬蘭島收到了橫渡大西洋由英國(guó)康泛爾半島發(fā)來(lái)的“S”字母信號(hào)，開(kāi)辟了無(wú)線(xiàn)電遠(yuǎn)距離通信的新時(shí)代。他當(dāng)時(shí)所用的發(fā)射天線(xiàn)是從48m高的橫掛線(xiàn)上斜拉下50根銅導(dǎo)線(xiàn)來(lái)形成一扇形結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為是第一副實(shí)用的單極天線(xiàn)。隨著20世紀(jì)初電子管的發(fā)明和發(fā)展，這一時(shí)期開(kāi)頭利用長(zhǎng)波進(jìn)行通信，隨后發(fā)展到中波通信，并因電離層的發(fā)現(xiàn)，1924年前后開(kāi)始了短波通信和遠(yuǎn)程廣播。這一時(shí)期典型的天線(xiàn)形式有：菱形天線(xiàn)、魚(yú)骨型天線(xiàn)、對(duì)稱(chēng)振子等，這些都是線(xiàn)天線(xiàn)。這一時(shí)期也建立了線(xiàn)天線(xiàn)的基本理論，如提出了對(duì)稱(chēng)振子電流的積分方程和正弦近似分布，提出了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、對(duì)偶原理等。

第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.面天線(xiàn)時(shí)期（20世紀(jì)30年代初至50年代末）

第二次世界大戰(zhàn)前夕，隨著微波速調(diào)管和磁控管的發(fā)明，導(dǎo)致了微波雷達(dá)的發(fā)展。戰(zhàn)時(shí)炮瞄雷達(dá)廣泛采用拋物面天線(xiàn)，同時(shí)也發(fā)展了由波導(dǎo)開(kāi)口延伸的喇叭天線(xiàn)、在喇叭前加介質(zhì)的透鏡天線(xiàn)等反射面天線(xiàn)。這些天線(xiàn)都是面天線(xiàn)或稱(chēng)口徑天線(xiàn)。此外，又出現(xiàn)了波導(dǎo)縫隙天線(xiàn)、介質(zhì)棒天線(xiàn)、螺旋天線(xiàn)及蝙蝠翼型天線(xiàn)等。戰(zhàn)后微波中繼通信、廣播和射電天文等應(yīng)用使面天線(xiàn)和線(xiàn)天線(xiàn)技術(shù)獲得了進(jìn)一步的提高。這時(shí)期建立了口徑天線(xiàn)的基本理論，如幾何光學(xué)法、口徑場(chǎng)法和電流分步法等；發(fā)展了天線(xiàn)測(cè)試技術(shù)，產(chǎn)生了分析天線(xiàn)公差的統(tǒng)計(jì)理論，開(kāi)發(fā)了天線(xiàn)陣的綜合技術(shù)。第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.大發(fā)展時(shí)期（20世紀(jì)50年代末至今）

1957年人造地球衛(wèi)星上天標(biāo)志著人類(lèi)進(jìn)入了開(kāi)發(fā)宇宙的新時(shí)代，也對(duì)天線(xiàn)提出了多方面的高要求，如高增益、精密跟蹤、快速掃描、寬頻帶等。同時(shí)，計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代材料的進(jìn)展又為天線(xiàn)理論與技術(shù)的發(fā)展提供了必要基礎(chǔ)。如美國(guó)制成的用于精密跟蹤雷達(dá)AN/FPS-16的單脈沖天線(xiàn)，其跟蹤精度比二戰(zhàn)時(shí)的圓錐掃描體制提高了一個(gè)量級(jí)，達(dá)0.06度。在此期間除單脈沖天線(xiàn)和相控陣天線(xiàn)外，在天線(xiàn)內(nèi)部運(yùn)用信號(hào)處理技術(shù)的信號(hào)處理天線(xiàn)獲得了發(fā)展。這一時(shí)期理論上的重大進(jìn)展是，創(chuàng)立了矩量法、時(shí)域有限差分法和幾何繞射理論等分析方法，并已形成商用軟件，能夠較準(zhǔn)確的預(yù)算與優(yōu)化天線(xiàn)的設(shè)計(jì)。

當(dāng)今，天線(xiàn)技術(shù)已具有成熟科學(xué)的許多特征，但它仍然是一個(gè)富有活力的技術(shù)領(lǐng)域。主要發(fā)展方向是：多功能化（一副天線(xiàn)代替多副，適應(yīng)電磁兼容要求）、智能化（提高信息處理能力）、小型化、集成化及高性能化（寬頻帶、高增益、低旁瓣、低交叉極化等）。第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

在此，值得提及我國(guó)幾位老前輩對(duì)天線(xiàn)研究的貢獻(xiàn)。美國(guó)華裔電磁學(xué)家朱蘭成最早提出了小天線(xiàn)的物理限制；上海大學(xué)前終身教授鮑家善發(fā)明了用于測(cè)高雷達(dá)的扇形波束反射面天線(xiàn)；從事中國(guó)革命的老前輩李強(qiáng)（1949年中國(guó)電信總局局長(zhǎng)）于1935年發(fā)表了研究論文“發(fā)信菱形天線(xiàn)”，最先給出了這種天線(xiàn)的理論計(jì)算公式，并在1951年出版了中文《發(fā)信菱形天線(xiàn)》，他就是我國(guó)出版的第一本中文天線(xiàn)專(zhuān)著。第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二板狀天線(xiàn)帽形天線(xiàn)鞭狀天線(xiàn)面狀天線(xiàn)按外部形狀劃分八木天線(xiàn)三、天線(xiàn)的分類(lèi)第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二按極化方向劃分第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

按用途分：通信天線(xiàn)，廣播電視天線(xiàn)和雷達(dá)天線(xiàn)；

按波長(zhǎng)分：長(zhǎng)波天線(xiàn)；中波天線(xiàn)；短波天線(xiàn)；超短波天線(xiàn)，微波天線(xiàn)；

按極化類(lèi)型分：線(xiàn)極化天線(xiàn)，圓極化天線(xiàn)和橢圓極化天線(xiàn)。按天線(xiàn)特性分：按方向特性分，有定向天線(xiàn)、全向天線(xiàn)、強(qiáng)方向性天線(xiàn)和弱方向性天線(xiàn)；按極化特性分，有線(xiàn)極化(垂直極化和水平極化)天線(xiàn)和圓極化天線(xiàn)；按頻帶特性分，有窄頻帶天線(xiàn)、寬頻帶天線(xiàn)和超寬頻帶天線(xiàn)。按饋電方式分：有對(duì)稱(chēng)天線(xiàn)和非對(duì)稱(chēng)天線(xiàn)。按天線(xiàn)上的電流分:有行波天線(xiàn)和駐波天線(xiàn)。第二十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

線(xiàn)天線(xiàn)：基本輻射源為電流元，最基本形式是對(duì)稱(chēng)振子和由對(duì)稱(chēng)振子組成的天線(xiàn)陣、環(huán)形天線(xiàn)及螺旋天線(xiàn)；

縫天線(xiàn)：基本輻射源為縫隙上的磁流元，最常見(jiàn)的形式是波導(dǎo)縫隙天線(xiàn)陣、微帶貼片天線(xiàn)、及微帶天線(xiàn)陣等；

面天線(xiàn)（口徑天線(xiàn)）：基本輻射源為口徑面上的惠更斯元，最典型的是喇叭天線(xiàn)、拋物反射面天線(xiàn)和透鏡天線(xiàn)；按天線(xiàn)外形分:有V形天線(xiàn)、菱形天線(xiàn)、環(huán)行天線(xiàn)、螺旋天線(xiàn)、喇叭天線(xiàn)和反射面天線(xiàn)等。

按結(jié)構(gòu)形式分：線(xiàn)天線(xiàn)，縫天線(xiàn)，面天線(xiàn)。第二十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二四、教材及參考書(shū)教材：電磁波工程基礎(chǔ)參考書(shū)：1.鐘順時(shí).天線(xiàn)理論與技術(shù).電子工業(yè)出版社