2.1-通信技術基礎-天線資料

一種簡單的表述時變磁場產生時變電場，時變電場產生時變磁場。當空間存在一個時變場源時，由于時變電磁場的相互轉換，必然會產生離開源以一定速度向外傳播的電磁擾動，這種電磁擾動就是電磁波。隨時間變化的電荷或電流產生電磁波。z(傳播方向)xyxyz1.電磁波的輻射機理較高的工作頻率產生有效輻射電磁波的條件1.電磁波的輻射機理電尺寸-相對信號波長的尺寸：d/

，其中

為信號波長，d為幾何尺寸。開放的結構結構逐漸開放，電磁輻射能力越來越強。當張開成180度角度，則稱為對稱振子天線。

適當的電流分布當結構開放的導線上的電流分布不同，輻射能力也不同。如：導線上電流都為同向的，則輻射能力強；導線上電流有反向的，則輻射能力減弱。2、天線的基本概念天線的基本概念天線：有效地發(fā)射和接收電磁波的裝置。天線的作用：能量轉換器件終端匹配器件極化器件聚焦器件掃描器件發(fā)射機接收機天線的主要電參數方向特性天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，這就是天線的方向性。要求所設計或使用的天線具有與工作任務相適應的方向性。阻抗特性要求天線與饋線有良好的匹配，才能更有效地將信號轉換為電磁波，所以對天線輸入阻抗有一定的要求。帶寬特性為了實現無線信息傳遞系統(tǒng)的要求，在某一規(guī)定的頻帶范圍內，要求天線的性能變化不大，滿足給定的要求。極化特性天線的極化是指在最大輻射方向上遠區(qū)電磁波的極化，而后者為電場矢量的運動方向3、天線的主要電參數天線的主要電參數——方向特性方向特性：在相同距離r

的條件下，天線輻射場與空間方向的關系描述：方向函數：通過數學函數全面描述天線的輻射特性。方向圖：通過圖形直觀反映天線的方向特性。3、天線的主要電參數天線的主要電參數——方向特性方向函數：方向函數是指以天線的相位中心為球心、r為半徑的球面上計算天線的電場強度，以電場強度為因變量，以方向角(q,j)

為自變量，構成的一個空間分布函數。以f(q,j)的最大值進行歸一化，稱為歸一化方向函數Or

例：方向函數的問題：嚴密但不直觀。3、天線的主要電參數天線的主要電參數——方向特性方向圖：是方向函數的圖示，簡稱方向圖。例:方向圖形象、直觀，彌補了方向函數的不足。

復雜的天線系統(tǒng)往往找不到較準確的方向函數表達式，此時必須借助測量得到的數據繪出方向圖，以了解天線的輻射特性。

3、天線的主要電參數三維立體方向圖二維平面方向圖天線的主要電參數 ——方向特性方向圖參數主瓣、主波束：最大輻射方向所在的波瓣。旁瓣、副瓣：其余的波瓣，依照和主瓣的遠近，分別稱為第一旁瓣、第二旁瓣……，通常第一旁瓣的電平最大。后瓣：和主瓣方向相反的波瓣。主瓣旁瓣后瓣3、天線的主要電參數天線的主要電參數方向圖參數半功率波瓣寬度：在主瓣最大值兩側，功率下降到最大值的1/2（場強下降到最大值的0.707倍）的兩個方向間的夾角，稱為半功率波瓣寬度。記為：HP或BW0.5主瓣最大輻射方向半功率點(右)1.00.5

0.5右BW0.5半功率點(左)

0.5左有時E、H平面上的波瓣寬度不相等，為了區(qū)分E面H面方向性，可以分別記作：BW0.5E和BW0.5H

例:圓口面天線，如微波、衛(wèi)星通信使用的面天線——方向特性

為信號波長，d為口面直徑3、天線的主要電參數3.天線的主要電參數舉例：半波對稱振子的E平面歸一化方向函數為，求半功率波瓣寬度。解：天線的主要電參數——方向特性天線的增益rPinP

0EmaxE0定向天線無方向性天線Pin

:定向天線輸入功率;P

0:無方向性天線總的輻射功率。天線的增益：用無方向性天線達到原天線最大輻射方向相同場強情況下的輻射功率與天線輸入功率之比。

P

為天線的效率。Ae稱為天線的有效口徑面積

3、天線的主要電參數天線的主要電參數——方向特性計算舉例一直徑為5m的圓口面拋物面天線，輻射效率為65%，確定在頻率為6GHz

時的有效口徑面積和增益，并給出半功率波瓣寬度。

解：3、天線的主要電參數天線的主要電參數——阻抗特性在發(fā)射狀態(tài)下，天線的端口對于饋線而言，相當一負載阻抗，稱為天線的“輸入阻抗”式中為進入端口的復數功率，Pin為其實部，Qin為其虛部。根據一般的阻抗定義，有天線是一個功率轉換器件，因此更關心其輸入或輸出了多少功率，而且在天線的應用中，很多情況下沒有明確的電壓、電流的概念。因此將上述形式進行轉換，形成天線輸入阻抗的定義：

3、天線的主要電參數天線的主要電參數——阻抗特性Pin：實功率。天線消耗的能量，包括輻射功率與損耗功率；Qin：虛功率。是“來回震蕩”的功率，或者是處于電能與磁能間的來回轉換的那部分能量；P

:輻射功率，即通過天線“發(fā)射出去”的功率Pd:天線損耗，由天線本身吸收或泄露的功率前面計算天線增益時用到的天線效率即定義為：3、天線的主要電參數天線的主要電參數——帶寬特性天線的電參數與頻率f有關。當工作頻率偏離設計頻率（一般取工作頻率范圍的中心頻率）時，往往引起各種電參數的變化。主瓣寬度HP或BW0.5

增大第一旁瓣電平FSLL

增高輸入阻抗Zin

變化等。根據天線系統(tǒng)要求，合理地規(guī)定一個天線電參數容許變化的范圍。當工作頻率變化時，系統(tǒng)關注的幾個主要電參數同時滿足上述容許值的頻率范圍，稱為天線的工作頻帶寬度，簡稱帶寬。3、天線的主要電參數天線的主要電參數——帶寬特性設fU

和fL分別為上限頻率和下限頻率，中心頻率記作fC相對帶寬：倍率帶寬：窄帶天線：相對帶寬只有百分之幾的天線；寬帶天線：相對帶寬達百分之幾十的天線；超寬帶天線：倍率帶寬為幾倍，即fU

是fL

的幾倍。3、天線的主要電參數天線的主要電參數——極化特性天線的極化是指在最大輻射方向上遠區(qū)電場的極化。以電場矢量E

的指向作為天線極化方向。yxOExEyEyxOExEyE線極化圓極化橢圓極化EExEyxy右旋圓極化、右旋橢圓極化左旋圓極化、左旋橢圓極化極化旋向:3、天線的主要電參數天線的主要電參數——極化特性進行通信時，收、發(fā)天線極化方向應一致，即極化匹配。當兩者出現差異時，稱為極化失配，極化失配會產生極化損耗。發(fā)射天線極化接收天線極化

右圓左圓左圓右圓右圓右圓左圓左圓垂線垂線水平線水平線水平線垂線水平線垂線是否可高效接收3、天線的主要電參數4、常用天線分類及性能特點常用天線的分類按工作性質：發(fā)射天線、接收天線、收發(fā)共用天線。按工作用途：通信天線、廣播天線、雷達天線等。按方向性特征：全向天線、針狀波束天線、扇形波束天線、多波束天線等。按工作波段：長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線、毫米波天線。按工作原理：相控陣天線、微帶天線、自適應天線、智能天線等。按極化特性：圓極化天線、線極化天線。幾種常用天線的性能特點短振子天線如對講機所使用的天線工作頻率數十MHz至300MHz尺寸遠小于波長，屬于“電小天線”特點：很弱的方向性低輸入電阻高輸入電抗低輻射效率4、常用天線分類及性能特點幾種常用天線的性能特點鞭狀天線鞭狀天線屬諧振天線，是一種可彎曲的垂直桿狀天線，其長度一般為1/4或1/2波長。特點:增益高原理簡單成本較低4、常用天線分類及性能特點