《天線基本原理》課件

天線基本原理了解天線的基本原理，是無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。by目錄天線基本概念天線定義、工作原理、主要參數(shù)等常見(jiàn)天線類(lèi)型全向天線、定向天線、微帶天線等天線設(shè)計(jì)考慮因素效率、帶寬、尺寸、安裝等天線應(yīng)用通信、廣播、雷達(dá)等天線基本概念電磁波輻射器天線是用來(lái)將導(dǎo)線中的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成無(wú)線電波或反之的一種裝置。能量轉(zhuǎn)換器天線將導(dǎo)線中的能量轉(zhuǎn)化為電磁波能量，或反之。天線工作原理1電磁波輻射天線將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電磁波，并向空間輻射。2電磁場(chǎng)變化電流在導(dǎo)線中流動(dòng)，產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)。3電磁波傳播變化的電磁場(chǎng)以光速傳播，形成電磁波。天線的基本參數(shù)指向性天線將能量集中輻射到空間特定方向的能力增益天線在給定方向上輻射功率與無(wú)方向性天線輻射功率之比阻抗天線輸入端阻抗，匹配傳輸線阻抗，提高效率天線指向性天線指向性是指天線輻射功率在空間的分布。它描述了天線在不同方向上的輻射強(qiáng)度，通常用輻射方向圖表示。輻射方向圖是三維空間圖，但通常用二維極坐標(biāo)圖表示。天線指向性是天線的重要參數(shù)之一，它決定了天線在哪個(gè)方向上輻射功率最大，以及在其他方向上的輻射功率分布。天線指向性越好，意味著天線將更多的能量集中在需要輻射的方向上，從而提高通信效率。天線指向性可以通過(guò)調(diào)整天線的形狀和尺寸來(lái)改變。天線增益天線增益指的是天線發(fā)射或接收信號(hào)的能力。增益越高，天線就越能有效地將信號(hào)集中到指定方向。天線阻抗定義天線輸入端阻抗，描述天線對(duì)射頻信號(hào)的阻抗特性。作用匹配發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的阻抗，實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸或接收信號(hào)。類(lèi)型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以調(diào)整天線阻抗，優(yōu)化信號(hào)傳輸效果。駐波比1定義天線阻抗與饋線阻抗不匹配時(shí)，會(huì)在饋線上產(chǎn)生駐波2影響影響天線效率、傳輸功率和信號(hào)質(zhì)量3目標(biāo)使駐波比盡可能低，接近1:1天線極化電磁波極化電磁波的極化方向是指電場(chǎng)矢量在空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡。線性極化電場(chǎng)矢量在一條直線上振蕩，包括垂直極化和水平極化。圓極化電場(chǎng)矢量在空間中以螺旋形運(yùn)動(dòng)，包括左旋圓極化和右旋圓極化。橢圓極化電場(chǎng)矢量在空間中以橢圓形運(yùn)動(dòng)，介于線性極化和圓極化之間。全向輻射天線全向輻射天線是指在水平方向上各個(gè)方向的輻射強(qiáng)度都相同的無(wú)線電天線。這種天線通常用于需要覆蓋各個(gè)方向的應(yīng)用場(chǎng)景，例如廣播發(fā)射臺(tái)、移動(dòng)通信基站等。單極天線結(jié)構(gòu)單極天線由一根垂直于接地面的金屬棒組成。應(yīng)用廣泛用于移動(dòng)通信、廣播等領(lǐng)域。二極天線二極天線是由兩根長(zhǎng)度相同的金屬桿組成，兩桿末端相連，中間留有一定距離。二極天線是一種最簡(jiǎn)單的無(wú)線電天線，它可以發(fā)射和接收無(wú)線電波。二極天線通常用于短波和中波廣播。折半波長(zhǎng)二極天線折半波長(zhǎng)二極天線是應(yīng)用最廣泛的天線之一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，且具有良好的性能。其長(zhǎng)度為信號(hào)波長(zhǎng)的一半，可以有效地將信號(hào)發(fā)射出去。該天線通常由兩根長(zhǎng)度相等的金屬棒組成，兩根金屬棒之間通過(guò)一根饋線連接，饋線將信號(hào)傳輸?shù)教炀€。雙臂螺旋天線結(jié)構(gòu)雙臂螺旋天線由兩個(gè)相互纏繞的螺旋臂組成，通常由金屬線或管制成。輻射方向雙臂螺旋天線通常用于產(chǎn)生圓極化輻射，這使得它們非常適合衛(wèi)星通信和雷達(dá)系統(tǒng)。應(yīng)用雙臂螺旋天線在衛(wèi)星通信、雷達(dá)系統(tǒng)、無(wú)線電導(dǎo)航等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。拋物面天線拋物面天線是一種高增益天線，其形狀為拋物面，它可以將來(lái)自各個(gè)方向的電磁波反射到一個(gè)焦點(diǎn)上，從而形成一個(gè)高增益的波束。拋物面天線廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、廣播電視、雷達(dá)等領(lǐng)域。喇叭天線喇叭天線是一種常見(jiàn)的定向天線，由金屬導(dǎo)波管逐漸擴(kuò)大成喇叭形狀。喇叭天線具有較高的方向性、增益和效率，常用于微波、毫米波和太赫茲波段。喇叭天線的輻射特性主要由喇叭的形狀、尺寸和饋電方式?jīng)Q定。常見(jiàn)喇叭天線類(lèi)型包括矩形喇叭、圓形喇叭、錐形喇叭等。微帶天線微帶天線是一種平面天線，由介質(zhì)基板、金屬輻射貼片和接地平面組成。微帶天線具有尺寸小、重量輕、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、無(wú)線局域網(wǎng)等領(lǐng)域。微帶天線的工作原理是通過(guò)輻射貼片上的電流產(chǎn)生電磁場(chǎng)，并通過(guò)接地平面反射電磁波，從而實(shí)現(xiàn)電磁波的輻射和接收。主動(dòng)相控陣天線可控方向相控陣天線的電子束方向可以靈活地控制，無(wú)需機(jī)械移動(dòng)。這種可控性提供了更高的靈活性，能夠更快地跟蹤目標(biāo)并適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。多波束形成主動(dòng)相控陣天線能夠同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立的波束，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)的跟蹤或通信。這在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)中非常有用。被動(dòng)相控陣天線結(jié)構(gòu)由多個(gè)天線單元組成，每個(gè)單元都連接到一個(gè)固定相位移器，通過(guò)固定相位移器改變每個(gè)天線單元發(fā)射的信號(hào)的相位，從而改變天線陣列的波束方向。特點(diǎn)無(wú)需電子掃描，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，適用于固定方向的應(yīng)用。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、衛(wèi)星通信、廣播電視等領(lǐng)域。天線設(shè)計(jì)考慮因素效率天線效率是指天線輻射功率與輸入功率之比。帶寬天線帶寬是指天線能夠正常工作的頻率范圍。尺寸天線尺寸與工作頻率有關(guān)，頻率越高，天線尺寸越小。安裝天線安裝位置和方式會(huì)影響天線性能。天線效率80%理論理想天線可以將所有輸入功率轉(zhuǎn)換為電磁輻射。50-70%實(shí)際實(shí)際天線受到損耗影響，例如歐姆損耗和輻射損耗。天線帶寬天線帶寬是天線能夠有效工作頻率范圍，影響信號(hào)傳輸質(zhì)量。天線尺寸尺寸影響長(zhǎng)度工作頻率形狀輻射方向材料性能天線安裝與調(diào)試1位置選擇選擇最佳位置，遠(yuǎn)離干擾源，確保信號(hào)暢通2安裝牢固固定牢固，避免天線松動(dòng)或掉落，影響信號(hào)質(zhì)量3調(diào)試優(yōu)化調(diào)整天線方向、高度，獲得最佳信號(hào)接收效果天線的仿真與測(cè)試仿真軟件使用仿真軟件如HFSS和CST進(jìn)行天線性能模擬，包括輻射模式、阻抗匹配、帶寬等測(cè)試環(huán)境搭建測(cè)試環(huán)境，使用測(cè)試設(shè)備如網(wǎng)絡(luò)分析儀和天線測(cè)試儀進(jìn)行實(shí)測(cè)結(jié)果分析比較仿真結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果，分析差異，優(yōu)化天線設(shè)計(jì)常見(jiàn)天線類(lèi)型應(yīng)用移動(dòng)通信手機(jī)、基站等使用全向輻射天線，提供廣域覆蓋。衛(wèi)星通信衛(wèi)星接收和發(fā)射信號(hào)使用拋物面天線，實(shí)現(xiàn)定向傳輸。廣播電視廣播電視發(fā)射使用高增益天線，覆蓋廣闊區(qū)域。雷達(dá)探測(cè)雷達(dá)使用定向天線，發(fā)射并接收電磁波，進(jìn)