微波技术与天线第2版 孙绪保微波技术与天线 孙绪保5.4-5.6

1、,第5章 天线基本理论,5.4 天线的电参数,5.4.1天线方向性函数和方向图,天线方向性函数是描述天线的辐射场的相对强度的数学表示式， 方向图则是相应的图解表示，天线的方向图是一个立体图，通常只 画出两个相互垂直的两个平面方向图，通过天线最大辐射方向并平 行于电场矢量的平面，称为E面；通过天线最大辐射方向并平行于 磁场矢量的平面，称为H面。,第5章 天线基本理论,归一化方向性函数为,如：电基本振子的归一化方向函数,E面图的平面也即yoz 面，H面与E面垂直也即xoy面。,第5章 天线基本理论,第5章 天线基本理论,5.4.2.天线的方向图参数,主瓣宽度,图 5-4 波瓣宽度及旁瓣,最大辐射方向,时两侧的点之间的夹角，或最大辐射方向两,侧功率为最大值一半的两点的夹角。,零功率波瓣宽度是主瓣两 侧的第一零点之间的角宽度。,，求归一化,第5章 天线基本理论,例题5-2 某一天线的方向函数,的方向函数、半功率波瓣宽度及方向图。,第5章 天线基本理论,解：（1）归一化方向函数,（2）半功率波瓣宽度,(3) 方向图如图5-5所示,图5-5 例题5-2,第5章 天线基本理论,（2）旁瓣电平,方向图

2、的旁瓣区是不需要辐射的区域,其电平应尽可能的低,一般天线 方向图都是离主瓣愈远的旁瓣的电平愈低。若第一旁瓣电平越低,主波瓣 宽度越小，反映了天线方向性越好。旁瓣电平是指第一旁瓣最大值和主 瓣最大值之比,记为,( dB ),第5章 天线基本理论,（3）前后辐射比,后瓣电平最大值与主瓣电平最大值之比称为前后辐射比。,( dB ),第5章 天线基本理论,（4）方向系数,在离天线同一距离处,天线在最大辐射方向上的功率密度,与辐射功率相同的无方向性天线的功率密度,之比。,得,第5章 天线基本理论,将,代入,得,求出实际天线的辐射功率,设该天线的归一化方向函数为,则其场强的大小,功率密度,第5章 天线基本理论,得,则天线的辐射功率为,得,由上式可以看出,主瓣越窄,旁瓣电平越小，方向系数越大，因此， 方向系数能够反映出不同天线的方向特性。,）,第5章 天线基本理论,例题 5-3计算方向系数,（1）理想无方向性天线 （2）5-2节中的电基本振子。,( 利用公式,第5章 天线基本理论,解:,（1）理想无方向性天线,归一化方向函数,( 2 ) 电基本振子,归一化方向函数,得,5.4.3天线效率,第5章 天

3、线基本理论,天线辐射功率与输入功率之比, 称为天线效率,辐射功率,天线输入功率,是欧姆损耗功率,来衡量天线的辐射能力,第5章 天线基本理论,辐射电阻,用,，它是一个虚拟的量。,定义方法是： 当通过电阻,的电流等于天线上的最大电流时,其消耗的功率就等于其辐射功率。,天线辐射功率,为,天线输入的最大电流,欧姆损耗功率,输入功率,输入功率,第5章 天线基本理论,天线效率,可见，辐射电阻越大，损耗电阻越小，天线的辐射能力就越强。,第5章 天线基本理论,5.4.4增益系数,增益系数等于方向系数与天线效率的乘积,增益系数的定义：,在相同输入功率的条件下，天线在最大辐射方向,上某处辐射的功率密度与无方向性理想天线在同,一处辐射功率密度的比值。,第5章 天线基本理论,若实际天线效率为,则其辐射功率,对于无方向性天线假定是理想的，此时无损耗功率，,所以辐射功率等于入射功率，,则r处无方向性天线的功率密度,得,利用,第5章 天线基本理论,得,增益系数等于方向系数与天线效率的乘积,第5章 天线基本理论,5.4.5极化,所谓天线的极化就是电场矢量在空间的取向。通常指该天线在 最大辐射方向上的电场空间取向。,线

4、极化 圆极化 椭圆极化,第5章 天线基本理论,5.4.6频带宽度,窄带天线：通常用相对带宽来表示,为频带中心频率，,为频带中的最高和最低频率之差。,宽带天线：,用天线的最高频率与最低频率的比值来表示,第5章 天线基本理论,5.4.7 输入阻抗,天线输入端信号电压与信号电流之比,5.4.8 有效长度,一实际天线的有效长度等于一个假想天线的长度,这个假想天线电流为均匀分布，其电流大小等于 实际天线的波腹电流，且保持此天线在最大辐射 方向的场强等于实际天线最大辐射方向上的场强。,第5章 天线基本理论,例题,5-4 一长度为2h（,）中心馈电的短振子，其电流分布为,，,为输入电流。求振子有效长度。,第5章 天线基本理论,解：由电流分布函数,，显然最大电流为,根据有效长度的定义,第5章 天线基本理论,图5-6 接收天线,5.5 接收天线理论,第5章 天线基本理论,天线元段,图5-6 接收天线,dz上将产生感应电动势,其中,第5章 天线基本理论,5.5.2接收天线的电参数,（1）方向图,接收天线方向图描述了对不同方向电磁波的相对接收能力。对 于同一天线，用于接收时与用于发射时的方向图相同。,第5章

5、 天线基本理论,(2) 方向系数,对于同一副天线，在接收和发射两种情况下，其参数均相同。,（3）效率,（4）增益系数,第5章 天线基本理论,（5）有效接收面积,当天线以最大接收方向对准来波方向进行接收时,且负载与,天线匹配时，,天线向负载的输出功率为, 并假定此功率是由一,块与来波方向相垂直的面积所截获,则这个面积就称为接收天线,的有效接收面积,D 为接收天线的方向系数,第5章 天线基本理论,5.6 对称振子天线,5.6.1对称振子天线的辐射场,图5-7 对称振子天线,第5章 天线基本理论,振子天线,第5章 天线基本理论,在振子上距对称原点z处取一长度元dz，由于dz足够小，dz上流动 的电流看作均匀分布且相位相同，可视为一个电偶极子，由式 (5-5) 可知， 其远区辐射电场为,式 (5-5),第5章 天线基本理论,在远区，,相位项中,第5章 天线基本理论,磁场为,方向函数,第5章 天线基本理论,第5章 天线基本理论,第5章 天线基本理论,为半波对称振子和全波对称振子,5.6.2 对称振子天线的辐射阻抗,对称振子的辐射功率,第5章 天线基本理论,利用天线辐射功率与辐射阻抗的关系得到辐射

6、阻抗,第5章 天线基本理论,图 5-10 对称振子辐射阻抗与的关系,第5章 天线基本理论,例题 5-6 已知自由空间中一半波对称振子的远区最大辐射方向上10km处 的电场强度振幅为0.01V/m，辐射电磁波的工作频率为300MHz。,(2) 写出改半波对称振子的远区辐射场量的瞬时表达式及平均,(1) 求该半波对称振子的单臂长度和辐射功率。,功率密度矢量表达式,第5章 天线基本理论,解：(1),得,单臂长,半波对称振子的远区辐射电场,时，,第5章 天线基本理论,半波对称振子的辐射功率,(2) 半波对称振子的远区辐射电场的瞬时表达式,第5章 天线基本理论,磁场强度瞬时式,平均功率密度,5.7 均匀直线天阵,第5章 天线基本理论,第5章 天线基本理论,5.7.1 二元阵,图 5-15 二元阵,假设天线元由振幅相等的电流,所激励,同时假设天线元2的,电流相位超前天线元1的角度为,远区的电场 ?,第5章 天线基本理论,二元阵的辐射场,第5章 天线基本理论,图 5-15 二元阵,近似,第5章 天线基本理论,图 5-15 二元阵,元因子,阵因子,模值,第5章 天线基本理论,方向图乘积定理,相同或相似

7、阵元组成的天线阵，其方向函数等于单个天线元的方向 函数和阵方向函数的乘积,半波振子天线阵的方向函数,若天线阵由两个沿x轴排列且平行于z轴放置的半波振子天线组成。,第5章 天线基本理论,半波振子,代入,第5章 天线基本理论,天线阵方向函数,E面方向图函数：,第5章 天线基本理论,H面方向图函数,第5章 天线基本理论,5.8 均匀直线天线阵的方向性,5.8.1 均匀直线天线阵,假定N元均匀直线天线阵的阵元间距为,，电流振幅相等，相邻元,相位差均为,各阵元排列在z轴上。,图 5-19 均匀直线阵,第5章 天线基本理论,图 5-19 均匀直线阵,;,;,叠加原理,第5章 天线基本理论,图 5-19 均匀直线阵,由于各阵元排列方向一致，因此产生的场方向相同,考虑到等幅激励,第5章 天线基本理论,阵因子,时，阵因子存在最大值,归一化的阵因子,第5章 天线基本理论,直线阵天线的几个主要结论,主瓣方向,均匀直线天线阵的最大值发生在,第5章 天线基本理论,(2) 旁瓣方向,旁瓣是次极大值，由归一化的阵因子可得,（3）零辐射方向,第5章 天线基本理论,5.8.3. 均匀平面天线阵,图 5-23均匀平面天线阵,第5章 天线基本理论,图 5-23均匀平面天线阵,由,个阵元组成,平面天线阵的方向性函数,第5章 天线基本理论,图5-24 平面 ，时的方向图,第5章 天线基本理论,图5-25 平面 ，时的方向图,第5章 天线基本理论,5.8.4 理想地面对天线方向性的影响,（ 1 ）镜像法,镜像法处理方法是:地面或载体表面看作是无限大的理想导体平面， 在天线的电磁场的作用下，地面电流激起的电磁场可以看作是由位于 地面下的天线的镜像所辐射的。这样单极子天线可等效为对称振子 .,第5章 天线基本理论,图 5-27 单极子及等效图,第5章 天线基本理论,5-28对称振子及等效图,第5章 天线基本理论,5.9 引向天线,5.9.1折合半波振子天线,图5-31 半波折合振子天线,图5-32 半波折合振子

《微波技术与天线第2版 孙绪保微波技术与天线 孙绪保5.4-5.6》由会员E****分享，可在线阅读，更多相关《微波技术与天线第2版 孙绪保微波技术与天线 孙绪保5.4-5.6》请在金锄头文库上搜索。