第1章天线基础知识3.ppt

上次课内容回顾上次课内容回顾1 1、发射天线的电参数、发射天线的电参数2 2、互易定理、互易定理3 3、接收天线的电参数、接收天线的电参数有效接收面积、等效噪声温度有效接收面积、等效噪声温度方向函数、方向图、方向图参数、方向系数、方向函数、方向图、方向图参数、方向系数、天线效率、增益系数、天线极化、有效长度、天线效率、增益系数、天线极化、有效长度、输入阻抗与辐射阻抗、频带宽度输入阻抗与辐射阻抗、频带宽度第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 半滋奥仔拜面钨糠驳葬贸级卑澎轨虑赵傲宵雌亥庄猴履办应掣熟妈嘛巡怀第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3本次课主要内容本次课主要内容  1．．4　对称振子　对称振子1．．5　天线阵的方向性　天线阵的方向性对称振子的辐射场对称振子的辐射场方向图乘积定理（方向图乘积定理（重点重点））应用实例应用实例对称振子的输入阻抗对称振子的输入阻抗授炸纶笋赋札茨页宴况人纫毖洁鸳翻鬃拘讣五荔耍店芦畏渠虚谴着铲弧寨第1章天线基础知识3第1章天线基础知识31.4 1.4 对称振子对称振子 定义定义：对称振子是中间馈电，其两臂由两段对称振子是中间馈电，其两臂由两段             等长导线构成的振子天线。

等长导线构成的振子天线图图1―4―1 对称振子结构及坐标图对称振子结构及坐标图 极化方式：线极化极化方式：线极化振子总长度：振子总长度：L=2l第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 闷那霉队焰蕾视堰世都卓颗浑屎抽蹬鹃机脊褂普认心耳过轰凿萎矮滇撒搂第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3 图图1―4―2  对称振子电流分布对称振子电流分布第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 塔叉侯纺镊病始导矣嗅盎甘模摹着武忘已拴翰砚址漫缚癌犀彩锨乌阜急揩第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3其中：Ｉ其中：Ｉm为电流波腹点的复振幅为电流波腹点的复振幅　　　　　　 k=2π/λ为振子振子电流的相移常数流的相移常数        理论与实验证实，对称振子电流近似正理论与实验证实，对称振子电流近似正弦分布弦分布第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 靠铰傣习薪桔沃咬氟控筏洼毁虽裸席侄总淆射君丛缝柯塔蟹搔剂氢承抚太第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3图图1―4―3     对称振子辐射场的计算对称振子辐射场的计算 1 1. .4 4. .2 2 对称振子的辐射场对称振子的辐射场 将对称振子分成无限多电流元，对称振将对称振子分成无限多电流元，对称振子的辐射场就是所有电流元辐射场之和。

子的辐射场就是所有电流元辐射场之和第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 堵恒累顷很芽箭紫斜罪溶示诽通窑亦获勃脱耘芒疑撬搓肉廉沸挠所您友远第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3 由于由于 r-r′=zcosθ<

无关，其方向图为圆        辐射场的方向性不仅与辐射场的方向性不仅与θ有关，也和有关，也和振子的电长度有关振子的电长度有关对称振子以波腹电流归算的对称振子以波腹电流归算的E面方向函数为面方向函数为  第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 雌卯腔笺冲禾痒仕晰品咀彰字伪葡壶言落累愈馏芽掳哥禽妊捆盅卢谍漠地第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3归一化方向函数：归一化方向函数： 半波振子半波振子(l=0.25λ，，2l=0.5λ)最具有实用最具有实用性，它广泛地应用于短波和超短波波段，它既性，它广泛地应用于短波和超短波波段，它既可以作为独立天线使用，也可作为天线阵的阵可以作为独立天线使用，也可作为天线阵的阵元，还可用作微波天线的馈源元，还可用作微波天线的馈源第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 吕燃蛮杯糙贤唾宇俊洒溢年曲夯悯两透耶碰架任领何向咕茄哦啼叙绦绥时第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3     图图1―4―4   对称振子对称振子E面方向图面方向图 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 段拖丸晃厅寂笺莫杜舶鉴窝女解鸽震押申图低鲍兄岳廓劫骄讼曳潭重霖祸第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3图图1―4―5   对称振子的方向系数与辐射电阻对称振子的方向系数与辐射电阻                     随一臂电长度变化的图形随一臂电长度变化的图形第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 趣刽刽角驰褪王酋赦豹那幂隘沾抵赞秤娱祷塘神苫捉阔哦馋衣瞥瀑萤窄灰第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3（1―4―6） 方向系数为方向系数为        D=1.64                （1―4―8）       将将l=0.25λ代入式代入式（1―4―5）可得半波可得半波振子的方向函数振子的方向函数其其E面波瓣宽度为面波瓣宽度为   2θ0.5E=78°辐射电阻为辐射电阻为        Rr =73.1Ω           （1―4―7）半波振子比电基本振子的方向性稍强一点。

半波振子比电基本振子的方向性稍强一点 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 蓖皮插倔鹤党闯炔投举萝道科惭接笔氧湃吓壁固铂距匆乳掖灌疗酱蛇署佩第1章天线基础知识3第1章天线基础知识31 1. .4 4. .3 3 对称振子的输入阻抗对称振子的输入阻抗精确分析方法精确分析方法：求解振子电流分布（复杂）求解振子电流分布（复杂）工程分析方法工程分析方法：等效传输线法（等效传输线法（简便实用）简便实用）等效传输线法等效传输线法：将对称振子等效为终端开路：将对称振子等效为终端开路长线，然后用修正后的输入阻抗公式计算对长线，然后用修正后的输入阻抗公式计算对称振子的输入阻抗称振子的输入阻抗第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 儿征妒侥朴突扔畴皋医掩孩悉济胳居间畜沸红忽较镍凯损屯浸菊索惮袋惰第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3对称振子与终端开路双导线二者区别：对称振子与终端开路双导线二者区别： （（1）平行双导线特性阻抗均匀不变，对称）平行双导线特性阻抗均匀不变，对称振子特性阻抗沿线变化振子特性阻抗沿线变化1―4―9） 双线间距双线间距导线半径导线半径（（2）传输线为能量传输系统，对称振子为）传输线为能量传输系统，对称振子为辐射系统。

辐射系统第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 某视浅淮歼勾詹镣缚碧佑孽攒勃袁募骸薄叼挝腾渣蝎狼官霍备羹碎甥当淮第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3图图1―4―6 对称振子平均特性阻抗的计算对称振子平均特性阻抗的计算             (a)均匀双线；均匀双线；(b)对称振子对称振子第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 悬彻辆琅侍矾宴隐茧筋组柳呼番戳接员世菊吟宁挛硝益疥附藐隐寞滓祷豪第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3        对称振子可看作是由长为对称振子可看作是由长为 l 的开路平行的开路平行双导线构成，但需要修正两点：双导线构成，但需要修正两点：1 1．用平均特性阻抗来代替对称振子的特性阻抗．用平均特性阻抗来代替对称振子的特性阻抗1―4―10） ２２．将对称振子的辐射功率等效为电阻损耗，均匀将对称振子的辐射功率等效为电阻损耗，均匀分布在天线臂上分布在天线臂上第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 桥停校字壕英忽乓舟揖徊坊鲍矗欣直监灰贼渭夜傀赋肉宫鞋眶闻杆帚喳削第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3对称振子最终可以等效为：对称振子最终可以等效为：单位长度损耗电阻为：单位长度损耗电阻为：（1―4―11） ββ为传输线的相移常数：为传输线的相移常数：（1―4―12） 式中式中一段具有平均特性阻抗的有耗传输线一段具有平均特性阻抗的有耗传输线第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 赔径什懒疯峻牵奏挥诱曙赴镰匙兔掌钥沁减疑狙巴妓薪棍楷正测贸弦愁蕊第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3（1―4―13） 输入阻抗为输入阻抗为（1―4―14） 衰减常数为衰减常数为第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 返瞩痛蠕昆兵昏鸟什事掺缚靖饭经思椭蓟治牢梗不质壶篮馒检思拜盼奥胶第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3图图1―4―7    对称振子的输入阻抗曲线对称振子的输入阻抗曲线 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 摧罐骋设杖箭钧得八侠丹箔嫁写平隙态警蚀身妒晶麦烧臂培镍法谦缴倘粉第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3末端效应：末端效应：       由于振子末端具有较大的端面电容，末端电流由于振子末端具有较大的端面电容，末端电流实际上不为零，使得振子的等效长度增加，相当于实际上不为零，使得振子的等效长度增加，相当于波长缩短。

这种现象称为末端效应波长缩短这种现象称为末端效应       显然显然,天线越粗，波长缩短现象愈严重天线越粗，波长缩短现象愈严重波长缩短系数：波长缩短系数：通常由实验测定通常由实验测定        如将如将β=nk代入衰减常数和输入阻抗计算公式，则代入衰减常数和输入阻抗计算公式，则较细的对称振子的输入阻抗计算将更为准确较细的对称振子的输入阻抗计算将更为准确第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 抬匠办瘟走螺铣舍惋缩摹湘轴赣累啃篇趋撞冲裸瞻曾缆殖姜屡扳毁箍欠彰第1章天线基础知识3第1章天线基础知识31.5 1.5 天线阵的方向性天线阵的方向性天线阵天线阵：：       将若干个单元天线按一定方式排列而成的将若干个单元天线按一定方式排列而成的天线系统天线系统天线阵类型：直线阵、平面阵、立体阵天线阵类型：直线阵、平面阵、立体阵 相似元相似元：：各阵元的类型、尺寸相同，架设方位相同各阵元的类型、尺寸相同，架设方位相同天线阵的辐射场是各单元天线辐射场的矢量和天线阵的辐射场是各单元天线辐射场的矢量和 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 机册儒淘旺领驰靴或谴患北丑赡骤档沃淫义投秒拘执冗尾便叔场贼擎晨驱第1章天线基础知识3第1章天线基础知识31.5.1 1.5.1 二元阵的方向性二元阵的方向性1.方向图乘积定理方向图乘积定理 图图1―5―1    二元阵的辐射二元阵的辐射天线的电流关系为天线的电流关系为 m：：电流振幅比电流振幅比  ξξ：：电流流相位差相位差第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 遗疙竖烂溉迎浑碗蹦笨宁鲜遏副动严抗奏纤翠列腕暂宰捡肄极蛤乳申透乏第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3       对于远区辐射场而言，在可以认定它们到观察对于远区辐射场而言，在可以认定它们到观察点的电波射线足够平行的前提下，两天线在观察点点的电波射线足够平行的前提下，两天线在观察点 P(r1,θ,φ) 处产生的电场矢量方向相同，且相应的处产生的电场矢量方向相同，且相应的方向函数相等。

方向函数相等式中式中第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 冈赫盐摊茬系夜棒线记磨氯戳嘲长伴采刺夹疟翱柄哎呐篆巢寓券绸挛坑菠第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3选取天线选取天线1为相位参考，则观察点处的合成场为为相位参考，则观察点处的合成场为在上式中，令在上式中，令r1–r2=Δr，则，则 Ψ=ξ+k(r1-r2)=ξ + kΔr （1―5―5）电流相位差电流相位差波程相位差波程相位差若忽略传播路径不同对振幅的影响，则若忽略传播路径不同对振幅的影响，则第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 扫焊赛添悬封漱仕备氟汐碗栈圃拥冲虹疗饶芝凿矣拖蕾馏劳苟蜒酵伎蜡肇第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3 f(θ,φ) =  f1(θ,φ)×fa(θ,φ)      （1―5―8）元因子元因子阵因子阵因子其中其中 fa(θ,φ) =|1+mejΨ|           （1―5―9）于是于是     E(θ,φ)=E1(θ,φ)(1+mejΨ) （1―5―6）        两边同时除以两边同时除以60Im1/r1，则天线阵的合成，则天线阵的合成方向函数为方向函数为第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 铀瘤坪艳画宝钩鄙饮础雄盲憎碑曹设匣始惭北辩藩逢函留绿缠瞎制败羔寝第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3 由相似元组成的二元阵，其方向函数由相似元组成的二元阵，其方向函数( (或或 方向图方向图) )等于单元天线的方向函数等于单元天线的方向函数( (或方向图或方向图) )与阵因子与阵因子( (或方向图或方向图) )的乘积。

的乘积该定理可推广于由该定理可推广于由相似元相似元组成的多元天线阵组成的多元天线阵方向图乘积定理方向图乘积定理 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 停瞪墩萍船砍把困雁氟诛姚喧刻拨衔湖裹莹股齐搽热抵僚舍将臭订瘸订恭第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3当单元天线为理想点源时，当单元天线为理想点源时，        通过调整间隔距离通过调整间隔距离d和电流比和电流比Im2/Im1，最，最终调整相位差终调整相位差 Ψ(θ,φ)，， 可以设计方向图形状可以设计方向图形状所以所以 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 锦闸皇惰妈堪围僚蓄边廓弹岳徐陇和掐龄矛箕隔肛枉氮实苛仓矢伍殆擅忌第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3图图1―5―2   注意：注意：θ与与δ的区的区别2.2.方向图乘积定理的应用实例方向图乘积定理的应用实例 【例【例1―5―1】】 有两有两 个半波振子组成一个平行二个半波振子组成一个平行二求其求其E面面(yOz z)和和H面的方向函数及方向图面的方向函数及方向图θ：射线与天线轴之间的夹角：射线与天线轴之间的夹角δδ：射线与天线阵轴之间的夹角：射线与天线阵轴之间的夹角元阵，其间隔距离元阵，其间隔距离d=0.25λ，电流比，电流比第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 幕蝴喷玖曾枝疗熏属瘫侗恬呐洁那致兑洒木揉默努咒兄企拙智每魄庐棱研第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3解解    此题属于此题属于等幅二元阵等幅二元阵，，m=1，这是最常见的二，这是最常见的二元阵类型。

对于这样的二元阵，阵因子可以简化为元阵类型对于这样的二元阵，阵因子可以简化为（1―5―12） 图图1―5―3      E平面坐标图平面坐标图 1) E平面(yOz)路径差路径差所以相位差为所以相位差为第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 剧枫炼颖喜丹绪决赘药淑佐樱嚎征皿穗源赫帽考惮宿漏卉溺酶融胃讶终跪第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3在在δ=0°时，时，    ΨE=π，， 为为零辐射方向零辐射方向阵因子可以写为阵因子可以写为在在δ=180°时，时，ΨE=0，为最大辐射方向，为最大辐射方向第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 谭荆隘嗜吾棠闰憾撇步冷可方漫通革埠朗皇超蜘组贫棒字议镍慢银雁诉蒜第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3而半波振子在而半波振子在E面的方向函数可以写为面的方向函数可以写为  根据方向图乘积定理，此二元阵在根据方向图乘积定理，此二元阵在E平平面面(yOz)的方向函数为的方向函数为 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 鬃遇削攘亥胜韶雨畦窜鳞跨焙姜淹猴互德仰诬很缠嗡她尼寝谴猜巩友切渺第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3图图1―5―4      E平面方向图平面方向图        由上面的分析，可以画出由上面的分析，可以画出E平面方向图如下图平面方向图如下图所示。

图中各方向图已经归一化图中各方向图已经归一化  第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 项呜烈洲姿倦扑自锹前迂酣株滇备查倒爹太毗网湿鸦虚都盏岳猿七绒抗孺第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3图图1―5―5     H平面坐标图平面坐标图 2) H平面平面(xOy)       对于平行二元阵，对于平行二元阵，H面阵因子的表达形式和面阵因子的表达形式和E面面阵因子完全一样，只是半波振子在阵因子完全一样，只是半波振子在H面无方向性面无方向性应用方向图乘积定理，直接写出应用方向图乘积定理，直接写出H面的方向函数为面的方向函数为第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 霖式讥犹胸聋寨光桌沛硷秧进郡皿翘鉴矢尚芦牢览扎呵厉摔腕镭物峙曙柱第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3 在在δδ=180°=180°方向上，总相位差为方向上，总相位差为0 0，辐射场同相，辐射场同相叠加，合成场取最大叠加，合成场取最大 在在δδ=0°=0°方向上，总相位差为方向上，总相位差为ππ，辐射场反向，辐射场反向相消，合成场为零相消，合成场为零结论：结论：二元阵具有了单向辐射的功能，从而提高了方二元阵具有了单向辐射的功能，从而提高了方            向性，达到了排阵的目的。

向性，达到了排阵的目的做漱摸参匀硷裂耘庶茸刚蜕魔藐脓磷奶靳己陨殉稻曝斗兆题改蜕沟萌没诊第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3【例【例1―5―2】】 有两个半波振子组成一个共线二元有两个半波振子组成一个共线二元阵，阵， 其间隔距离其间隔距离d=λ，电流比，电流比Im2=Im1，求其，求其E面和面和H面的方向函数及方向图面的方向函数及方向图解解     此题所设的二元阵属于此题所设的二元阵属于等幅同相二元阵等幅同相二元阵m=1,ξ=0相位差Ψ=kΔr1) E平面平面(yOz)图图1―5―7     E平面坐标图平面坐标图 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 戒套取权艺陇铣拆们厢篷先怎继驭觉峦氏茫扯腻吼铃恰楷秆帆课栈抒水鹅第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3       根据方向图乘积定理，此二元阵在根据方向图乘积定理，此二元阵在E平平面面(yOz)的方向函数为的方向函数为阵因子为阵因子为第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 租见饵撑辈汀燎遇怨饮炬经亡泰闲照航巾怀阐每胜慑组阶姆咙梅坎构湖仍第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3图图1―5―8    E平面方向图平面方向图第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 罕苇肠射孵拢晨谩贼未邹祷歇俩猪讼酞贤竹秃针币乃郸硕侥骨耪蓖键扔文第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3        对于共线二元阵，对于共线二元阵，ΨH(α)=0，，H面阵因子无方面阵因子无方向性。

应用方向图乘积定理，直接写出向性应用方向图乘积定理，直接写出 H面的方向面的方向函数为函数为 fH(α)=1×2=2        所以所以H面方向图为圆面方向图为圆2) H平面平面(xOz)       图图   1―5―9第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 吩瓶胖就荚俄蛆妆季畴荫吐嘲拼灸琶扑鼠逗蚂五粉兆誉晃烂材挚写鼓爱殆第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3【例【例1―5―3】】 由两个半波振子组成一个平行二由两个半波振子组成一个平行二元阵，其间隔距离元阵，其间隔距离d=0.75λ，电流比，电流比 ，，求其方向函数及立体方向图求其方向函数及立体方向图 图图  1―5―10所以，总相位差为所以，总相位差为 Δr=dcosδ =dey·er = dsinθsinφ解：解：路径差为路径差为 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 械毙汪吩盗涛沼贵糊汝躺皮抿秉叠当改替东泽淄平百裁输锚屉好伞绑业喇第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3根据方向图乘积定理，阵列方向函数为根据方向图乘积定理，阵列方向函数为由式由式（1―5―12），阵因子为阵因子为第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 庚箭泞宝滴捍少夏峙厘每菇贫列砰势编揭蛋泥坊搁盗陨所岸担泽汀两且呐第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3图1―5―11 例1―5―3的立体方向图 此二元阵的归一化立体方向图此二元阵的归一化立体方向图第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 羊饵桓闺益懦次兜肌汹腿孩嗡犀偷尺物栈儿妒硕酒勉细训自王汕钳割卢厕第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3图1―5―12 二元阵阵因子图形 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 沈凉朋蹦崖匝豺纽擞貉剐镇酚刷屠自枫污谎厅焚兔赚芥僧跌延廉照病罚裳第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3本次课内容小结本次课内容小结  1．．4　对称振子　对称振子 1．．5　天线阵的方向性　天线阵的方向性 对称振子的辐射场对称振子的辐射场 方向图乘积定理方向图乘积定理 应用实例应用实例 对称振子的输入阻抗对称振子的输入阻抗 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 悯乳茹遭牛卵以窿搞捣树例酱咒傲攫请愁悸鸣监肖串敬姜枉甫巫密燎尾瞬第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3思考题思考题 1．什么是方向图乘积定理？．什么是方向图乘积定理？ 2．对称振子的辐射场有哪些特点？．对称振子的辐射场有哪些特点？ 第第1 1章章 天线基础知识天线基础知识 芒允覆操淀绿午胚痘讳旨绅芯躲杜乍国匙轨豺杨梆储宏署寅浑铣晶肾绷伶第1章天线基础知识3第1章天线基础知识3。