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天线与电波传播第三次课 授课：樊振宏 1.2.5 天线效率(Efficiency) 天线总效率 考虑天线输入端的电压反射系数为G， 则天线的总效率为 1.2.6 增益系数(gain) 雷达,通信等大部分天线设备,都是利用主向(或主平面)的辐射来完成任务的。远远偏离主向的辐射功率不仅被无谓浪费,而且还会干扰电波信号。因此,实际中通常要尽可能减少非主向的辐射而增加主向辐射。通常采用方向性系数这个参量来说明天线在主向辐射功率的集中程度。 天线工程上还常常关心输入到天线的有功功率Pin被利用的程度。这二者的结合，引出增益系数的概念 增益系数G ：在同一距离及相同输入功率的条件下，某天线在最大辐射方向上的平均功率流密度Smax和天线输入的有功功率被直接均匀分配到空间各个方向时的S0比值 增益系数意义 极化分类 定义1：若手的拇指朝向波的传播方向，四指弯向电场矢量的旋转方向，这时若电场矢量端点的旋向与传播方向符合右手螺旋，则为右旋圆极化；若符合左手螺旋，则为左旋圆极化 等价定义2：观察者从天线位置顺着传播方向看，若电场矢量端点的旋向是顺时针，则为右旋圆极化；反之，则为左旋圆极化 极化损失 极化损失是指接收天线的极化与发射天线辐射的来波极化不匹配时，接收功率的损失。 1.2.8 有效长度 辐射阻抗 1.2.10 频带宽度 天线的电参数都与频率有关, 也就是说, 上述电参数都是针对某一工作频率设计的。当工作频率偏离设计频率时, 往往要引起天线参数的变化, 例如主瓣宽度增大、副瓣电平增高、增益系数降低、 输入阻抗和极化特性变坏等。实际上, 天线也并非工作在点频, 而是有一定的频率范围。当工作频率变化时, 天线的有关电参数不应超出规定的范围，这一频率范围称为频带宽度, 简称为天线的带宽。  频带宽度定义 * (Directivity) 利用方向函数的概念，及辐射电阻的概念，又可得： 例题 ［例1-2-1 ］确定沿z轴放置的电基本振子的方向系数。 （p.11) 解: 已知电基本振子的归一化方向函数为: 将其代入方向系数的表达式得 若以分贝表示, 则D=10 log10 1.5=1.76dB 或1.76dBi。 可见, 电基本振子的方向系数是很低的。 详细过程 当副瓣电平较低时（-20dB以下），可根据两个主平面的波瓣宽度(以度数表示)来近似估算方向系数 其他方向上的方向系数： 天线是把电磁振荡能量转换成电磁波能量的“换能器”。输入天线的功率并非全部能以电磁波形式辐射出去,有一部分能量在转换过程会产生损耗。所谓天线效率是指辐射功率Pr与天线输入功率Pin之比值,记为ηA,即 式中, Pin为输入功率；PL为欧姆损耗。 RL 与Rr归算与同一电流 (1―2―21) ? 一般来说，超短波和微波天线的效率很高，接近于1 输入功率Pin 辐射功率Pr 由上式可得一个实际天线在最大辐射方向上的场强为 一般来说，频率越高的天线越容易获得很高的增益 线极化又可分为水平极化和垂直极化; 圆极化和椭圆极化都可分为左旋和右旋。 椭圆极化: 椭圆长轴与短轴之比称轴比（ Axial Ratio, A. R.) 倾角：极化椭圆长轴与x轴之间的夹角 旋向：同圆极化 1 0 1/2 1 0 v 垂直(或水平)极化 水平(或垂直)极化 圆极化 左旋(或右旋)圆极化 右旋(或左旋)圆极化 垂直(或水平)极化 垂直(或水平)极化 垂直(或水平)极化 左旋(或右旋)圆极化 左旋(或右旋)圆极化 接收（或发射）天线 发射（或接收）天线 天线的有效长度定义如下 : 在保持实际天线最大辐射方向上的场强值不变的条件下, 假设天线上电流分布为同向均匀分布时天线的等效长度。它是把天线在最大辐射方向上的场强和电流联系起来的一个参数, 通常将归算于输入电流I0的有效长度记为lein, 把归算于波腹电流Im的有效长度记为lem。显然, 有效长度愈长, 表明天线的辐射能力愈强。 注意E为特定方向上的分量，所以为标量 电基本振子结果 方向系数与辐射电阻、有效长度之间的关系： 有效长度 天线设计中有一些专门的措施用以加大天线的等效长度，提高天线的辐射能力 要使天线效率高, 就必须使天线与馈线良好匹配, 也就是要使天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗, 这样才能使天线获得最大功率。 