第六章天线基本理论(2014修改).ppt

2、辐射电阻：既然辐射出去的能量不再返回波源，为方便起见，将天线辐射的功率看成被一个等效电阻所吸收的功率，这个等效电阻就称为辐射电阻Rr。类似于普通电路，可以得出 3. 效率 Pr为天线的辐射功率， Pin为输入到天线上的功率，PL为天线导体上损耗的功率 以天线输入端的电流 为基准引入辐射电阻 和损耗电阻 第六章 天线理论基础 4. 增益 定义:天线在主向r远处的辐射功率密度与相同输入功率平均分配时该点处功率密度之比，即 （对比）方向性系数：天线在主向r远处的辐射功率密度与相同辐射功率平均分配时该点的辐射功率密度之比。 注意：增益和方向性系数的定义的区别 增益与方向性系数、效率的关系 第六章 天线理论基础 四、 工作频带宽度 天线的电参数一般都与工作频率有关，保证电参数指标容许的频率变化范围，即天线的工作频带宽。 天线的带宽都是就某个参数而言的，不同的天线参数，如输入阻抗、效率、波瓣指向、波瓣宽度、副瓣电平、增益、极化等往往有不同的带宽。通常，取其中较窄的一个作为整个天线的带宽。 对于宽频带天线，带宽可用工作频率的上、下限之比表示；对于窄带天线，带宽用上、下限频率差与频带中心频率的百分比表示。 第六章 天线理论基础 五、 天线的输入阻抗 将整个天线等效成接在馈线终端的一个集中参数阻抗，称为天线的输入阻抗。 定义 为输入电阻，表示天线消耗的发射功率。 为输入电抗，表示天线近场的贮存功率。 第六章 天线理论基础 第六章 天线理论基础 6.1 概述 6.2 电流元的辐射场 6.3 行波长线天线 6.4 自由空间中的对称振子天线 6.5 天线特性参量 6.1 概述 通信的目的是传递信息, 根据传递信息的途径不同, 可将通信系统大致分为两大类: 一类是通过各种传输线来传递信息, 即所谓的有线通信, 如电话、计算机局域网等有线通信系统; 另一类是依靠电磁辐射通过无线电波来传递信息, 即所谓的无线通信, 如电视、 广播、 雷达、 导航、卫星等无线通信系统。 在如图所示的无线通信系统中, 需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波, 或者将无线电波转换为导波能量, 用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。 天线具有发射和接收两种工作状态。 研究天线的问题首先是要分析发射天线所产生的辐射电磁波（辐射场）在空间的分布规律，这对实现不同目的的无线通信是非常重要的。 例如： ①移动通信的基站天线应具有辐射最强方向沿地表且在水平方向上各方向辐射强度相同的辐射波分布。 ②对于点对点的无线通信，辐射波应具有“针状波束”的分布，这即节省了发射功率，同时也减少了对其它无线通信系统的干扰。  讨论天线问题应从发射天线的辐射场入手并作为讨论重点。 6.2 电流元的辐射场 一、 电流元的电磁场 电流元是一段长度远小于工作波长，电流振幅均匀分布、相位相同的直线电流元。 它是线天线的基本组成部分，任意线天线都可看成一系列电基本振子构成的 第6章 天线理论基础 图 6 –2 电基本振子的辐射 （一） 近区场及其特点 ① 在近区, 电场Eθ和Er与静电场问题中的电偶极子的电场相似, 磁场Hφ和恒定电流场问题中的电流元的磁场相似, 所以近区场称为准静态场;  ② 由于场强与1/r的高次方成正比, 所以近区场随距离的增大而迅速减小, 即离天线较远时, 可认为近区场近似为零。 ③ 电场与磁场相位相差90°, 说明玻印廷矢量为虚数, 也就是说, 电磁能量在源和场之间来回振荡, 没有能量向外辐射, 所以近区场又称为感应场。  （二） 远区场及其特点 ① 在远区, 电基本振子的场只有Eθ和Hφ两个分量, 它们在空间上相互垂直, 在时间上同相位, 所以其玻印廷矢量 是实数, 且指向 r 方向。 这说明电基本振子的远区场是一个沿着径向向外传播的横电磁波, 所以远区场又称辐射场;  ② Eθ/Hφ=η= =120π（Ω）是一常数, 即等于媒质的本征阻抗, 因而远区场具有与平面波相同的特性;  ③ 辐射场的强度与距离成反比, 随着距离的增大, 辐射场减小。 这是因为辐射场是以球面波的形式向外扩散的, 当距离增大时, 辐射能量分布到更大的球面面积上;  ④ 在不同的方向上, 辐射强度是不相等的。 这说明电基本振子的辐射是有方向性的。 二、电流元的方