微波技術(shù)最新課件

1、微波技術(shù)最新第10章 天線微波技術(shù)最新電磁波是電磁波是通信、雷達(dá)、遙感、遙控、導(dǎo)通信、雷達(dá)、遙感、遙控、導(dǎo)航、目標(biāo)探測(cè)與定位、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源航、目標(biāo)探測(cè)與定位、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源勘探、災(zāi)害預(yù)報(bào)勘探、災(zāi)害預(yù)報(bào)等的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，等的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代能源（電能）的重要組成部分。是現(xiàn)代能源（電能）的重要組成部分。涉及人類生活的各個(gè)方面，經(jīng)濟(jì)建設(shè)的涉及人類生活的各個(gè)方面，經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)部門，科技發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。各個(gè)部門，科技發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。微波技術(shù)最新監(jiān)測(cè)沙塵暴災(zāi)害微波技術(shù)最新作為信息的載體廣泛作為信息的載體廣泛應(yīng)用于通信、電視等應(yīng)用于通信、電視等 電電磁磁波波作為探測(cè)的手段廣泛作為探測(cè)的手段廣泛應(yīng)

2、用于雷達(dá)、遙感等應(yīng)用于雷達(dá)、遙感等電磁波能量廣泛應(yīng)用電磁波能量廣泛應(yīng)用社會(huì)、經(jīng)濟(jì)方方面面社會(huì)、經(jīng)濟(jì)方方面面電磁波的產(chǎn)生電磁波的產(chǎn)生: 電磁波應(yīng)用的基礎(chǔ)電磁波應(yīng)用的基礎(chǔ)微波技術(shù)最新時(shí)變電流或加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)變電流或加速運(yùn)動(dòng)的電荷向空間輻射電磁波電荷向空間輻射電磁波為獲得各種不同應(yīng)用要求的電磁波，需要設(shè)計(jì)不為獲得各種不同應(yīng)用要求的電磁波，需要設(shè)計(jì)不同時(shí)變電流的空間分布。這種用于產(chǎn)生或接受特同時(shí)變電流的空間分布。這種用于產(chǎn)生或接受特殊要求的電磁波的裝置稱為殊要求的電磁波的裝置稱為天線。天線。t ,rJ磁磁場(chǎng)場(chǎng)力力線線電場(chǎng)力線電場(chǎng)力線電磁波電磁波不同時(shí)變電流的空間分布不同時(shí)變電流的空間分布將輻射不同分布的

3、電磁波將輻射不同分布的電磁波微波技術(shù)最新相控陣天線相控陣天線電偶極子天電偶極子天線線微帶天線微帶天線縫隙天線縫隙天線面天線面天線衛(wèi)星天線衛(wèi)星天線微波技術(shù)最新10.1 概述v天線：輻射和接收電磁波的裝置v天線的作用：發(fā)射天線：把高頻電流能量轉(zhuǎn)化為在預(yù)定方向的電磁波接收天線：把空間的電磁波轉(zhuǎn)化為高頻電流電壓v天線的地位：高頻電流能量和電磁波的接口無線電波的出口和入口微波技術(shù)最新v天線的分類：按用途：通信天線、導(dǎo)航天線、雷達(dá)天線、廣播天線按波段：長(zhǎng)波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線按頻寬：窄帶天線、寬帶天線、超寬帶天線按功能：發(fā)射天線、接收天線按極化方式：線極化天線、圓極化天線、橢圓極

4、化天線按時(shí)用環(huán)境：基地站天線、移動(dòng)臺(tái)天線按方向性：全向天線、定向天線、強(qiáng)方向性天線、弱方向性天線按結(jié)構(gòu)：線天線、口徑天線按工作原理：駐波天線、行波天線、陣列天線、漏波天線微波技術(shù)最新v對(duì)天線的要求：有較強(qiáng)的輻射電磁波能力一定的方向性高的轉(zhuǎn)換效率一定的極化方式一定的帶寬v天線常用的性能指標(biāo)：方向性圖方向性系數(shù)增益輸入阻抗駐波系數(shù)效率v影響天線性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素天線電尺寸天線的形狀和結(jié)構(gòu)微波技術(shù)最新10.2 電流元輻射電流元： 長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的一段電流，電流均勻分布，天線可看成由電流元組成。天線的輻射可由各電流元的輻射疊加產(chǎn)生電流元輻射等同于電偶極子輻射tqtIdttitqmsinsin)()(電

5、流元輻射的計(jì)算jIqm微波技術(shù)最新分量和分量，電場(chǎng)有磁場(chǎng)只有r微波技術(shù)最新jIqm定磁場(chǎng)相同。磁場(chǎng)與恒定電流元的恒的電偶極子的場(chǎng)相同。電場(chǎng)與tqtqmsin)(。量互相轉(zhuǎn)化，為儲(chǔ)能區(qū)輻射不占優(yōu)勢(shì)，電磁能。坡印亭矢量為近似虛數(shù)相位差、，很快衰減。沒有電磁相互作用。由電流感應(yīng)產(chǎn)生。由電荷感應(yīng)產(chǎn)生，,90,23oHErHrEHE微波技術(shù)最新方向輻射波。沿方向。為輻射占優(yōu)勢(shì)，輻射方向數(shù)。同相，坡印亭矢量為實(shí)、電磁互相產(chǎn)生、。分量，電磁場(chǎng)互相垂直和只有rHErHEHErHEHE/,11微波技術(shù)最新對(duì)稱）面方向性圖為圓形（軸字形，面方向性圖為），（方向性函數(shù)輻射場(chǎng)與方向有關(guān)。HEf8sin中間區(qū)：介乎遠(yuǎn)場(chǎng)

6、區(qū)與近場(chǎng)區(qū)之間，儲(chǔ)能與輻射都不占優(yōu)勢(shì)。對(duì)于天線問題，我們主要關(guān)心遠(yuǎn)場(chǎng)輻射區(qū)微波技術(shù)最新磁流磁荷不存在，引入后令其為0，不影響方程微波技術(shù)最新tHEJtEHJJeme的場(chǎng)方程（電荷電流產(chǎn)生的場(chǎng))0, 0memJtHEtEHJJ的場(chǎng)方程（磁荷磁流產(chǎn)生的場(chǎng))0, 0電流產(chǎn)生的場(chǎng)的場(chǎng)方程經(jīng)過變量代換變?yōu)榇帕鳟a(chǎn)生的場(chǎng)的場(chǎng)方程磁流產(chǎn)生的場(chǎng)的場(chǎng)方程經(jīng)過變量代換變?yōu)殡娏鳟a(chǎn)生的場(chǎng)的場(chǎng)方程電流產(chǎn)生的場(chǎng)分布經(jīng)過變量代換變?yōu)榇帕鳟a(chǎn)生的場(chǎng)分布磁流產(chǎn)生的場(chǎng)分布經(jīng)過變量代換變?yōu)殡娏鳟a(chǎn)生的場(chǎng)分布磁流元的輻射場(chǎng)可從電流元的輻射場(chǎng)作變量代換得到微波技術(shù)最新電流元輻射磁流元輻射變量代換方向特性與電流元輻射相同sin),(f微波技術(shù)

7、最新的磁流元的小電流環(huán)等效于、電流為半徑為dlISjIIam0微波技術(shù)最新dlISjIm0代入磁流元輻射磁流元、電流環(huán)輻射與電流元輻射的方向特性相同sin),(f微波技術(shù)最新對(duì)稱振子上電流近似為正弦分布，末端為0。對(duì)稱振子上電荷近似為余弦分布，末端最大。微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新方向性函數(shù)方向性函數(shù)：輻射場(chǎng)與方向之間的關(guān)系函數(shù)。方向性圖：用圖形表示的方向性函數(shù)微波技術(shù)最新天線增益通常也以分貝表示，即天線增益通常也以分貝表示，即GGlg10dB 目前衛(wèi)星通訊地面站使用的大型拋物面天線，方向性很強(qiáng)，且效率目前衛(wèi)星通訊地面站使用的大型拋物面天線，方向性很強(qiáng)，且效率也很高，其增益通常高達(dá)也很高，其增益通

8、常高達(dá)50dB以上。以上。3. 對(duì)稱天線輻射對(duì)稱天線輻射 對(duì)稱天線是一根中心饋電的，長(zhǎng)度可與波長(zhǎng)相比擬的載流導(dǎo)線，對(duì)稱天線是一根中心饋電的，長(zhǎng)度可與波長(zhǎng)相比擬的載流導(dǎo)線，如下圖示。如下圖示。 LLdzyxIm 其其電流電流分布以導(dǎo)線中點(diǎn)為對(duì)稱，因此被稱分布以導(dǎo)線中點(diǎn)為對(duì)稱，因此被稱為為對(duì)稱天線對(duì)稱天線。 若導(dǎo)線直徑若導(dǎo)線直徑 d ，電流沿線分布可以近，電流沿線分布可以近似認(rèn)為具有似認(rèn)為具有正弦駐波正弦駐波特性。特性。 因?yàn)閷?duì)稱天線兩端開路，電流為零，形成因?yàn)閷?duì)稱天線兩端開路，電流為零，形成電流駐波的波節(jié)。電流駐波的波腹位置取決于電流駐波的波節(jié)。電流駐波的波腹位置取決于對(duì)稱天線的長(zhǎng)度。對(duì)稱天線的

9、長(zhǎng)度。微波技術(shù)最新 設(shè)對(duì)稱天線的設(shè)對(duì)稱天線的半長(zhǎng)半長(zhǎng)為為L(zhǎng)，在直角坐標(biāo)系中沿，在直角坐標(biāo)系中沿 z 軸放置，中點(diǎn)位于坐軸放置，中點(diǎn)位于坐標(biāo)原點(diǎn)，則電流空間分布函數(shù)可以表示為標(biāo)原點(diǎn)，則電流空間分布函數(shù)可以表示為L(zhǎng)LdzyxIm|)|(sinmzLkII式中式中 Im 為電流駐波的為電流駐波的空間空間最大值或稱為最大值或稱為波腹波腹電流電流，常數(shù)，常數(shù) 。2k 既然對(duì)稱天線的電流分布為正弦既然對(duì)稱天線的電流分布為正弦駐波駐波，對(duì)，對(duì)稱天線可以看成是由很多電流振幅不等但稱天線可以看成是由很多電流振幅不等但相位相位相同相同的電流元排成一條直線形成的。的電流元排成一條直線形成的。 這樣，利用這樣，利用電

10、流元電流元的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)公式即可直接的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)公式即可直接計(jì)算對(duì)稱天線的輻射場(chǎng)。計(jì)算對(duì)稱天線的輻射場(chǎng)。微波技術(shù)最新已知電流元已知電流元 產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)為產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)為zIdrkrzZIEje2sindjd 由于觀察距離由于觀察距離 ，可以認(rèn)為組成對(duì)稱，可以認(rèn)為組成對(duì)稱天線的每個(gè)電流元對(duì)于觀察點(diǎn)天線的每個(gè)電流元對(duì)于觀察點(diǎn)P 的的指向指向是相同是相同的，即的，即 ，如左圖示。，如左圖示。 Lr rr /zyxPrdzzzcosr 那么，各個(gè)電流元那么，各個(gè)電流元在在 P 點(diǎn)產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)點(diǎn)產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)方向電場(chǎng)方向相同，合成電場(chǎng)為相同，合成電場(chǎng)為各個(gè)電流元遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)的標(biāo)量和，即各個(gè)電流元遠(yuǎn)區(qū)電場(chǎng)的

11、標(biāo)量和，即rkLLrzZIEj e2sindj 考慮到考慮到 ，可以近似認(rèn)為，可以近似認(rèn)為 。但是含在相位因子中的不能以。但是含在相位因子中的不能以r 代替代替 r，由于，由于 ，可以認(rèn)為，可以認(rèn)為rLrr11rr /coszrr微波技術(shù)最新zyxPrdzzzcosr對(duì)稱天線對(duì)稱天線 若周圍媒質(zhì)為若周圍媒質(zhì)為理想理想介質(zhì)，那么介質(zhì)，那么遠(yuǎn)區(qū)遠(yuǎn)區(qū)輻射電場(chǎng)為輻射電場(chǎng)為krkLkLrIEjmesincos)coscos(60j方向性因子為方向性因子為sincos)coscos()(kLkLf 由此可見，對(duì)稱天線的方向性因子與方位角由此可見，對(duì)稱天線的方向性因子與方位角 無關(guān)，僅為方位無關(guān)，僅為方位角

12、角 的函數(shù)。的函數(shù)。 |)|(sinmzLkIILLdzyxIm電流分布電流分布微波技術(shù)最新2L = /22L = 2L = 22L = 3/2四種長(zhǎng)度的對(duì)稱天線方向圖四種長(zhǎng)度的對(duì)稱天線方向圖sincos2cos)(fsin1)coscos()(fsincos23cos)(fsin1cos2cos)(f半波天線半波天線全波天線全波天線微波技術(shù)最新：全波振子：半波振子，2/4/ll微波技術(shù)最新輻射功率：天線向外輻射的電磁功率dSPs*Re21HES可取以天線為球心，半徑遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的大球面。對(duì)于高頻電流來說，天線相當(dāng)于一個(gè)負(fù)載，天線輻射出去的能量相當(dāng)于該負(fù)載在消耗能量。rRrXII輻射電阻：一個(gè)等

13、效電阻，當(dāng)天線上的電流流過該電阻時(shí)所消耗的功率等于天線的輻射功率。srrdSPRI*2Re2121HE22IPRrr如果天線上的電流分布不均勻時(shí)，輻射電阻的計(jì)算與所取的電流有關(guān)。輻射電阻的大小反映天線輻射能力強(qiáng)弱微波技術(shù)最新2dl輻射電阻天線電尺寸越大，輻射能力越強(qiáng)微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新2005 . 0/7325. 0/rrRlRl，全波振子：，半波振子：對(duì)稱振子輻射電阻隨長(zhǎng)度振蕩上升，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，輻射能力越強(qiáng)，當(dāng)出現(xiàn)反向電流時(shí)輻射抵消，輻射電阻下降。微波技術(shù)最新v10.6 發(fā)射天線的基本電參數(shù)天線的方向性圖天線的方向性系數(shù)天線的增益天線的效率天線的工作帶寬天線的極化特性天線的輸入阻抗天線的輻

14、射電阻微波技術(shù)最新10.6.1天線的方向性圖方向性圖：圖形表示的方向性函數(shù)，表示天線輻射電磁波的能力與方向之間的關(guān)系?？梢杂弥苯亲鴺?biāo)或極坐標(biāo)表示。可以用線性標(biāo)度或分貝標(biāo)度?？梢允嵌S表示或三維表示。用二維表示時(shí)需要表明是在哪個(gè)平面上的方向性圖微波技術(shù)最新 已知電流元的方向性因子為已知電流元的方向性因子為 ，其最大值，其最大值 ，所以該，所以該電流元的歸一化方向性因子為電流元的歸一化方向性因子為sin),(f1mfsin),(F 若采用若采用極坐標(biāo)極坐標(biāo)，以，以 為變量在任何為變量在任何 等于等于常數(shù)的平面內(nèi)，函數(shù)常數(shù)的平面內(nèi)，函數(shù) 的變化軌跡為兩個(gè)圓，如左上圖示。的變化軌跡為兩個(gè)圓，如左上圖示

15、。 ),(FyzyxxyzrEEHH電流元 將左上圖圍繞將左上圖圍繞 z 軸旋轉(zhuǎn)一周，即構(gòu)成軸旋轉(zhuǎn)一周，即構(gòu)成三維空間三維空間方向圖。方向圖。 由于與由于與 無關(guān)，在無關(guān)，在 的平面內(nèi)，以的平面內(nèi)，以 為變量的函數(shù)的軌跡為一個(gè)圓，如左下圖為變量的函數(shù)的軌跡為一個(gè)圓，如左下圖示。示。 2微波技術(shù)最新主瓣：輻射最大的波瓣副瓣、旁瓣：其余的波瓣（1）主瓣寬度：1 . 005 . 02 10102 2點(diǎn)之間的夾角最大輻射值低主瓣寬度：主瓣兩邊比夾角邊零輻射方向之間的零瓣主瓣寬度：主瓣兩個(gè)半功率點(diǎn)的夾角半功率寬度：主瓣中兩dBdB主瓣寬度越小，輻射能量越集中，方向性越強(qiáng)。（2）副瓣電平副瓣為不需要的輻射

16、，副瓣電平越低越好前后比：主瓣最大值與后瓣最大值之比微波技術(shù)最新 下圖以極坐標(biāo)繪出了典型的雷達(dá)天線的方向圖。方向圖中輻射最強(qiáng)下圖以極坐標(biāo)繪出了典型的雷達(dá)天線的方向圖。方向圖中輻射最強(qiáng)的方向稱為的方向稱為主射方向主射方向，輻射為零的方向稱為，輻射為零的方向稱為零射方向零射方向。具有主射方向的。具有主射方向的方向葉稱為方向葉稱為主葉主葉，其余稱為，其余稱為副葉副葉。 為了定量地描述主葉的寬窄程度，通常定義：場(chǎng)強(qiáng)為主射方向上場(chǎng)為了定量地描述主葉的寬窄程度，通常定義：場(chǎng)強(qiáng)為主射方向上場(chǎng)強(qiáng)振幅的強(qiáng)振幅的 倍的兩個(gè)方向之間的夾角稱為倍的兩個(gè)方向之間的夾角稱為半功率角半功率角，以，以 表示；兩個(gè)表示；兩個(gè)零

17、射方向之間的夾角稱為零射方向之間的夾角稱為零功率角零功率角，以，以 表示。表示。215 . 02022 0主射方向主射方向主葉主葉后葉后葉副葉副葉零射方向零射方向零射方向零射方向12 0.52121xzy微波技術(shù)最新10.6.2 天線的方向性系數(shù)定義：在相同的輻射功率相同的輻射功率下，有方向性的天線在給定方向上的輻射功率密度與假想的無方向性的“點(diǎn)源”天線的輻射功率密度的比值。定量地表示能量在給定方向集束程度，可以定量反映方向性的強(qiáng)弱。無方向性天線定向天線2),( 21),(2*EHES2),(200ES 微波技術(shù)最新定義：在相同的輻射功率相同的輻射功率下，有方向性的天線在給定方向上的輻射場(chǎng)強(qiáng)的

18、平方與假想的無方向性的“點(diǎn)源”天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)平方比值。0202),(),(rrPPEED無方向性天線定向天線),(2E),(20E由224),(240),(rPDEr微波技術(shù)最新224),(240),(rPDEr無方向性天線定向天線0),(EE0E0rPrP方向性系數(shù)：在產(chǎn)生相同的輻射場(chǎng)強(qiáng)的條件下，無方向性的“點(diǎn)源”天線所需的輻輻射功率射功率與定向天線所需的輻射功率輻射功率之比。微波技術(shù)最新方向性系數(shù)的計(jì)算),(),(maxFEEdBDDDFdB76. 1log10 5 . 1sin),(或?qū)τ陔娏髟椛洌琩BDDlllFdB15. 264. 1242sincos)coscos(),(或?qū)τ诎?/p>

19、波振子微波技術(shù)最新10.6.3天線的效率與增益天線的效率等于輻射功率與輸入功率的比值微波技術(shù)最新（2）天線的增益定義：在相同的輸入功率相同的輸入功率下，有方向性的天線在給定方向上的輻射功率密度與假想的無方向性的“點(diǎn)源”天線的輻射功率密度的比值。無方向性天線定向天線),(2E),(20E定義：在相同的輸入功率相同的輸入功率下，有方向性的天線在給定方向上的輻射場(chǎng)強(qiáng)的平方與假想的無方向性的“點(diǎn)源”天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)平方比值。微波技術(shù)最新無方向性天線定向天線0),(EE0E0rPinP定義：在產(chǎn)生相同的輻射場(chǎng)強(qiáng)的條件下，無方向性的“點(diǎn)源”天線所需的輸入功率輸入功率與定向天線所需的輸入功率輸入功率之比。天線

20、的增益表示在相同的輸入功率條件下，定向天線輻射能流密度比無方向性天線增大的倍數(shù)。天線的增益表示在產(chǎn)生相同的場(chǎng)強(qiáng)條件下，定向天線與無方向性天線相比可以節(jié)省的輸入功率的倍數(shù)。天線的增益等于天線的效率乘以方向性系數(shù)dBGdBG15. 276. 1 76. 15 . 1或半波振子：或電流元：微波技術(shù)最新10.6.4 天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗：輸入端電壓與電流的比值計(jì)算方法：1、等值傳輸線法： 把對(duì)稱振子天線等效為非均勻有耗平行雙線，天線的輸入阻抗等于等值平行雙線的輸入阻抗。2、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)法3、矩量法：NEC、IE3D、MWO、Ensemble4、有限元法：HFSS5、有限差分法6、FDTD：Fid

21、elity、XFDTD微波技術(shù)最新對(duì)稱振子的輸入阻抗等值傳輸線的結(jié)果：微波技術(shù)最新天線越細(xì)，阻抗越大，帶寬越??；天線越粗，阻抗越小，帶寬越大單臂長(zhǎng)為4分之1波長(zhǎng)整數(shù)倍附近電抗為0，天線諧振。微波技術(shù)最新諧振長(zhǎng)度：天線諧振時(shí)（電抗為0）天線的長(zhǎng)度。半波振子天線的諧振長(zhǎng)度略小于半波長(zhǎng)原因：1、導(dǎo)線中的波長(zhǎng)小于自由空間波長(zhǎng)2、天線輸入端和末端分布電容效應(yīng)微波技術(shù)最新10.6.5 天線的極化特性天線的極化特性：天線在最大輻射方向輻射的電磁波的極化方式。直線極化天線：輻射的電磁波為直線極化。 電場(chǎng)矢量平行地面的為水平極化天線。 電場(chǎng)矢量垂直地面的為垂直極化天線。圓極化天線： 輻射的電磁波為圓極化。 輻射

22、的圓極化波為右旋的為右旋圓極化天線。 輻射的圓極化波為左旋的為左旋圓極化天線。橢圓極化天線：輻射的電磁波為橢圓極化。 輻射的圓極化波為右旋的為右旋橢圓極化天線。 輻射的圓極化波為左旋的為左旋橢圓極化天線。接收天線的極化特性：天線在最大接收方向輸出最大時(shí)的入射電磁 波的極化方式。為了有效通信，收發(fā)天線的極化方式應(yīng)該相同，即極化匹配微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新天線的工作帶寬： 天線的性能指標(biāo)滿足要求的頻率范圍。 根據(jù)指標(biāo)要求，帶寬也不同。常用的有阻抗帶寬、增益帶寬、前后比帶寬、軸比帶寬等等通常取最小的帶寬作為天線的工作帶寬表示方式： 絕對(duì)帶寬 相對(duì)帶寬 上下限頻率比maxminfff 0/ffmaxm

23、in/ff微波技術(shù)最新10.7 接收天線接收天線：把電磁波的能量轉(zhuǎn)換為高頻電流的能量。接收天線的參數(shù)： 方向性函數(shù)、方向性圖、方向性系數(shù)、增益、效率、輸入阻抗、極化特性天線的互易性： 一根天線作發(fā)射天線用時(shí)和作接收天線用時(shí)其電參數(shù)相同。微波技術(shù)最新10.7.1 天線的有效長(zhǎng)度（1）發(fā)射天線的有效長(zhǎng)度rjerjerhIjerdzIjE00030 90sin30假想對(duì)稱振子的有效長(zhǎng)度：度。為待研究天線的有效長(zhǎng)當(dāng)待研究天線：。電流均勻分布，大小，長(zhǎng)度假想天線：待研究假想einehEEIIIh 00llrjMerdzzlIjE090sin)(sin30 對(duì)稱振子微波技術(shù)最新（2）接收天線的有效長(zhǎng)度AU

24、EEUhAe接收天線的有效長(zhǎng)度等于天線輸出最大的電動(dòng)勢(shì)除以接收點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。AeUEh的兩點(diǎn)電壓感應(yīng)出來。接收天線把空間間距為eh由天線的互易性，接收天線與發(fā)射天線的有效長(zhǎng)度相同微波技術(shù)最新),( ),(maxFEhFUUeA在最大接收方向微波技術(shù)最新eS240/2Ep epSPmax*ALZZ 有效面積： 流過這一截面的電磁功率等于天線的最大輸出功率。 把天線看成面積等于有效面積的一個(gè)截面，把流過的電磁功率全部吸收。微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新接匹配電阻后，輸出噪聲功率為天線的噪聲溫度： 如果天線的最大輸出噪聲功率與溫度為T一個(gè)電阻的最大輸出熱噪聲功率，則這個(gè)電阻的溫度T為天線的噪聲溫度。T可以

25、反映噪聲功率的大小微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新10.8 線天線陣天線陣列： 若干個(gè)天線輻射單元（陣元）按照一定方式排列和饋電，以獲得所需的輻射特性，這樣的天線系統(tǒng)稱為天線陣列。天線陣列的分類：1、按排列方式：直線陣、面陣、圓形陣、立體陣列2、按間距：均勻陣列、非均勻陣列3、按饋電方式：并饋陣、串饋陣、相控陣4、按饋電的調(diào)整方式：固定陣列、自適應(yīng)陣列我們研究均勻直線天線陣微波技術(shù)最新陣因子微波技術(shù)最新22sincos1),(mmfncosd同時(shí)，兩天線電流幅度相1m天線陣因子與陣元排列方式與饋電方式有關(guān)，與陣元結(jié)構(gòu)無關(guān)。),(),(1nfFrICE 天線陣列的方向性函數(shù)等于陣元的方向性函數(shù)與陣因子相

26、乘微波技術(shù)最新cos21cos2),(dfn最大輻射方向：ndmcos21,.2, 1, 0 2arccosndnm的整數(shù)取12dnn等幅同相陣。最大輻射方向垂直于添天線陣，為側(cè)射陣微波技術(shù)最新等幅反相陣0arccos 2arccosdddnmdm , 1最大輻射方向?yàn)樘炀€陣的一端，故為端射陣微波技術(shù)最新ddnmarccos 2arccos最大輻射方向可由饋電相位控制，故為相控陣列相控陣可控相位, 1m微波技術(shù)最新均勻直線天線陣 N各陣元等間距排列在一條直線上，幅度相同，相鄰陣元相差相同。均勻直線陣的陣因子微波技術(shù)最新通過控制相位可以控制主瓣方向微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新可確定旁瓣方向旁瓣位置：

27、mNdNcoscos212微波技術(shù)最新o27090 或omoom27090 或最大輻射方向垂直于陣列，為邊射陣或側(cè)射陣微波技術(shù)最新dm , 10arccos arccosdddm最大輻射方向?yàn)樘炀€陣的一端，故為端射陣。微波技術(shù)最新天線陣方向性圖相乘原理： 天線陣列的方向性圖由陣元方向性圖與陣因子相乘得到。微波技術(shù)最新把每一列（沿x軸）的M個(gè)半波振子為一組，其方向性函數(shù)為：半波振子沿z軸方向?yàn)殛囈蜃游⒉夹g(shù)最新各組沿y方向組陣，其陣因子為：微波技術(shù)最新天線的子阻抗與互阻抗1U1I2U2I可以把二元天線等效為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)。1211222112,00UUZZIIII每個(gè)天線的輸入阻抗：112221

28、12ZZZZ、：自阻抗=：互阻抗1、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)法2、矩量法：NEC、IE3D、MWO、Ensemble3、有限元法：HFSS4、有限差分法5、FDTD：Fidelity、XFDTD微波技術(shù)最新感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)法的結(jié)果微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新111 112213 314411121314 UZ IZ IZ IZ IZZZZI1234IIIII11411121314UZZZZZZI221 122223 324421222324 UZ IZ IZ IZ IZZZZI22321222324UZZZZZZI微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新把地面當(dāng)作理想導(dǎo)體，反射面影響可用鏡像天線的作用等效。微

29、波技術(shù)最新放在地面上的天線可用二元天線陣等效。垂直放置：鏡像天線為正像，可用等幅同相二元陣來計(jì)算。水平放置：鏡像天線為負(fù)像，可用等幅反相二元陣來計(jì)算。方向性圖可用方向性圖相乘原理來計(jì)算微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新駐波天線： 天線上的電流以駐波方式存在。電長(zhǎng)度隨頻率變化，帶寬小，只有百分之幾到百分之幾十。如對(duì)稱振子天線。行波天線： 天線上的電流以行波方式傳輸。如單導(dǎo)線行波天線、菱形天線、軸向模螺旋天線。行波天線的優(yōu)點(diǎn)： 輸入阻抗不隨頻率變化，頻帶很寬。行波天線的缺點(diǎn)： 為了形成行波，常常需要電阻吸收部分能量，故效率較低。微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新0.5arccos 1ml輸入阻

30、抗與頻率無關(guān)，帶寬寬，方向行圖隨頻率改變，效率低微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新頻帶寬（3：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便有一定仰角，適合短波通信增益高面積大、副瓣多、效率低（60%-70%）微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新DEE時(shí)，微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新水平極化微波技術(shù)最新111 112221 12220UZ IZ IZ IZ I221122IZIZ 22121/25 10%90/490oolIIll比大時(shí)， 超前比 多走，帶來的相位滯后前向同相，后向反向，起反射器的作用微波技術(shù)最新111 112221 12220UZ IZ IZ IZ I221122IZIZ 22121/220%90/490oolIIll比

31、小10時(shí)， 落后比 少走，帶來的相位超前前向同相，后向反向，起引向器的作用11 112213 31121 122223 3231 132233 331 1223 310.0.0.NNNNNNNNNNNNZ IZ IZ IZIUZ IZ IZ IZIZ IZ IZ IZIZIZIZIZI求出電流后可計(jì)算出方向性圖和輸入阻抗微波技術(shù)最新折合陣子1I1I2I2I1I1I12II微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新目的：把信號(hào)源的功率盡可能通過天線輻射出去。由于信號(hào)源與天線不在一個(gè)位置上，需要傳輸線把信號(hào)源與天線連接為了有效傳輸1、源與負(fù)載共軛匹配2、傳輸線終端阻抗等于特性阻抗為此在源端和天線端都需要

32、匹配網(wǎng)絡(luò)微波技術(shù)最新常用饋線微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新匹配網(wǎng)絡(luò)微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新/2IIIUUU2U/2I/2I/2I/2I24/2UZZI左右微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新10.14 面狀天線特點(diǎn)：具有面狀結(jié)構(gòu)，存在由一個(gè)口徑面，多用于微波頻段如喇叭天線、拋物面天線、卡塞格倫天線、透鏡天線通常由兩部分組成： 初級(jí)饋源：把高頻電流轉(zhuǎn)化為弱方向性電磁波輻射 口徑面：用于形成所需的方向性。微波技術(shù)最新惠更斯原理： 波動(dòng)中任何波前（等相面）上的每一點(diǎn)都可以看作新的波源，由此產(chǎn)生的次波。在任意時(shí)刻，這些次波源的次波包絡(luò)就是新的波前。惠更斯菲涅爾

33、原理： 波動(dòng)中任何波前上的每一點(diǎn)都可以看成是新的波源，由此產(chǎn)生次波?？臻g中任意一點(diǎn)的波幅大小等于各次波源產(chǎn)生的次波傳到該點(diǎn)的波幅的疊加。（1）惠更斯費(fèi)聶耳原理微波技術(shù)最新口徑面所產(chǎn)生的輻射場(chǎng)的計(jì)算： 可以把口徑面上的每一點(diǎn)都當(dāng)作一新的小輻射源，每個(gè)小輻射源都發(fā)出球面波，這些球面波的場(chǎng)在P點(diǎn)的疊加即為口徑面在P點(diǎn)的輻射場(chǎng)。對(duì)于面狀天線的分析可以分兩步：1、求內(nèi)場(chǎng)：求出開口面上場(chǎng)的分布。2、求外場(chǎng)：由開口面上的場(chǎng)應(yīng)用惠更斯菲涅爾原理求輻射場(chǎng)。求內(nèi)場(chǎng)時(shí)，不考慮外場(chǎng)的影響。求外場(chǎng)時(shí)，只考慮開口面上的場(chǎng)，導(dǎo)體的影響忽略。HE/開口面上微波技術(shù)最新（2）等效原理 由唯一性定理，在給定區(qū)域（如遠(yuǎn)場(chǎng)），不同的

34、源可以產(chǎn)生相同的場(chǎng)，只要不同的源滿足：1、求解區(qū)域內(nèi)源分布不變；2、邊界條件不變。如果兩個(gè)源在給定區(qū)域產(chǎn)生的場(chǎng)事項(xiàng)同的，則這兩個(gè)源是等效的。求外場(chǎng)時(shí)不必知道時(shí)記得場(chǎng)源，也可以由等效的場(chǎng)源計(jì)算。采用等效場(chǎng)源可以使計(jì)算簡(jiǎn)化。seHnJsmEnJ等效源可以有多種。微波技術(shù)最新seHnJsmEnJ等效源的計(jì)算：smsessEnJHnJHEHE 00 面上有等效電流和磁流、口徑面包圍區(qū)域內(nèi)構(gòu)造一個(gè)等效源：和產(chǎn)生有一輻射源在口徑面上這個(gè)等效源在求解區(qū)域外，邊界面上場(chǎng)不變。產(chǎn)生輻射場(chǎng)與原來的源相同。面狀天線的計(jì)算可以分兩步：1、求內(nèi)場(chǎng)：計(jì)算口徑面上的場(chǎng)，從而計(jì)算出等效電流和磁流。2、求外場(chǎng)：由等效等效電流和

35、磁流計(jì)算輻射場(chǎng)。計(jì)算外場(chǎng)時(shí)： 把口徑面分解為許多面元組成，面元等效為電流元和磁流元，由電流元輻射和磁流元輻射公式可計(jì)算出面元的輻射，面狀天線的輻射等于面元輻射的疊加。微波技術(shù)最新面元的輻射微波技術(shù)最新空間的場(chǎng)由電流元和磁流元的場(chǎng)疊加微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新4 12DSSSvee口徑利用率：電尺寸越大，波瓣越窄。幅瓣電平不變0.212微波技術(shù)最新微波技術(shù)最新 口徑面得場(chǎng)分布不均勻，波瓣變寬，副瓣下降，增益下降，口徑利用率降低。微波技術(shù)最新口徑分布越不均勻，主瓣越寬，副瓣越低，口徑效率越低。微波技術(shù)最新方向圖旋轉(zhuǎn)對(duì)稱微波技術(shù)最新尺寸越大，波瓣越窄，增益越高。均勻

36、分布，口徑利用100%微波技術(shù)最新口徑分布越不均勻，主瓣越寬，副瓣越低，口徑效率越低。微波技術(shù)最新口徑分布越不均勻，主瓣越寬，副瓣越低，口徑效率越低。微波技術(shù)最新 相位直線律偏移時(shí)，方向性圖形狀不變，最大輻射方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)微波技術(shù)最新 相位分布越不均勻，主瓣越寬，副瓣越高，口徑利用率越低，增益下降。 相位偏差太大時(shí)，主瓣會(huì)分裂。 口徑面上相位分布越均勻越好。微波技術(shù)最新 喇叭天線由波導(dǎo)口逐步擴(kuò)大而成。 喇叭天線可直接輻射，也可作為反射面天線的饋源。喇叭天線的優(yōu)點(diǎn)：1、口徑逐步擴(kuò)大，不產(chǎn)生高次模，口徑面場(chǎng)分布均勻。2、口徑逐步擴(kuò)大，反射少，匹配好。3、擴(kuò)大口徑后，波瓣窄，增益高。直接波導(dǎo)口輻射的缺點(diǎn)：1、為了單模傳輸，口徑不能加大，增益不高2、波導(dǎo)口有突變，反射大，匹配不好。微波技術(shù)最新內(nèi)場(chǎng)的求解：喇叭口面場(chǎng)近似方法：假定喇叭無限長(zhǎng)，當(dāng)作漸變波導(dǎo)分析口徑面上還是TE10波的場(chǎng)分布，但為柱面波，口徑上相位不均勻微波技術(shù)最新 口徑面上還是TE10波的場(chǎng)分布，但為柱面波，口徑上相位不均勻。角錐喇叭： 口徑面上還是TE10波的場(chǎng)分布，但為柱面波，口徑上相位不均勻。微波技術(shù)最新 輻射場(chǎng)的求解： 喇叭天線的輻射相當(dāng)于一個(gè)相位平方律分布、幅度余弦分布矩形口徑面的輻射