天線基礎(chǔ)課件

天線基礎(chǔ)課件第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線形式第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線形式第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線形式第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線形式第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線形式第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線形式第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/98Dept.PEEHefeiNormalUniversity常見(jiàn)的天線形式第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2023/6/9常見(jiàn)的天線形式第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

本課程旨在使同學(xué)系統(tǒng)的掌握天線的基本理論和基本分析方法，理解典型天線的特性和設(shè)計(jì)原理；從中培育創(chuàng)新精神和科學(xué)作風(fēng)，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。天線種類(lèi)繁多、大小不一，千姿百態(tài)。緒論

天線是無(wú)線電通信、廣播、導(dǎo)航、雷達(dá)、測(cè)控、微波遙感、射電天文及電子對(duì)抗等各種民用和軍用無(wú)線電系統(tǒng)必不可少的設(shè)備之一。

各類(lèi)天線都基于相同的輻射與接收機(jī)理，都是以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。

天線是在無(wú)線電收發(fā)系統(tǒng)中，向空間輻射或從空間接收電磁波的裝置。第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二天線的定義：用來(lái)輻射或接收無(wú)線電波的裝置。一、天線的功能發(fā)射機(jī)接收機(jī)饋線饋線發(fā)射天線接收天線無(wú)線通信系統(tǒng)框圖第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二天線的作用：（1）能量轉(zhuǎn)換

——將發(fā)射機(jī)送來(lái)的高頻電流能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ú魉偷娇臻g，或?qū)⒖臻g傳來(lái)的電磁波能量轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電流并傳送到接收機(jī)。（2）方向性——定向發(fā)射或接收電磁波。（3）極化特性——輻射或接收特定極化波。天線是一個(gè)阻抗匹配器件；天線是一個(gè)照射或聚集器件；天線是一個(gè)極化器件；衛(wèi)星通信示意圖衛(wèi)星覆蓋區(qū)圖示第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二天線的原理:

導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和形狀有關(guān)。若兩導(dǎo)線的距離很近，電場(chǎng)被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開(kāi)，電場(chǎng)就散播在周?chē)臻g，因而輻射增強(qiáng)。必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度L遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)λ時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長(zhǎng)度L增大到可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二電場(chǎng)電場(chǎng)電場(chǎng)天線（振子）電波傳輸方向磁場(chǎng)磁場(chǎng)電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面，有效的傳遞能量和動(dòng)量。

第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1887年德國(guó)青年學(xué)者海因里希-赫茲的著名實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。他當(dāng)時(shí)所用的電偶極子諧振器就是最早的發(fā)射天線，因此天線發(fā)明至今還只有120多年的歷史。

二、天線的發(fā)展簡(jiǎn)史第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.線天線時(shí)期（19世紀(jì)末至20世紀(jì)30年代初）

1901年馬可尼在加拿大紐芬蘭島收到了橫渡大西洋由英國(guó)康泛爾半島發(fā)來(lái)的“S”字母信號(hào)，開(kāi)辟了無(wú)線電遠(yuǎn)距離通信的新時(shí)代。他當(dāng)時(shí)所用的發(fā)射天線是從48m高的橫掛線上斜拉下50根銅導(dǎo)線來(lái)形成一扇形結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為是第一副實(shí)用的單極天線。隨著20世紀(jì)初電子管的發(fā)明和發(fā)展，這一時(shí)期開(kāi)頭利用長(zhǎng)波進(jìn)行通信，隨后發(fā)展到中波通信，并因電離層的發(fā)現(xiàn)，1924年前后開(kāi)始了短波通信和遠(yuǎn)程廣播。這一時(shí)期典型的天線形式有：菱形天線、魚(yú)骨型天線、對(duì)稱(chēng)振子等，這些都是線天線。這一時(shí)期也建立了線天線的基本理論，如提出了對(duì)稱(chēng)振子電流的積分方程和正弦近似分布，提出了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、對(duì)偶原理等。

第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.面天線時(shí)期（20世紀(jì)30年代初至50年代末）

第二次世界大戰(zhàn)前夕，隨著微波速調(diào)管和磁控管的發(fā)明，導(dǎo)致了微波雷達(dá)的發(fā)展。戰(zhàn)時(shí)炮瞄雷達(dá)廣泛采用拋物面天線，同時(shí)也發(fā)展了由波導(dǎo)開(kāi)口延伸的喇叭天線、在喇叭前加介質(zhì)的透鏡天線等反射面天線。這些天線都是面天線或稱(chēng)口徑天線。此外，又出現(xiàn)了波導(dǎo)縫隙天線、介質(zhì)棒天線、螺旋天線及蝙蝠翼型天線等。戰(zhàn)后微波中繼通信、廣播和射電天文等應(yīng)用使面天線和線天線技術(shù)獲得了進(jìn)一步的提高。這時(shí)期建立了口徑天線的基本理論，如幾何光學(xué)法、口徑場(chǎng)法和電流分步法等；發(fā)展了天線測(cè)試技術(shù)，產(chǎn)生了分析天線公差的統(tǒng)計(jì)理論，開(kāi)發(fā)了天線陣的綜合技術(shù)。第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.大發(fā)展時(shí)期（20世紀(jì)50年代末至今）

1957年人造地球衛(wèi)星上天標(biāo)志著人類(lèi)進(jìn)入了開(kāi)發(fā)宇宙的新時(shí)代，也對(duì)天線提出了多方面的高要求，如高增益、精密跟蹤、快速掃描、寬頻帶等。同時(shí)，計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代材料的進(jìn)展又為天線理論與技術(shù)的發(fā)展提供了必要基礎(chǔ)。如美國(guó)制成的用于精密跟蹤雷達(dá)AN/FPS-16的單脈沖天線，其跟蹤精度比二戰(zhàn)時(shí)的圓錐掃描體制提高了一個(gè)量級(jí)，達(dá)0.06度。在此期間除單脈沖天線和相控陣天線外，在天線內(nèi)部運(yùn)用信號(hào)處理技術(shù)的信號(hào)處理天線獲得了發(fā)展。這一時(shí)期理論上的重大進(jìn)展是，創(chuàng)立了矩量法、時(shí)域有限差分法和幾何繞射理論等分析方法，并已形成商用軟件，能夠較準(zhǔn)確的預(yù)算與優(yōu)化天線的設(shè)計(jì)。

當(dāng)今，天線技術(shù)已具有成熟科學(xué)的許多特征，但它仍然是一個(gè)富有活力的技術(shù)領(lǐng)域。主要發(fā)展方向是：多功能化（一副天線代替多副，適應(yīng)電磁兼容要求）、智能化（提高信息處理能力）、小型化、集成化及高性能化（寬頻帶、高增益、低旁瓣、低交叉極化等）。第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

在此，值得提及我國(guó)幾位老前輩對(duì)天線研究的貢獻(xiàn)。美國(guó)華裔電磁學(xué)家朱蘭成最早提出了小天線的物理限制；上海大學(xué)前終身教授鮑家善發(fā)明了用于測(cè)高雷達(dá)的扇形波束反射面天線；從事中國(guó)革命的老前輩李強(qiáng)（1949年中國(guó)電信總局局長(zhǎng)）于1935年發(fā)表了研究論文“發(fā)信菱形天線”，最先給出了這種天線的理論計(jì)算公式，并在1951年出版了中文《發(fā)信菱形天線》，他就是我國(guó)出版的第一本中文天線專(zhuān)著。第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二板狀天線帽形天線鞭狀天線面狀天線按外部形狀劃分八木天線三、天線的分類(lèi)第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二按極化方向劃分第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

按用途分：通信天線，廣播電視天線和雷達(dá)天線；

按波長(zhǎng)分：長(zhǎng)波天線；中波天線；短波天線；超短波天線，微波天線；

按極化類(lèi)型分：線極化天線，圓極化天線和橢圓極化天線。按天線特性分：按方向特性分，有定向天線、全向天線、強(qiáng)方向性天線和弱方向性天線；按極化特性分，有線極化(垂直極化和水平極化)天線和圓極化天線；按頻帶特性分，有窄頻帶天線、寬頻帶天線和超寬頻帶天線。按饋電方式分：有對(duì)稱(chēng)天線和非對(duì)稱(chēng)天線。按天線上的電流分:有行波天線和駐波天線。第二十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

線天線：基本輻射源為電流元，最基本形式是對(duì)稱(chēng)振子和由對(duì)稱(chēng)振子組成的天線陣、環(huán)形天線及螺旋天線；

縫天線：基本輻射源為縫隙上的磁流元，最常見(jiàn)的形式是波導(dǎo)縫隙天線陣、微帶貼片天線、及微帶天線陣等；

面天線（口徑天線）：基本輻射源為口徑面上的惠更斯元，最典型的是喇叭天線、拋物反射面天線和透鏡天線；按天線外形分:有V形天線、菱形天線、環(huán)行天線、螺旋天線、喇叭天線和反射面天線等。

按結(jié)構(gòu)形式分：線天線，縫天線，面天線。第二十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二四、教材及參考書(shū)教材：電磁波工程基礎(chǔ)參考書(shū)：1.鐘順時(shí).天線理論與技術(shù).電子工業(yè)出版社