《電磁波與天線仿真與實(shí)踐》課件-電波與天線知識(shí)點(diǎn)12 天線的基本概念及參數(shù)

譚立容電話858422751號(hào)實(shí)訓(xùn)樓B511電子信息學(xué)院南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院天線的基本概念及參數(shù)本次課內(nèi)容天線的作用天線的分類

天線輻射的基本原理天線的主要特性參數(shù)

接收天線的基本原理天線的作用與分類天線在無線通信系統(tǒng)中的作用

天線是可以發(fā)射或接收電磁波的裝置。通信是當(dāng)今信息社會(huì)進(jìn)行信息傳輸、信息交換、信息資源共享的不可缺少的重要手段。根據(jù)信息傳遞媒質(zhì)的不同，可大致將通信系統(tǒng)分為兩大類：一類是在相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)中用各種傳輸線來傳遞信息的有線通信,如電話、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)等有線通信系統(tǒng)；另一類是利用無線電波來傳遞信息的無線通信，如電視、廣播、雷達(dá)、導(dǎo)航、移動(dòng)通信、衛(wèi)星等無線通信系統(tǒng)。天線設(shè)備在無線電通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

1發(fā)射機(jī)所產(chǎn)生的已調(diào)制的高頻電流能量（或?qū)Р芰浚┙?jīng)饋線傳輸?shù)桨l(fā)射天線,通過天線將其轉(zhuǎn)換為某種極化的電磁波能量,并向所需方向輻射出去。2

到達(dá)接收點(diǎn)后,接收天線將來自空間特定方向的某種極化的電磁波能量轉(zhuǎn)換為已調(diào)制的高頻電流能量,經(jīng)饋線輸送至接收機(jī)輸入端。3天線作為無線電通信系統(tǒng)中一個(gè)必不可少的重要設(shè)備,它的選擇與設(shè)計(jì)是否合理,對(duì)整個(gè)無線電通信系統(tǒng)的性能有很大的影響,若天線設(shè)計(jì)不當(dāng),就可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作。圖無線電通信系統(tǒng)示意圖從通信系統(tǒng)信息傳遞過程看，天線的作用主要有：

完成高頻電流或?qū)胁ㄅc空間無線電波能量之間的轉(zhuǎn)換，因此稱天線為能量轉(zhuǎn)換器。

為了有效地完成這種能量轉(zhuǎn)換,要求天線是一個(gè)良好的“電磁開放系統(tǒng)”，還要求天線與它的源或負(fù)載匹配，并應(yīng)有足夠的工作頻率范圍。

天線輻射的電磁波電磁波的激發(fā)當(dāng)天線饋以隨時(shí)間諧變的電流，諧變電流將在其周圍激發(fā)出隨時(shí)間簡(jiǎn)諧變化的磁場(chǎng)，諧變的磁場(chǎng)又將激發(fā)出諧變的電場(chǎng)。導(dǎo)線外部空間諧變電磁場(chǎng)相互激發(fā)并向外延伸傳播，形成電磁波。源區(qū)天線的輻射原理：開放結(jié)構(gòu)更易向外輻射天線的分類天線的種類很多，主要有以下一些分類方法:

(1)按用途可將天線分為通信天線、導(dǎo)航天線、廣播電視天線、雷達(dá)天線和衛(wèi)星天線等。

(2)按工作波長(zhǎng)可將天線分為超長(zhǎng)波天線、長(zhǎng)波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等。

(3)按輻射元的類型可將天線分為兩大類：線天線和面天線。線天線由半徑遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的金屬導(dǎo)線構(gòu)成，主要用于長(zhǎng)波、中波和短波波段；面天線由尺寸大于波長(zhǎng)的金屬或介質(zhì)面構(gòu)成，主要用于微波波段。這兩種天線都可用于超短波波段。

(4)按天線特性分類：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、橢圓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。

(5)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。天線的分類按照天線的外形分類：天線的分類按照天線輻射方向分類：定向全向天線的分類按照天線的極化方式分類：圓極化橢圓極化線極化（水平極化、垂直極化）在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。另外，電視天線常采用水平極化該天線為線極化天線（例如，圓極化螺旋天線、圓極化微帶切角天線等）微帶天線電基本振子的輻射電基本振子的輻射電基本振子又稱電流元，是一段載有高頻電流的短導(dǎo)線，其長(zhǎng)度l遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)λ。沿導(dǎo)線各點(diǎn)的電流周期性發(fā)生變化，其規(guī)律為：它是構(gòu)成各種線式天線的最基本單元。任何線式天線都可以看成是由許多基本振子組成的，天線在空間中的輻射場(chǎng)可以看作是由這些電基本振子的輻射場(chǎng)疊加得到的。因此，要研究各種天線的特性，首先應(yīng)了解電基本振子的輻射特性。電磁場(chǎng)理論中已給出的在球坐標(biāo)原點(diǎn)O沿z軸放置的電基本振子（如圖2-1所示）在各向同性理想均勻無限大的自由空間產(chǎn)生的各個(gè)電磁場(chǎng)分量為(2-1-1)式中:β為相移常數(shù)，β=2π/λ=ω/ν（β也是媒質(zhì)中電磁波的波數(shù)），在自由空間中，媒質(zhì)的介電系數(shù)ε=ε0=10-9/36πF/m，導(dǎo)磁率μ=μ0=4π×10-7H/m;有關(guān)時(shí)間的因子ejωt被略去;r為坐標(biāo)原點(diǎn)O至觀察點(diǎn)M的距離;θ為射線OM與振子軸（即z軸）之間的夾角;φ為OM在xOy平面上的投影OM′與x軸之間的夾角，如圖2-2所示;λ為自由空間波長(zhǎng);電場(chǎng)E的單位是V/m;磁場(chǎng)H的單位是A/m;下標(biāo)r、θ和φ表示球坐標(biāo)系中的各分量;I是振子上的電流，單位是A。圖2-1電基本振子的輻射圖2-2電基本振子與球坐標(biāo)系統(tǒng)

1．近區(qū)場(chǎng)當(dāng)βr<<1時(shí)，由β=2π/λ可知近區(qū)場(chǎng)是指r<<λ/2π，即靠近電基本振子的區(qū)域，在此區(qū)域，與r-2及r-3項(xiàng)相比，r-1項(xiàng)可忽略，可認(rèn)為e-jβr≈1。由于r很小，故只需保留式(2-1-1）中的1/r的高次項(xiàng)，得到電基本振子的近區(qū)場(chǎng)表達(dá)式為(2-1-2）分析式(2-1-2），可以得出以下結(jié)論：（1）場(chǎng)隨距離r的增大而迅速減小。（2）電場(chǎng)滯后于磁場(chǎng)90°，由于電場(chǎng)和磁場(chǎng)存在π/2的相位差，因此坡印廷矢量是虛數(shù)，每周期平均輻射的功率為零。在此區(qū)域，電磁能量在源和場(chǎng)之間來回振蕩，在一個(gè)周期內(nèi)，場(chǎng)源供給場(chǎng)的能量等于從場(chǎng)返回到場(chǎng)源的能量，能量在電場(chǎng)和磁場(chǎng)以及場(chǎng)與源之間交換，而沒有能量向外輻射，所以近區(qū)場(chǎng)也稱為感應(yīng)場(chǎng)。

2．遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)對(duì)于天線來說，有實(shí)用意義的是遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，或稱輻射場(chǎng)。當(dāng)βr<<1時(shí)，r>>λ/2π，電磁場(chǎng)主要由r-1項(xiàng)決定，r-2和r-3項(xiàng)可忽略。由式(2-1-1）可得式(2-1-3）:(2-1-3）這里是同時(shí)將β2=ω2ε0μ0，ω=2πf=2πc/λ，c為光速即3×108m/s代入式(2-1-1）而得到式(2-1-3）的。分析式(2-1-3），可以看出電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)具有如下特點(diǎn)：（1）在遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)，只有Eθ和Hφ兩個(gè)分量，它們?cè)诳臻g上相互垂直，在時(shí)間上同相位，所以其坡印廷矢量

是實(shí)數(shù)，且指向r方向；

三者構(gòu)成右手螺旋關(guān)系，這說明電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是一個(gè)沿著徑向向外傳播的橫電磁波，電磁能量離開場(chǎng)源向空間輻射，不再返回，所以遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)又稱輻射場(chǎng)。（2）Eθ/Hφ=Z0==120π(Ω)，說明輻射場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比是一常數(shù)，它具有阻抗的量綱，稱為波阻抗，用Z0來表示。由于兩者的比值為一常數(shù)，故在研究電基本振子的輻射場(chǎng)時(shí)，只需討論兩者中的一個(gè)量就可以了。例如討論Eθ，由Eθ就可得出Hφ。遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)具有與平面波相同的特性。（3）輻射場(chǎng)的強(qiáng)度與距離成反比，即隨著距離的增大，輻射場(chǎng)減小。這是因?yàn)檩椛鋱?chǎng)是以球面波的形式向外擴(kuò)散的，當(dāng)距離增大時(shí)，輻射能量分布到以r為半徑的更大的球面面積上。（4）電基本振子在遠(yuǎn)區(qū)的輻射場(chǎng)是有方向性的，其場(chǎng)強(qiáng)的大小與函數(shù)sinθ成正比。在θ=0°和180°方向上，即在振子軸的方向上輻射為零，而在通過振子中心并垂直于振子軸的方向上，即θ=90°方向上輻射最強(qiáng)。圖2-3電基本振子的方向圖

(a)方向圖的立體模型;(b)E面方向圖;(c)H面方向圖;(d)E面直角坐標(biāo)方向圖天線的主要特性參數(shù)天線的主要特性參數(shù)一、天線的方向特性及方向圖天線輻射或接收無線電波時(shí)，一般具有方向性，即天線所產(chǎn)生的輻射場(chǎng)的強(qiáng)度在離天線等距離的空間各點(diǎn)，隨著方向的不同而改變，或者天線對(duì)于從不同方向傳來的等強(qiáng)度的無線電波接收的能量不同。換句話說，即天線在有的方向輻射或接收較強(qiáng)，在有的方向則輻射或接收較弱，甚至為零。天線的輻射與接收作用分布于整個(gè)空間，因而天線的方向性即天線在各方向輻射（或接收）強(qiáng)度的相對(duì)大小可用方向圖來表示。以天線為原點(diǎn)，向各方向作射線，在距離天線同樣距離但不同方向上測(cè)量輻射（或接收）電磁波的場(chǎng)強(qiáng)，使各方向的射線長(zhǎng)度與場(chǎng)強(qiáng)成正比，即得天線的三維空間方向分布圖。（注意：不同長(zhǎng)度的矢量都表示不同方向但離天線同樣遠(yuǎn)的各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)）。這樣的方向圖是一空間曲面，如圖2-6（a）所示。

也可用場(chǎng)強(qiáng)振幅的方向性函數(shù)表示在以天線為中心，某一恒定距離為半徑的球面（處于遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)）上輻射場(chǎng)強(qiáng)振幅的相對(duì)分布情況。場(chǎng)強(qiáng)振幅分布的方向性函數(shù)一般表示為

將方向性函數(shù)在坐標(biāo)系描繪出來，就是方向圖。這種方向圖是一個(gè)三維空間的立體圖，任何通過原點(diǎn)的平面，與立體圖相交的輪廓線稱為天線在該平面的平面方向圖。工程上一般采用兩個(gè)相互正交的主平面上的方向圖來表示天線的方向性，這兩個(gè)主平面常選E面和H面。E面是通過天線最大輻射方向并平行與電場(chǎng)矢量的平面；H面是通過天線最大輻射方向并垂直于E面的面圖2-6天線空間與平面方向圖(a)天線空間方向圖;(b)E平面方向圖;(c)H平面方向圖（a）對(duì)稱振子天線立體方向圖;(b)E平面方向圖圖2-7用極坐標(biāo)表示的天線方向圖對(duì)于強(qiáng)方向性天線，其方向圖可能包含有多個(gè)波瓣，它們分別被稱為主瓣、副瓣及后瓣。圖2-7表示一個(gè)極坐標(biāo)形式的方向圖。圖2-8用直角坐標(biāo)表示的天線方向圖由圖可見，主瓣就是具有最大輻射場(chǎng)強(qiáng)的波瓣。圖中的主瓣正好在θ=0°的特殊方向上。方向圖的主瓣也可能偏離這個(gè)特殊方向，而處于某一個(gè)角度方向上。除主瓣外,所有其他的波瓣都稱為副瓣。把處于主瓣正后方的波瓣稱為后瓣。當(dāng)后向輻射及后瓣較大時(shí)，可能造成電路串?dāng)_。為此，我們定義了

方向圖中，前后瓣最大值之比稱為前后比，記為F/B。前后比越大，天線的后向輻射（或接收）越小。前后比F/B的計(jì)算十分簡(jiǎn)單F/B=10Lg{（前向功率密度）/（后向功率密度）。前后比(Front-BackRatio)前后比表明了天線對(duì)后瓣抑制的好壞。選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋，導(dǎo)致切換關(guān)系混亂，產(chǎn)生掉話。一般在25－30dB之間，應(yīng)優(yōu)先選用前后比為30的天線。判斷題：天線前后比越大方向性越好（）天線前后比越大增益越大（）天線原理—天線基本概念前后比較差前后比較好

1．主瓣寬度主瓣集中了天線輻射功率的主要部分。所謂主瓣寬度，就是主瓣最大輻射方向兩側(cè)、半功率點(diǎn)之間的夾角，即輻射功率密度降至最大輻射方向上功率密度一半時(shí)的兩個(gè)輻射方向間的夾角，以2θ0.5表示。對(duì)場(chǎng)強(qiáng)來說，主瓣寬度是指場(chǎng)強(qiáng)降至最大場(chǎng)強(qiáng)值的

1/=0.707時(shí)的兩個(gè)方向間的夾角。主瓣最大方向兩側(cè)的第一個(gè)零輻射方向間的夾角，稱為零點(diǎn)波瓣寬度，并用2θ0表示。主瓣寬度越窄，天線的方向性就越強(qiáng)。

根據(jù)天線理論，天線在某一平面內(nèi)的主瓣寬度與天線在這一平面內(nèi)的最大尺寸和波長(zhǎng)的比值成反比，即與L/λ成反比。

米波的引向天線的主瓣寬度約為幾十度到十幾度，厘米波段的拋物面天線為幾度或一度以下。天線輻射參數(shù)－波束寬度10dB波瓣寬度120°(eg)峰值峰值-10dB峰值-10dB60°(eg)峰值峰值-3dB峰值-3dB3dB波瓣寬度

2．副瓣電平副瓣(又稱旁瓣)電平的定義是：最大副瓣的極大值與主瓣最大值之比的對(duì)數(shù)值，即式中：S1和S0分別代表副瓣和主瓣的功率通量密度；E1和E0分別代表副瓣和主瓣的場(chǎng)強(qiáng)。副瓣代表天線在不需要的方向上的輻射或接收。必須盡可能地使方向圖中的副瓣小些。有了副瓣不僅會(huì)使一部分輻射能量白白向空間不必要的方向散失，而且在接收時(shí)，外部干擾信號(hào)會(huì)從副瓣進(jìn)入接收機(jī)，影響設(shè)備的正常工作。方向性系數(shù)、天線增益、天線效率

方向性系數(shù)方向圖雖然可以形象地表示天線的方向性，但是不便于在不同天線之間進(jìn)行比較。為了定量地比較不同天線的方向性，引入了“方向性系數(shù)”這個(gè)參數(shù)，它表明天線在空間集中輻射的能力。在確定方向性系數(shù)時(shí)，通常我們以理想的無方向性天線作為參考的標(biāo)準(zhǔn)。無方向性天線在各個(gè)方向的輻射強(qiáng)度相等，其方向圖為一球面。我們把無方向性天線的方向性系數(shù)取為1。方向性系數(shù)的定義是：設(shè)被研究天線的輻射功率PΣ和作為參考的無方向性天線的輻射功率PΣ0相等，即PΣ=PΣ0時(shí)，被研究天線在最大輻射方向上產(chǎn)生的功率通量密度（或場(chǎng)強(qiáng)的平方）與無方向性天線在同一點(diǎn)處輻射的功率通量密度之比，稱為天線的方向性系數(shù)D，即

(2-2-2)由定義可以看出，比較是在兩天線的總輻射功率相等，觀察點(diǎn)對(duì)天線的距離相等的條件下進(jìn)行的。一個(gè)天線的方向性系數(shù)的大小，表示為在輻射功率相同的條件下，有方向性天線在它的最大輻射方向上的輻射功率密度與無方向性天線在相應(yīng)方向上輻射功率密度之比，如式(2-2-2）所示。D可以用分貝表示，即D（dB）=10lgD。方向性系數(shù)D也可以表示在輻射場(chǎng)中同一點(diǎn)要獲得相同的場(chǎng)強(qiáng)EΣ=EΣ0時(shí)，有方向性天線的輻射功率PΣ比無方向性天線的輻射功率PΣ0節(jié)省的倍數(shù),即

一般來說，米波引向天線的方向性系數(shù)為幾十，米波同相水平天線陣為幾百，微波拋物面天線可達(dá)幾千、幾萬或更高。由方向性系數(shù)的定義可得其中，r為空間任意一點(diǎn)距天線的距離。天線的效率

天線效率定義為：天線輻射功率PΣ與輸入到天線的總功率Pi之比,記為ηΑ,即式中，Pi為輸入功率,PL為歐姆損耗功率。

PL是由天線的銅耗、介質(zhì)損耗、加載元件的損耗以及接地?fù)p耗等產(chǎn)生的。實(shí)際中常用天線的輻射電阻RΣ來度量天線輻射功率的能力。天線的輻射電阻是一個(gè)虛擬的量，定義為:設(shè)有一個(gè)電阻RΣ，當(dāng)通過它的電流等于天線上的最大電流Im時(shí)，其損耗的功率就等于其輻射功率。顯然，輻射電阻的高低是衡量天線輻射能力的一個(gè)重要指標(biāo)，即輻射電阻越大，天線的輻射能力越強(qiáng)。

同理,有耗損電阻RL

天線功率為可見，要提高天線效率，應(yīng)盡可能提高輻射電阻RΣ，降低耗損電阻RL。注意，上式中RΣ和RL應(yīng)用同一個(gè)電流來計(jì)算。一般來說，長(zhǎng)、中波以及電尺寸很小的天線，RΣ均較小，相對(duì)RΣ而言，地面及鄰近物體的吸收所造成的損耗電阻較大，因此天線效率很低，可能僅有百分之幾。這時(shí)需要采用一些特殊措施，如通過鋪設(shè)地網(wǎng)和設(shè)置頂負(fù)載來改善其效率。而超短波和微波天線的電尺寸可以做得很大，輻射能力強(qiáng)，其效率可接近于1。如果計(jì)入傳輸系統(tǒng)的效率(設(shè)為ηφ)，則整個(gè)天饋系統(tǒng)的效率η為

(2-2-9)

天線增益天線的增益又稱增益系數(shù)(G)。增益的定義是：在輸入功率相等（Pi=Pi0）的條件下，天線在最大輻射方向上某點(diǎn)的功率密度和理想的無方向性天線在同一點(diǎn)處的功率密度（或場(chǎng)強(qiáng)振幅的平方值）之比,即也可以定義為：在天線最大輻射方向上的某點(diǎn)，輻射場(chǎng)強(qiáng)相同時(shí)，無方向性天線所需要的輸入功率Pi0與所研究的實(shí)際天線需要的輸入功率Pi之比,即對(duì)比對(duì)比增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換和方向特性的參數(shù)，它是方向系數(shù)與天線效率的乘積，記為G，即G=D·ηA

由上式可見：天線方向系數(shù)和效率愈高，則增益系數(shù)愈高。現(xiàn)在我們來研究增益系數(shù)的物理意義。將方向系數(shù)公式(2-2-3）和效率公式(2-2-4）代入上式得由上式可得一個(gè)實(shí)際天線在最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)為假設(shè)天線為理想的無方向性天線，即D=1，ηΑ=1，G=1，則它在空間各方向上的場(chǎng)強(qiáng)為可見，天線的增益系數(shù)描述了天線與理想的無方向性天線相比，在最大輻射方向上將輸入功率放大的倍數(shù)。若不特別說明，則某天線的增益系數(shù)一般就是指該天線在最大輻射方向的增益系數(shù)。通常所指的增益系數(shù)均是以理想天線作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)的，但有些廠家也采用自由空間半波對(duì)稱振子作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。半波對(duì)稱振子的方向性系數(shù)等于1.64。以它作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所得的增益系數(shù)GA和用點(diǎn)源作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)的增益系數(shù)G之間的關(guān)系為增益系數(shù)也可用分貝表示，即G（dB）=10lgG

dBd和dBidBi是相對(duì)于點(diǎn)源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對(duì)于半波對(duì)稱振子天線的增益dBi=dBd+2.15。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。天線增益是用來衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)的能力。

一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線的阻抗特性三、天線的阻抗特性

1．輸入阻抗所謂天線輸入阻抗，就是指加在天線輸入端的高頻電壓與輸入端電流之比，即通常，天線輸入阻抗分為電阻及電抗兩部分,即Zin=Rin+jXin。其中,Rin為輸入電阻,Xin為輸入電抗。對(duì)比電路理論，把輸入到天線上的功率看作為被一個(gè)阻抗所吸收，則天線可以被看成是一個(gè)等效阻抗。天線與饋線相連，又可以把天線看成是饋線的負(fù)載。于是，天線的輸入阻抗就成為饋線的負(fù)載阻抗。

要使天線效率高，就必須使天線與饋線良好匹配，也就是要使天線的輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗，這樣才能使天線獲得最大功率。天線的輸入阻抗決定于天線的結(jié)構(gòu)、工作頻率以及天線周圍物體的影響等。僅僅在極少數(shù)情況下才能嚴(yán)格地按理論計(jì)算出來，一般采用近似方法計(jì)算或直接由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。為實(shí)現(xiàn)和饋線間的匹配，需要時(shí)可用匹配網(wǎng)絡(luò)消去天線的電抗并使電阻等于饋線的特性阻抗。口面天線的阻抗特性可用饋電系統(tǒng)中某點(diǎn)的電壓駐波比或反射系數(shù)Γ來表示，當(dāng)|Γ|=0，駐波系數(shù)為1時(shí)，稱作匹配。思考：匹配與SWR何關(guān)系匹配和失配要獲得良好的電性能阻抗必須匹配 電纜

50ohms天線

50ohms 80ohms天線的頻帶寬度天線的頻帶寬度是一個(gè)頻率范圍。在這個(gè)范圍里，天線的各種特性參數(shù)應(yīng)滿足一定的要求標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)工作頻率偏離設(shè)計(jì)頻率時(shí)，往往會(huì)引起天線參數(shù)的變化，例如主瓣寬度增大、副瓣電平增高、增益系數(shù)降低、輸入阻抗和極化特性變壞、輸入阻抗與饋線失配加劇、方向性系數(shù)和輻射效率下降等等。天線的頻帶寬度的定義為：中心頻率兩側(cè)，天線的特性下降到還能接受的最低限時(shí)兩頻率間的差值。因?yàn)樘炀€的各個(gè)特性指標(biāo)（均是工作頻率的函數(shù)）隨頻率變化的方式不同，所以天線的頻帶寬度不是惟一的。對(duì)應(yīng)于天線的不同特性，有不同的頻帶寬度，例如，根據(jù)天線方向性的變化確定的叫“方向性頻寬”，根據(jù)天線輸入阻抗的變化確定的叫“阻抗頻寬”。在實(shí)際中應(yīng)根據(jù)具體情況而定。例如，對(duì)于幾何尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)的天線或天線陣，它們的輸入阻抗可能對(duì)頻率不敏感，天線的頻帶寬度主要根據(jù)波瓣寬度的變化、副瓣電平的增大及主瓣偏離主輻射方向的程度等因素確定；對(duì)于圓極化天線，其極化特性常成為限制頻寬的主要因素。天線的頻帶寬度常用不同的定義------一種是指：在駐波比SWR≤1.5條件下，天線的工作頻帶寬度；一種是指：天線增益下降3分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的天線的頻帶寬度

2．輻射阻抗如果把天線向外輻射的功率看作為被某個(gè)等效阻抗所吸收，則稱此等效阻抗為輻射阻抗，即PΣ=I2RΣ。

I是電流的有效值。輻射阻抗的精確計(jì)算相當(dāng)困難，通常也是采用近似方法計(jì)算。天線的極化特性四、天線的極化特性電磁波的極化是指沿電磁波的傳播方向電場(chǎng)矢量隨時(shí)間的變化軌跡。電磁波的極化有三種形式：線極化、圓極化和橢圓極化。按天線輻射電磁波的極化形式，可將天線分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線。

1.線極化

當(dāng)電場(chǎng)矢量只是大小隨時(shí)間變化而取向不變，其端點(diǎn)的軌跡為一直線時(shí)，稱為線極化。對(duì)于線極化波，電場(chǎng)矢量在傳播過程中總是在一個(gè)確定的平面內(nèi)，這個(gè)平面就是電場(chǎng)矢量的振動(dòng)方向和傳播方向所決定的平面，常稱為極化平面。因此線極化又稱為平面極化。當(dāng)電磁波的電場(chǎng)矢量與地面垂直時(shí)，稱為垂直極化，與地面平行時(shí)稱為水平極化，如圖2-11所示。圖2-11垂直極化與水平極化(a)垂直極化；(b)水平極化

2.圓極化

當(dāng)電場(chǎng)振幅為常量而電場(chǎng)矢量以角速度ω圍繞傳播方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電場(chǎng)矢量端點(diǎn)的軌跡為一個(gè)圓，稱為圓極化。矢量端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)方向與傳播方向成右手螺旋關(guān)系的叫右旋圓極化波，成左手螺旋關(guān)系的叫左旋圓極化波。圖2-12圓極化波在圓極化的情況下，如果在垂直于傳播方向的某一固定平面上觀察電磁波的電場(chǎng)矢量，則其端點(diǎn)隨著時(shí)間變化在該平面上畫出的軌跡是一個(gè)圓，如圖2-12（a）所示。如果在某一時(shí)刻沿傳播方向把各處的電場(chǎng)矢量畫出來，則電場(chǎng)矢量端點(diǎn)的軌跡為螺旋線，如圖2-12（b）所示。提問：圖2-12（b）所表示的就是右旋還是左旋圓極化波？

3.橢圓極化在一個(gè)周期內(nèi)，電場(chǎng)矢量的大小和方向都在變化，在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，電場(chǎng)矢量端點(diǎn)的軌跡為一橢圓，則稱為橢圓極化波。橢圓極化波可以看作是兩個(gè)頻率相同，但振幅不等、相位不同的互相垂直的線極化波合成的結(jié)果。

極化問題具有重要的意義。例如在水平極化電波的電磁場(chǎng)中放置垂直的振子天線，則天線不會(huì)感應(yīng)出電流；接收天線的振子方向與極化方向愈一致(也叫極化匹配)，則在天線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)愈大。否則將產(chǎn)生“極化損耗”，使天線不能有效地接收。不同極化形式的天線也可以互相配合使用，如線極化天線可以接收?qǐng)A極化波，但效率較低，因?yàn)橹唤邮盏絻煞至恐械囊粋€(gè)分量。圓極化天線可以有效地接收旋向相同的圓極化波或橢圓極化波；若旋向不一致則幾乎不能接收。當(dāng)圓極化波入射到一個(gè)對(duì)稱目標(biāo)上時(shí)，反射波是反向旋轉(zhuǎn)的。在傳播電視信號(hào)時(shí)，利用這一特性可以克服由反射所引起的重影。一般來說，圓極化天線難以輻射純圓極化波，其實(shí)際輻射的是橢圓極化波，這對(duì)利用天線的極化特性實(shí)現(xiàn)天線間的電磁隔離是不利的，所以對(duì)圓極化通常又引入橢圓度參數(shù)。在通信和雷達(dá)中，通常采用線極化天線。但如果通信的一方是劇烈擺動(dòng)或高速運(yùn)動(dòng)著的，例如在人造衛(wèi)星、宇宙飛船和彈道導(dǎo)彈等空間遙測(cè)技術(shù)中，這些物體在空中沿一定軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，其天線的指向經(jīng)常改變，考慮到地磁的影響，電波信號(hào)通過電離層后會(huì)產(chǎn)生法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，極化平面會(huì)發(fā)生變化，因此為了提高通信的可靠性，發(fā)射和接收都應(yīng)采用圓極化天線。如果雷達(dá)是為了干擾和偵察對(duì)方目標(biāo)，也要使用圓極化天線。采用圓極化天線來跟蹤，不會(huì)使目標(biāo)丟失。采用圓極化天線，可以接收任意取向的線極化波。課堂練習(xí)垂直極化波要用具有

極化（垂直/水平）特性的天線來接收，否則天線就接收不到來波的能量水平極化波要用具有

極化（垂直/水平）特性的天線來接收，否則天線就接收不到來波的能量右旋圓極化波要用具有（右旋/左旋）圓極化特性的天線來接收，否則天線就接收不到來波的能量