【正文】 主瓣軸線兩側(cè)的兩個(gè)半功率點(diǎn)（即功率密度下降為最大值的一半或場強(qiáng)下降為最大值的 ）的矢徑之間的夾角，稱為主瓣寬度，表示為 （ E面）或 （H面）。 ? 復(fù)雜天線系統(tǒng)，其很難求解出較為準(zhǔn)確的方向圖函數(shù)的解析表達(dá)式，此時(shí)必須借助測量得到的數(shù)據(jù)繪出方向圖，以了解天線的輻射特性。 ? 方向函數(shù)的寫法，一般應(yīng)兼顧數(shù)學(xué)和工程上的習(xí)慣： （ 1）電流分布具有圍繞 z軸旋轉(zhuǎn)對稱且沿 z軸流動(dòng)，則 （ 2）磁流分布具有圍繞 z軸旋轉(zhuǎn)對稱且沿 z軸流動(dòng)，則 （ 3）電流分布具有圍繞 z軸旋轉(zhuǎn)對稱且沿 ψ 方向流動(dòng)，則 ? ? ? ? ? ?0 ,jreE U V f fr ? ??? ? ? ? ? ?? ???? ??? ? , 0f f f?????? ? , 0f f f?????? ? , 0f f f?????垂直極化 水平極化 水平極化 6/1/2022 Hefei Normal University 82 例 15 線極化 圓極化、橢圓極化 ?空間上 θ 、 ψ 正交的電場分量通式存在僅僅是圓 /橢圓極化的必要條件，并非充要條件；充分條件是追加時(shí)間上正交分量相位相差 90176。 ? 功率密度 S分布的不均勻性，并不是電基本振子的特有現(xiàn)象，它是一切矢量波輻射系統(tǒng)的共同特征。2 2 22 2 2 2H j EE j H M????? ? ?? ? ? ? ?1中變量 2中替代變量 J1 M2 ε39。 但是 , 如果引入這種假想的磁荷和磁流的概念 , 將一部分原來由電荷和電流產(chǎn)生的電磁場用能夠產(chǎn)生同樣電磁場的磁荷和磁流來取代 ,即將 “ 電源 ” 換成等效 “ 磁源 ”, 可以大大簡化計(jì)算工作。由于方向性函數(shù)是坐標(biāo)θ 和 φ 的函數(shù) ,因此三維坐標(biāo)系統(tǒng)中的方向性圖為立體圖。 這說明電基本振 子的輻射是有方向性的。 12 EH ???S (3) 遠(yuǎn)區(qū)場的相位隨 r的增加不斷滯后 ,其等相位面為 r等于常 數(shù)的球面。 ? ? ? ?20 2251 s i n s i n 22 3 2n f n f n f IzE H j rr? ? ? ???? ?? ? ? ? ?S6/1/2022 62 Hefei Normal University 近區(qū)場 : 的區(qū)域稱為遠(yuǎn)區(qū) ， 在此區(qū)域中 ? 整理得： 1r? ??? ? ? ?231 1 1r rr? ??? ? ? ?0s in2s in2rjrjrEEIzE j erIzH j er?????????????????? ?? ??? ????6/1/2022 63 Hefei Normal University 2) 遠(yuǎn) 區(qū)場 6/1/2022 Hefei Normal University 64 由此可見遠(yuǎn)區(qū)場具有下列特點(diǎn) : (1)在遠(yuǎn)區(qū) , 電基本振子的場只有 Eθ 和 Hφ 兩個(gè)分量 , 它們在空間上相互垂直 , 在時(shí)間上同相位 ,所以其玻印廷矢量 是實(shí)數(shù) ,且指向 r 方向。 ③ 電場與磁場相位相差 90176。 在 Er， Eθ和 Hφ分量中都含有 1/r,1/r2和 1/r3三 項(xiàng)或其中二項(xiàng) 。 6/1/2022 53 Hefei Normal University 電基本振子 赫茲電偶極子、無窮小振子、電流元 6/1/2022 54 Hefei Normal University I P z r 電基本振子 re?e?e利用矢量 磁 位 A ， 不難求得空間 P點(diǎn)的場強(qiáng) 。N a m e X Ym1 0 . 0 0 0 0 1 8 . 0 9 3 2m2 2 . 5 0 0 0 1 4 . 6 8 3 3m3 1 5 . 0 0 0 0 0 . 5 7 8 3m4 1 9 . 0 0 0 0 1 8 . 2 7 9 6m5 2 0 . 5 0 0 0 1 8 . 8 4 8 7 電基本振子是線狀天線的基本單元 ,因此討論電基 本振子具有重要的實(shí)際意義。d B ( G a i n T o t a l ) _ 1S e t u p 1 : L a s t A d a p t i v eF r e q = 39。主要電氣參數(shù) 6/1/2022 Hefei Normal University 52 主要電氣參數(shù) 2 0 0 . 0 0 1 5 0 . 0 0 1 0 0 . 0 0 5 0 . 0 0 0 . 0 0 5 0 . 0 0 1 0 0 . 0 0 1 5 0 . 0 0 2 0 0 . 0 0T h e t a [ d e g ]4 0 . 0 03 0 . 0 02 0 . 0 01 0 . 0 00 . 0 01 0 . 0 02 0 . 0 0Y1A n s o f t L L C 1 8 X 1 _ a r r a y _ n e w _ f e e d l i n e 1X Y P l o t 3m1m2m3m4m5C u r v e I n f od B ( G a i n T o t a l )S e t u p 1 : L a s t A d a p t i v eF r e q = 39。d B ( G a in T o t a l) _ 1S e t u p 1 : L a s t A d a p t iv eF r e q = 39。 6/1/2022 Hefei Normal University 48 天線概覽 6/1/2022 Hefei Normal University 49 常見天線類型 ? 電小天線 ? 諧振天線 ? 寬帶天線 ? 口徑天線 6/1/2022 Hefei Normal University 50 常見天線類型 6/1/2022 Hefei Normal University 51 2 3 . 0 0 2 3 . 2 5 2 3 . 5 0 2 3 . 7 5 2 4 . 0 0 2 4 . 2 5 2 4 . 5 0 2 4 . 7 5 2 5 . 0 0F re q [ G H z ]2 5 . 0 02 0 . 0 01 5 . 0 01 0 . 0 05 . 0 00 . 0 0dB(St(1,1))A n s o f t L L C P a t c h _ A n t e n n a _ A D K v 1R e t u r n L o s sC u r v e In f od B ( S t ( 1 , 1 ) )S e t u p 1 : S w e e p 12 0 0 . 0 0 1 5 0 . 0 0 1 0 0 . 0 0 5 0 . 0 0 0 . 0 0 5 0 . 0 0 1 0 0 . 0 0 1 5 0 . 0 0 2 0 0 . 0 0T h e t a [ d e g ]2 5 . 0 02 0 . 0 01 5 . 0 01 0 . 0 05 . 0 00 . 0 05 . 0 01 0 . 0 0Y1A n s o f t L L C P a t c h _ A n t e n n a _ A D K v 1X Y P l o t 2C u r v e In f od B ( G a in T o t a l)S e t u p 1 : L a s t A d a p t iv eF r e q = 39。 6/1/2022 Hefei Normal University 47 天線概覽 研究天線問題 , 實(shí)質(zhì)上是研究天線在空間所產(chǎn)生的電磁場 分布。 面天線是由尺寸大于波長的金屬或介質(zhì)面構(gòu)成的 , 主要 用于微波波段 , 超短波波段則兩者兼用。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)線稱為振子。 ? 2. 假如電荷在導(dǎo)線內(nèi)作勻速運(yùn)動(dòng)： ， 就不會(huì)有輻射 。我們經(jīng)常談到的電流是在時(shí)諧狀態(tài)下的，而電荷往往是討論其瞬間的情況。該甚大天線陣隸屬于美國國家射電天文臺(tái)（ NRAO） ， 于 1981年建成 。 ? 隨著電路技術(shù)向集成化方向發(fā)展，微帶天線引起了廣泛的關(guān)注和研究，并在飛行器上獲得了應(yīng)用。 ? 此外，在陣列天線方面，由線陣發(fā)展到圓陣；由平面陣發(fā)展到共形陣；信號(hào)處理天線，自適應(yīng)天線、合成孔徑天線等技術(shù)也都進(jìn)入了實(shí)用階段。 6/1/2022 19 Hefei Normal University 面天線時(shí)期： 19451959 ? 人造地球衛(wèi)星和洲際導(dǎo)彈研制成功對天線提出了一系列新的課題，要求天線有高增益、高分辨率、圓極化、寬頻帶、快速掃描和精確跟蹤等性能。 6/1/2022 18 Hefei Normal University 面天線時(shí)期： 19301945 ? 微波中繼通信、對流層散射通信、射電天文和電視廣播等工程技術(shù)的天線設(shè)備有了很大發(fā)展，建立了大型反射面天線。 ? 在面天線基本理論方面，建立了幾何光學(xué)法，物理光學(xué)法和口徑場法等理論。這時(shí)已有類比于聲學(xué)方法的喇叭天線、類比于光學(xué)方法的拋物反射面天線和透鏡天線等。 ? 同時(shí)， 法和二重性原理。 6/1/2022 16 Hefei Normal University 線天線時(shí)期： 1930年之前 ? 在這一時(shí)期，天線的理論工作也得到了發(fā)展。 后來，業(yè)余無線電愛好者發(fā)現(xiàn)短波能傳播很遠(yuǎn)的距離， 和 ，從而開辟了短波波段和中波波段領(lǐng)域。 6/1/2022 15 Hefei Normal University 馬可尼 在無線電獲得應(yīng)用的最初時(shí)期，真空管振蕩器尚未發(fā)明，人們認(rèn)為波長越長，傳播中衰減越小。 1933年 12月 7日至 12日，馬可尼曾到我國訪問，并在南京停留，宣傳普及無線電知識(shí)，他特別講到：“貴國地大民眾，無線電最有用處，望貴國人士深明此意，聯(lián)絡(luò)民眾，交換情感，可造成一強(qiáng)大無匹之國家”。 BEBEB????如廣播電臺(tái) 聲 電 電磁波發(fā)射 電視臺(tái) 聲光 電 電磁波發(fā)射 E6/1/2022 13 Hefei Normal University 天線的理論基礎(chǔ) 最早的發(fā)射天線是 赫茲 在 1887年為了驗(yàn)證麥克斯韋根據(jù)理論推導(dǎo)所作關(guān)于存在電磁波的預(yù)言而設(shè)計(jì)的。 ② 天線應(yīng)使電磁波盡可能集中于確定的方向上 , 或?qū)Υ_定方 向的來波最大限度的接受 , 即天線具有方向性。因此天線設(shè)備是無線電系統(tǒng)中重要的組成部分 。 發(fā)射天線 接收天線 wave 避免能量損耗 防止干擾 6/1/2022 6 Hefei Normal University 天線的作用 6/1/2022 Hefei Normal University 7 天線的方向性 6/1/2022 Hefei Normal University 8 天線的方向性 6/1/2022 Hefei Normal University 9 D= λ, S= λ, N=10 天線的方向性 6/1/2022 Hefei Normal University 10 頻段 2 音頻 8 基低頻 4 低 頻 （ VF)） （ VLF） （ LF） 5 中 頻 （ MF） 6 高 頻 7 甚高頻 8 特高頻 9 超高頻 10 極高頻 （ HF） （ VHF ） （ UHF） （ SHF） （ EHF） 11 12 13 14 超長波 長波 中波 超短波 分米波 厘米波 毫米波 3Hz 30Hz 300Hz 3kHz 30kHz 300kHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz 3THz 30THz 300THz 105km 104km 103km 102km 10km 1km 100m 10m 1m 10cm 1cm 1mm 100181。因此天線實(shí)際上是一個(gè) 換能器 。而接收天線的作用則恰恰相反。也就是說天線應(yīng)該有一定的 方向性 。 （公里） （米） （厘米）（毫米） （微米） 短波 （ VLW） （ LW） （ MW） （ SW） （ VSW） （米波） 音 頻 雷達(dá)頻率 微波頻率