【正文】 ersity 103 線極化 6/1/2022 Hefei Normal University 104 如果電磁波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫做橢圓極化波。 在旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極化波。向傳播方向看去順時針方向旋轉(zhuǎn)的叫右旋圓極化波，反時針方向旋轉(zhuǎn)的叫做左旋圓極化波。 6/1/2022 Hefei Normal University 105 最佳接收條件 ① 接收天線的最大接收方向?qū)蕘聿ǚ较颍? ② 接收天線的極化與來波的極化匹配； 凡是正交極化 ， 插入損耗為無窮大 ， 信號阻斷；用線極化天線接收橢圓極化天線 ， 或者反過來 ， 其插入損耗均為 3dB ① 接收天線的負載與自身的阻抗匹配 。 6/1/2022 106 Hefei Normal University 接收天線理論 一、 天線接收的物理過程及收發(fā)互易性 ? 上 圖所示為一接收天線，它處于外來無線電波 Ei的場中 , 發(fā)射天線與接收天線相距甚遠 , 因此 , 到達接收天線上各點的波是均勻平面波。 ? 設(shè)入射電場可分為兩個分量 : 一個是垂直于射線與天線軸所構(gòu)成平面的分量 E1, 另一個是在上述平面內(nèi)的分量 E2。 ? 只有沿天線導(dǎo)體表面的電場切線分量 Ez=E2sinθ 才能在天線上激起電流 , 在這個切向分量的作用下 , 天線元段 dz上將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e=Ezdz。 6/1/2022 107 Hefei Normal University 6/1/2022 Hefei Normal University 108 6/1/2022 Hefei Normal University 109 6/1/2022 Hefei Normal University 110 6/1/2022 Hefei Normal University 111 6/1/2022 Hefei Normal University 112 6/1/2022 Hefei Normal University 113 6/1/2022 Hefei Normal University 114 6/1/2022 Hefei Normal University 115 6/1/2022 Hefei Normal University 116 短振子與半波振子 短振子 ? 尺寸遠小于一個波長的天線稱為電小天線，一般要求其尺寸在工作波長的十分之一以下。 （電尺寸與物理尺寸的區(qū)別） ? 最簡單的電小天線是短振子天線。 6/1/2022 Hefei Normal University 117 短振子電流與電場分布 6/1/2022 Hefei Normal University 118 ? 短振子天線模型 ： l?。 ? 電流由中間最大值 I線性地遞降到端點的零 ? 應(yīng)用 k(h1+h2)171。1條件，得到 ? 所以用電基本振子輻射場公式計算短振子天線的場 ， 只要將 ?l=h1+h2 以及I=I0/2 代入即可 。 z 短振子天線 I0 x y 0201( 1 ) 0()( 1 ) 0zIhzIh?????? ?? ????zIzz21 0 1 2 1( ) ( )d ( )2hhU I z z I h h? ?? ? ??O 6/1/2022 Hefei Normal University 119 短振子電流分布函數(shù)： ?????? ???hzIzI ||1)(0???h短振子電場分布函數(shù)： ??? ?? s i n200rehIjE rj??6/1/2022 Hefei Normal University 120 短振子性質(zhì)： ，均為 ； 的電基本振子，即短振子的有效長度僅為幾何長度 的一半，也就是說 1/4 。 ?sinzhl e ??? 21hI0z?6/1/2022 Hefei Normal University 121 可以看到：電流分布不均勻使得線天線的有效長度小于幾何長度。 想要提升短振子的輻射電阻，思路有兩條： 1）設(shè)法使電流分布變得均勻一些； 2）設(shè)法讓電荷相對集中于天線的兩端。 ? 在末端加載金屬盤，稱為電容極板天線、帶帽天線 ? 模擬電基本振子的天線，加載傳輸線天線 6/1/2022 Hefei Normal University 122 半波振子 ? 從結(jié)構(gòu)上看，半波振子與短振子無本質(zhì)區(qū)別。 ? 半波振子的長度 L為二分之一波長，故曰半波振子。 6/1/2022 Hefei Normal University 123 z 1 78? x, y 半波振子天線 E面方向圖 y z x l/2 –l/2 I I 中心激勵振子天線 6/1/2022 Hefei Normal University 124 zIzIzI mm ??? c o s||4s i n)( ??????? ?????? ????????????????s i nc os2c os60 c oss i n60 4/4/c o s???????????????reIjzdezreIjErjmzjrjm?????s i ncos2cos)()(???????? fF半波振子電流分布函數(shù)： 半波振子電場分布函數(shù)： 6/1/2022 Hefei Normal University 125 天線陣的方向特性 ? 天線陣 ，又稱為 陣列天線 ：由若干個單元天線按一定方式排列起來的輻射系統(tǒng) ? 陣元 ：構(gòu)成天線陣列的單元天線，陣元可以是線天線（半波振子）、環(huán)天線、微帶天線、縫隙天線或其他形式的天線。 ? 組陣目的 ：為了增強輻射方向性或者為了得到既定的方向性。 ? 天線陣 可以分為：連續(xù)陣和離散陣（廣義離散陣）。 ? 實際使用中，常采用 相似陣 ：所有陣元的類型、結(jié)構(gòu)、尺寸和取向一致。 6/1/2022 Hefei Normal University 126 天線陣特性： ? 陣元數(shù)。 N=2，二元陣； N=3，三元陣； ? ? 陣元中心位置軌跡決定了陣的形式。直線陣、圓環(huán)陣、平面陣、共形陣等。 ? 若陣元間的距離為常數(shù)且饋電電流振幅相等、相位呈線性變化，為均勻陣。均勻直線陣、均勻圓環(huán)陣、均勻面陣等。 ? 按各陣元電流相位配置（配相）的不同，分為邊射陣、端射陣和相控陣等。 ? 非均勻陣分為兩種情況：電流振幅不均勻或者空間不均勻。 6/1/2022 Hefei Normal University 127 方向圖乘積定理 天線陣方向函數(shù)等于元因子與陣因子的乘積。 ? ? ? ? ? ?? ?? ?? ?00, , , , , , NNNf f ffff? ? ? ? ? ?????????式 中 ， 為 陣 方 向 函 數(shù)為 陣 元 的 方 向 函 數(shù)為 元 陣 的 陣 因 子??需 注 意 : 陣 的 總 方 向 系 數(shù) 元 因 子 方 向 系 數(shù) 陣 因 子 的 方 向 系 數(shù)6/1/2022 Hefei Normal University 128 二元陣 6/1/2022 Hefei Normal University 129 二元陣 設(shè)天線陣是由間距為 d并沿 x軸排列的兩個相同的天線元所組成 , 如圖所示。假設(shè)天線元由振幅相等的電流所激勵 , 但天線元 2的電流相位超前天線元 1的角度為 ζ, 它們的遠區(qū)電場是沿 θ 方向的 , 于是有 ? ?? ?111121,j k rmj k rjmeE E FreE E F er???????????6/1/2022 Hefei Normal University 130 式中 , F(θ, φ)是各天線元本身的方向圖函數(shù)； Em是電場 強度振幅。 將上面兩式相加得二元陣的輻射場為 : 由于觀察點通常離天線相當遠 , 故可認為自天線元 “1”和 “2” 至點 M的兩射線平行 , 所以 r2與 r1的關(guān)系可寫成 r2=r1dsinθcosφ 同時考慮到 6/1/2022 Hefei Normal University 131 6/1/2022 Hefei Normal University 132 6/1/2022 Hefei Normal University 133 元因子表示組成天線陣的單個輻射元的方向圖函數(shù) , 其值 僅取決于天線元本身的類型和尺寸。它體現(xiàn)了天線元的方向性 對天線陣方向性的影響。 陣因子表示各向同性元所組成的天線陣的方向性 , 其值取 決于天線陣的排列方式及其天線元上激勵電流的相對振幅和相 位 , 與天線元本身的類型和尺寸無關(guān)。 由式（ 168）可以得到如下結(jié)論 : 在各天線元為相似元的 條件下 , 天線陣的方向圖函數(shù)是單元因子與陣因子之積。 這個 特性稱為 方向圖乘積定理 。 6/1/2022 Hefei Normal University 134 6/1/2022 Hefei Normal University 135 6/1/2022 Hefei Normal University 136 6/1/2022 Hefei Normal University 137 6/1/2022 Hefei Normal University 138 6/1/2022 Hefei Normal University 139 6/1/2022 Hefei Normal University 140 6/1/2022 Hefei Normal University 141 6/1/2022 Hefei Normal University 142 均勻直線陣 均勻直線陣是等間距、各陣元電流的幅度相等（等幅分布）而相位依次等量遞增或遞減的直線陣 , 如圖所示。 N個天線元沿 x軸排成一行 , 且各陣元間距相等、相鄰陣元之間相位差為 ζ。因為天線元的類型與排列方式相同 , 所以天線陣方向圖函數(shù)依據(jù)方向圖乘積定理 , 等于元因子與陣因子的乘積。 這里 , 我們主要討論陣因子。 類似二元陣的分析 , 可得 N元均勻直線陣的輻射場 : 6/1/2022 Hefei Normal University 143 均勻直線陣 ?jnn eII 1?? ),3,2( Nn ??1?NINI3I2I1Ixzy??1r2r3r1?NrNrd? 6/1/2022 Hefei Normal University 144 ??? c o skd?????? ???????10)1(321)(NnjnNjjjja eeeeef?????? ? 設(shè)坐標原點為相位參考點，當電波射線與陣軸線成 δ角度時，相鄰陣元在此方向上的相位差為： 根據(jù)輻射場疊加原理，可得 N元均勻直線陣陣因子為： 6/1/2022 Hefei Normal University 145 2s in2s in)(???Nf a ?2s in2s in1)(???NNF a ?簡化后得到： 因子取最大值 N，歸一化陣函數(shù)為： 根據(jù)方向函數(shù)乘積定理，均勻直線陣的方向函數(shù)等于陣因子乘以陣元的方向函數(shù)。實際應(yīng)用中，應(yīng)盡量使 陣元的最大輻射方向與陣因子一致 ，陣的方向性調(diào)控主要通過調(diào)控陣因子來實現(xiàn)。 6/1/2022 Hefei Normal University 146 陣函數(shù)的極值點 6/1/2022 Hefei Normal University 147 歸一化陣因子與 變化關(guān)系曲線?6/1/2022 Hefei Normal University 148