电子科技大学天线概述教材

第四章 增益测量第一节 引言天线的方向增益（通常称方向性系数）是表征天线所辐射的能量在空间分布情况的量，定义为在相同辐射功率情况下，该天线辐射强度),(ϕθp 与平均辐射强度之比，即0p 0),(),(p p D ϕθϕθ=（4﹒1） 由于辐射强度正比于电场强度的平方，因此，方向性系数也可写为 22),(),(E E D ϕθϕθ=（相同辐射功率） （4﹒2）式中，),(ϕθE 是该天线在),(ϕθ方向产生相同电场强度的条件下，点源天线的总辐射功率与该天线的总辐射功率之比，即 ),(),(0ϕθϕθT TP P D =（相同电场强度） （4﹒3）一般情况均指最大辐射方向的方向性系数，因此，式（4﹒1）、（4﹒2）、（4﹒3）可写为2020E Ep p D m m m == （相同辐射功率）mToTP P =（相同电场强度） （4﹒4） 方向性系数是以辐射功率为基点，没有考虑天线能量转换率。

为了更完整地描述天线的特性，我们以天线输入功率为基点，将该天线与点源天线作比较，于是，仿照方向性系数所定义的量就叫做天线的功率增益（通常称为增益系数），即22),(),(E E G ϕθϕθ= （相同输入功率） （4﹒5）或),(),(0ϕθϕθin inP P G =（相同电场强度） （4﹒6）式中，和in P 0),(ϕθin P 分别是点源天线和该天线的输入功率。

若指天线最大辐射方向的增益，则式（4﹒5）和（4﹒6）可写为 22E E G m m =（相同输入功率）inminP P 0=（相同电场强度） （4﹒7） 将式（ 4﹒7）进行简单的换算，则有Am inm mTmT oT oT in inm oin m D P P P P P P P P G ηη••=•==00 （4﹒8） 式中，0η和A η分别是点源天线和某天线的效率。

令点源天线效率10=η，并因一般谈及方向性系数或增益系数均指最大发射方向，为简化书写，我们将足标“”去掉，于是式（4﹒8）就变为m D G A η= （4﹒9） 可见，天线的增益系数等于天线的效率与方向性系数之积。

《天线理论与技术》教学大纲Antenna Theory and Technology第一部分大纲说明1. 课程代码：2. 课程性质：专业学位课3. 学时/学分：40/34. 课程目标：通过这门课的学习，使学生掌握天线的基础知识、常用天线的结构及分析方法。

配合相关软件的学习，最终使学生达到能够独立完成常用及新型天线的设计及改进方法。

5. 教学方式：课堂讲授、分组实验、分组专题报告与课堂讨论相结合6. 考核方式：考试7. 先修课程：电磁场与波、高频电子电路8. 本课程的学时分配表9. 教材及教学参考资料：（一）教材：宋铮，天线与电波传播，西安：西安电子科技大学出版社，2003年版（二）教学参考资料：1、John D. Kraus，天线（第三版），北京：电子工业出版社，2008年版2、Law & Kelton，Electromagnetics with Application ，北京：清华大学出版社，2001年版3、Warren L. Stutaman，天线理论与设计，北京：人民邮电出版社，2006年版4、卢万铮，天线理论与技术，西安：西安电子科技大学出版社，2004年版5、李莉，天线与电波传播，北京：科学出版社，2009年版第二部分教学内容和教学要求本课程讲授天线的基本理论和设计方法，主要内容有：天线的基本知识、常用天线的结构和分析方法、天线仿真与设计的常用软件、常用天线及新型天线的设计和改进方法。

第一章时变电磁场教学内容：1.1 麦克斯韦方程1.2 时变电磁场的边界条件1.3 波动方程与位函数1.4 位函数求解1.5 时变电磁场的唯一性定理1.6 时变电磁场的能量及功率1.7 正弦时变电磁场1.8 正弦时变电磁场中的平均能量与功率教学要求：本章是本课程的基础内容，讲授过程中注意和后续章节具体天线的分析和设计的结合。

教学建议：1.重点是麦克斯韦方程和时变电磁场的边界条件的分析方法。

2.讲授过程中注重讲授和后续章节内容的联系。

西安电子科技大学《天线测量》教学大纲一、课程地位、基本要求以及与其他课程的联系本课程是微波电信专业选修的专业课，通过该课程的学习使学生掌握天线测量的基本理论和方法，培养学生分析和解决实际问题的能力以及实际动手的能力，为学生今后走上工作岗位打下一个良好的基础。

基本要求是通过课程教学、实验、示教等教学环节使学生掌握天线测试场的设计与鉴定准则；掌握天线基本参数的测量原理和方法；学会常规测量仪器和先进测量仪器基本操作方法以及测量原理。

本课程是《天线原理》课程内容的补充与应用。

《天线原理》课程完成天线基本理论的教学；《天线测量》课程完成天线基本参数测量原理和实验的教学。

二、课程内容和学时分配（1）理论教学绪论1学时天线场地设计与鉴定8学时天线方向图的测量2学时天线增益的测量3学时天线极化的测量6学时天线阻抗的测量4学时天线相位方向图的测量4学时天线源场测量2学时天线近场测量6学时用射电源测量天线的电参数和现代天线测量设备与系统介绍2学时（2）实验教学每个实验2小时，共计4个实验，具体内容为：1实验一：对称阵子和无源阵子天线方向图的测量实验二：对称阵子输入阻抗的测量实验三：喇叭天线增益的测量实验四：天线计划参数的测量（3）示教教学用矢量网络分析仪测量天线的阻抗特性；微波暗室的设计与建造三、实验要求（1）实验前必须充分理解实验测量原理，会出测量方框图，熟悉所用仪器的使用方法和注意事项，给出测量参数的理论数值；（2）记录实验数据和实验测量条件，试验现场测量数据必须交在场指导老师审阅后方能离开实验现场；（3）做出实验报告，前一个实验报告未交者不能参加下一个实验，实验报告占总成绩的50%；四、考核方式独立作业或者命题考察；五、教材及参考书《天线测量》林昌禄成都电讯工程学院出版社2。

10.4 圆锥喇叭（Conical horn ）圆锥喇叭是一种实用的微波天线，如图10-13所示。

图10-13 圆锥喇叭1. 口径场分布它采用圆波导馈电。

如果圆波导中传输的是主模TE 11模，则圆锥喇叭中激励的主模也是TE 11模。

主要区别是：圆波导开口面上的场是同相分布的，而圆锥喇叭口径面上的场幅度近似为圆波导中场分布，但相位近似为平方律相位分布。

喇叭中的电磁波沿逐渐张开的喇叭波导传输，最后过渡到自由空间，由于是平滑过渡，其喇叭口径面的反射较小，可忽略反射波。

因此，圆锥喇叭的口径场只比书上P204式(9.51)的同相口径场多了平方律相位分布项，见书上P242式(10.89)。

对TE 11模激励的圆锥喇叭，其口径面上的场可采用简单的表示方法，由式(9.30)加上平方率相位差因子即可 2j /(2R eβρ−)22j 20111j 20111()sin ()cos R s R s E E e J a E E e J a ρβρρβϕρµϕρρµϕ−− ′= ′′=(10.51) 2. 辐射场把口径场分布代入式(8.36)可以求远区辐射场，但计算过程十分繁琐，这里略。

j j sin cos()j j sin cos()j (1cos )(,)cos()(,)sin()2j (1cos )(,)sin()(,)cos()2r s s s r s s se E E E e r e E E E e r ββρθϕϕθρϕββρθϕϕϕρϕd d d d θρϕϕϕρϕϕϕρρϕλθρϕϕϕρϕϕϕρρϕλ−′−−′− ′′′′ =+−+− ′′′′′ =+−−+− ∫∫∫∫′ 如果取圆锥喇叭口径上的最大相位差为2M t ψπ=，22/2|2D D t 8R Rρρλλ=== (10.52) 当取不同t 值时的E 面和H 面方向图如图10-14所示。

图10-14 圆锥喇叭E 面和H 面方向图随口径最大相位差的变化由图可见，当t 较大时，波瓣将发生分裂，且波瓣将展宽。

天线第三版下册教学设计介绍《天线第三版下册》为电子科技大学通信工程专业天线课程的教材，本教学设计针对天线课程的学生人群，通过理论讲解和实验操作，使学生能够具备天线设计和分析的能力。

本教学设计旨在培养学生对于天线设计和分析的兴趣，提升学生对于通信领域的理解和认识。

教学目标通过本教学设计的学习，学生应该具备以下能力和知识：1.掌握天线设计和分析的基本原理和方法；2.能够使用软件工具进行天线设计、仿真和优化；3.能够针对特定问题和需求进行天线设计和调试；4.能够在小组中展开合作，完成天线设计和报告的撰写。

教学内容本教学设计的主要教学内容包括以下几个模块：第一模块：天线基础知识1.天线的定义和分类；2.天线的基本参数和特性；3.天线的阻抗匹配和天线馈线传输线的特性。

第二模块：天线设计与优化1.天线设计的基本流程和步骤；2.天线的优化方法和工具；3.天线矩阵和阵列设计。

第三模块：天线测量1.天线性能的测量方法和技术；2.天线测量仪器的使用和操作；3.天线测试中的误差分析和校准方法。

第四模块：天线高级应用1.天线与其他通信系统的集成；2.天线在通信系统中的应用；3.天线在智能制造等领域的应用。

教学方法本教学设计主要采用讲授、实验、讨论和研究等方法，以使学生更好地掌握天线设计和分析的基本理论和方法，并能够通过实验操作，熟悉天线的实际应用场景。

讲授通过教师的讲授，向学生介绍天线基础知识、天线设计和优化、天线测量、天线高级应用等相关内容。

教师应通过演示和多媒体等手段使学生更好地理解和掌握相关知识。

实验通过实验操作，使学生亲身体验天线设计和分析的的整个流程，了解各个参数的变化对天线性能的影响。

实验阶段应采用多种软件工具，如CST、HFSS、ADS等，使学生掌握使用这些工具进行天线设计和仿真的基本技能。

讨论在学习过程中，通过小组讨论，使学生能够更好地理解和掌握相关知识。

在讨论过程中，教师应提出相关问题，引导学生分析和解决这些问题，并引导学生积极主动地表达自己的观点和想法。