半波对称振子与馈线的匹配

天线与馈线的连接天线与馈线的连接，是安装天线时十分重要的问题。

若连接不正确，将直接影响接收效果。

其连接方式，取决于天线中有源振子的形状和馈线的种类。

一般常用的有下列情况。

1、天线的有源振子为半波折合振子（阻抗300Ω）连接馈线采用300Ω扁平馈线时，其连接方式最简单，即将馈线的两根导线分别接在有源振子中间开口处即可，如图1所示。

如果采用75Ω同轴电缆作连接馈线，其连接方式需要把半波折合振子333Ω阻抗变换与同轴电缆75Ω匹配。

方法是载取1/2波长的同轴电缆制作成U 型变换器，如图2所示。

先将1/2λ的同轴电缆中间芯线的两端，接在半波折合振子天线的开口处，其外层屏蔽网相连；主馈线的芯线接天线开口处的任一端，其屏蔽网连接U形变换器的屏蔽网。

2、天线的有源振子为半波振子（阻抗75Ω）当馈线采用300Ω扁平馈线时，需进行阻抗变换，方法是用1/4波长的扁平馈线两根制成阻抗变换器，接法如图3所示。

当馈线采用75Ω同轴电缆时，就只需要进行平衡－不平衡转换，可采用75Ω同轴线作U形变换器，接法如图4所示。

取一根1/2λ的同轴电缆，将两端接于天线开口处并将外层相连好；再在U形变换器1/4λ处截断，其主馈线的芯线接在1/4λ处的同轴线芯线，其外层屏蔽线接在3/4λ处的同轴线芯线。

此外，还可用双孔磁心制作。

其制作方法见图5(a)、(b)所示。

双孔磁心阻抗变换器的突出优点是体积小频带宽，缺点是抗干扰能力与选择性差。

天线与馈线匹配中的平衡与不平衡变换很多天线如半波振子天线、折合振子天线、环行天线等都是平衡馈电的，它们都有两个馈电点，它们都有个特点：两个馈电点的信号电压（或电流）的相位是互为反相的。

而主馈电缆常常都是用同轴电缆，同轴电缆属于不平衡（不对称）馈线，其内导体是馈电点，而外导体是地线点，不参与馈电。

所以就算天线的特性租抗与同轴电缆相同也不能直接连接，否则，会破坏天线的对称性，使天线两臂上的电流大小不等，这种不平衡性会改变天线的方向图，使之成为不对称的方向图，从而使馈线可能接收到各种干扰波和使馈线与天线失配。

第28卷第1期杭州电子科技大学学报V ol.28,N o.1 2008年02月Journal　of　Hangzh ou　Dianzi　University Feb.2008　半波振子天线宽带阻抗匹配设计中的加罩法陈丹凤,官伯然(杭州电子科技大学天线与微波技术研究所,浙江杭州310018)摘要:该文提出了一种加天线罩来实现半波振子天线宽频带阻抗匹配的方法。

首先,以半波振子天线为研究对象,用电磁仿真软件对单层以及B-夹层罩壁结构进行仿真,其结果验证了方法的正确性。

在此基础上,设计了一种C-夹层天线罩罩壁结构。

所设计的C-夹层天线罩具有结构强度高、透波性能好、对天线辐射特性影响小等特点。

半波振子天线外加所设计的天线罩后带宽性能好,能在宽频带范围内实现阻抗匹配,适用于第三代移动通信系统。

关键词:半波振子;宽带阻抗匹配;天线罩;移动通信中图分类号:T N821 文献标识码:A 文章编号:1001-9146(2008)01-0028-040　引　言在移动通信系统中,空间无线信号的发射和接收都是依靠天线来实现的。

而半波振子天线是最经典,也是目前应用最广泛的天线。

如果将天线暴露在自然环境中,必然会减小天线的寿命,甚至导致天线工作不稳定。

因此一般将天线放置于天线罩内。

一个设计优良的天线罩除了具有保护性、可靠性外,还能进一步改善天线性能。

至今应用的第二代移动通信系统的使用频段较低,可以忽略介质罩对天线性能的影响;而对于第三代移动通信系统,例如I MT-2000,其频段达到2G H z左右,需要考虑加罩对天线各指标的影响[1]。

对于移动通信领域的天线罩来说,罩壁结构位于天线近场区,主要研究天线罩对驻波比、辐射方向图等指标的影响[2]。

现代通信要求天线具有宽频带高增益特性,要想拓宽天线的带宽,必须采取匹配措施。

匹配的好坏直接影响天线的驻波比和增益[3]。

而现行的方法一般都采用设计匹配网络的方法。

本文提出了一种用天线罩实现半波振子宽带阻抗匹配的方法。

半波对称振子天线设计基础理论
半波对称振子天线是一种常用的天线类型，具有较宽的频带、良好的方向图和极佳的输入驻波比性能。

其基础理论如下：
1. 振子长度：半波对称振子的长度为1/2波长，即L = λ/2。

当振子长度为半波长时，天线的辐射阻抗达到50Ω，从而与50Ω的传输线匹配。

2. 振子宽度：振子宽度一般为1/100-1/20波长。

振子宽度越大，天线的频带宽度越宽，但方向性较差。

振子宽度越小，则天线的频带宽度较窄，但方向性较好。

3. 振子位置：振子的位置一般选在天线的中心处。

当振子偏离中心时，方向图会产生副瓣。

4. 地面平面：半波对称振子天线需要一个地面平面作为反射面。

地面平面越大，天线的方向性越好。

5. 带宽：半波对称振子天线的频带宽度一般为10%-20%。

当频带宽度较宽时，天线的方向性较差，同时还会影响输入驻波比的性能。

6. 输入阻抗：半波对称振子天线的理论输入阻抗为75Ω。

为了与50Ω的传输线匹配，常采用具有阻抗转换功能的馈送系统，如斯密特馈线。

除此之外，半波对称振子天线还需要考虑其他因素，如天线的高度、材料、绝缘子等，以及天线与周围环境的电磁相互作用等。

馈线（传输线）的基本概念a) 传输线（天馈线）的基本概念连接天线和基站输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线。

传输线的主要任务是有效地传输信号能量。

因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或将发射机发出的信号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。

这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。

当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。

b) 传输线的种类、阻抗和馈线衰减常数超短波段的传输线一般有两种：平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和微带等）。

平行线传输线通常由两根平行的导线组成。

它是对称式或平衡式的传输线。

这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。

同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。

同轴电缆工作频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。

使用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。

GSM系统所用天馈为同轴电缆。

无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号Ｚ。

表示。

同轴电缆的特性阻抗Ｚ。

＝〔138/√εr〕×log(D/d)欧姆。

通常Ｚ。

=50欧姆/或75欧姆；D为同轴电缆外导体铜网内径；d为其芯线外径；εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。

由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。

一般GSM工程上采用的馈线为口径为7/8 inch；在Alcatl系统的双频小区中DCS1800使用13/8 inch口径的馈线。

信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。

这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。

因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。

损耗的大小用衰减常数表示。

单位用分贝（dB）／米或分贝／百米表示。

实验一半波振子天线仿真设计一、实验目的：1、熟悉HFSS软件设计天线的基本方法；2、利用HFSS软件仿真设计以了解半波振子天线的结构和工作原理；3、通过仿真设计掌握天线的基本参数：频率、方向图、增益等。

二、预习要求1、熟悉天线的理论知识。

2、熟悉天线设计的理论知识。

三、实验原理与参考电路3.1天线介绍天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置。

天线的作用：将电磁波能量转换为导波能量,或将导波能量转换为电磁波能量。

3.1.1天线的基本功能天线应尽可能多的将导波能量转变为电磁波能量,要求天线是一个良好的开放系统,其次要与发射机<或接收机>良好匹配;（1）、天线应使电磁波能量尽量集中于需要的方向,（2）、对来波有最大的接收;（3）、天线应有适当的极化,以便于发射或接收规定极化的电磁波;（4）、天线应有只够的工作带宽;3.1.2天线的分类（1）、按用途分：通信天线、广播电视天线、雷达天线等;（2）、按工作波长分：长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线等;（3）、按辐射元分：线天线和面天线;3.1.3天线的技术指标大多数天线电参数是针对发射状态规定的,定向辐射的能力。

（1） 天线方向图与其有关参数所谓方向图,是指在离天线一定距离处,辐射场的相对场强<归一化模值>随方向变化的曲线图。

如图1所示。

若天线辐射的电场强度为E <r ,θ,φ>,把电场强度〔绝对值〕写成式中I 为归算电流,对于驻波天线,通常取波腹电流I m 作为归算电流； f <θ,φ>为场强方向函数。

因此,方向函数可定义为(,,)(,)260/E r f I rθϕθϕ=式 为了便于比较不同天线的方向性,常采用归一化方向函数,用F <θ,φ>表示,即 式中,f max <θ,φ>为方向函数的最大值；E max 为最大辐射方向上的电场强度;E <θ,φ>为同一距离<θ,φ>方向上的电场强度。

天线的参数短波通信是指波长10 0 — 10米（频率为3 — 30MHZ）的电磁波进行的无线电通信。

短波通信传输信道具有变参特性，电离层易受环境影响，处于不断变化当中，因此，其通信质量，不如其它通信方式如卫星、微波、光纤好。

短波通信系统的效果好坏，主要取决于所使用电台性能的好坏和天线的带宽、增益、驻波比、方向性等因素。

近年来短波电台随着新技术提高发展很快，实现了数字化、固态化、小型化，但天线技术的发展却较为滞后。

由于短波比超短波、卫星、微波的波长长，所以，短波天线体积较大。

在短波通信中，选用一个性能良好的天线对于改善通信效果极为重要。

下面简单介绍短波天线如何选型和几种常用的天线性能。

一、衡量天线性能因素天线是无线通信系统最基本部件，决定了通信系统的特性。

不同的天线有不同的辐射类型、极性、增益以及阻抗。

1•辐射类型：决定了辐射能量的分配，是天线所有特性中最重要的因素，它包括全向型和方向型。

2.极性：极性定义了天线最大辐射方向电气矢量的方向。

垂直或单极性天线（鞭天线）具有垂直极性，水平天线具有水平极性。

3 .增益：天线的增益是天线的基本属性，可以衡量天线的优劣。

增益是指定方向上的最大辐射强度与天线最大辐射强度的比值，通常使用半波双极天线作为参考天线，其它类型天线最大方向上的辐射强度可以与参考天线进行比较，得出天线增益。

一般高增益天线的带宽较窄。

4.阻抗和驻波比（VSWR）:天线系统的输入阻抗直接影响天线发射效率。

当驻波比（VSWR）1 :1时没有反射波，电压反射比为1。

当VSWR大于1时，反射功率也随之增加。

发射天线给出的驻波比值是最大允许值。

例如：V SWR为2:1时意味着，反射功率消耗总发射功率的11%,信号损失0.5 dBoVSWR为1 .5: 1时，损失4%功率，信号降低0 .18dE。

二、几种常用的短波天线1.八木天线（Yagi Antenna）八木天线在短波通信中通常用于大于6 MHz以上频段，八木天线在理想情况下增益可达到1 9dB, 八木天线应用于窄带和高增益短波通信，可架设安装在铁塔上具有很强的方向性。

半波振子天线课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解半波振子天线的原理，掌握其结构特点及工作原理。

2. 学生能够掌握半波振子天线的阻抗匹配条件，解释其带宽特性。

3. 学生能够运用相关公式计算半波振子天线的辐射电阻、输入阻抗等参数。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并解决实际中半波振子天线的问题。

2. 学生能够设计简单的半波振子天线，并进行性能分析。

3. 学生能够运用仿真软件对半波振子天线进行建模和仿真实验。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对无线电通信及天线技术的兴趣，激发学习热情。

2. 培养学生严谨的科学态度，提高实践操作能力和团队协作能力。

3. 增强学生对我国在通信领域取得成就的自豪感，培养爱国主义情怀。

本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合。

通过本课程的学习，使学生能够全面掌握半波振子天线的相关知识，提高实际应用能力，培养创新思维和科学精神。

课程目标明确、具体，可衡量，为教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 引言：介绍天线的基本概念、分类及在无线电通信中的作用，引出半波振子天线。

2. 理论知识：- 半波振子天线的结构、工作原理和特点。

- 阻抗匹配原理，解释半波振子天线的带宽特性。

- 辐射电阻、输入阻抗的计算方法。

3. 实践操作：- 设计简单的半波振子天线，分析其性能。

- 利用仿真软件（如ADS、CST等）进行半波振子天线的建模和仿真实验。

4. 应用拓展：- 探讨半波振子天线在实际通信系统中的应用。

- 分析半波振子天线与其他类型天线的优缺点对比。

教学内容参考教材相关章节，确保科学性和系统性。

教学大纲明确，包括理论教学与实践操作相结合，进度安排合理。

具体教学内容如下：1. 引言（第1章）2. 理论知识（第2章）3. 实践操作（第3章）4. 应用拓展（第4章）三、教学方法本课程采用多种教学方法，旨在激发学生的学习兴趣，提高学生的主动性和实践能力。

1. 讲授法：教师通过生动的语言、丰富的案例，系统讲解半波振子天线的理论知识，使学生掌握基本概念、原理和计算方法。

天馈系统基本概念和天线安装规范天馈系统是无线网络规划和优化中关键的一环，包含天线和与之相连传输信号的馈线。

天馈系统的各种工程参数在进行网络优化和规划时的设计是影响网络质量的根本因素。

因此，理解、学习天馈系统的基本知识是非常重要的。

下面就逐一介绍天馈系统的各种概念。

1）天线的基本概念a)天线辐射电磁波的基本原理（基本电振子的场强叠加）；当导线载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。

在理论上，如果导线无限小时，就形成线电流元，线电流元又被称为基本电振子。

在天线理论中，分析往往都是从基本电振子开始的，因为任何长度的线天线都可以分解为许多无限小的线电流元；而这些天线的辐射场强就是线电流元的场强叠加，因此，天线的辐射能力是随着天线的长度变化而变化的。

根据麦克斯韦方程，考虑线电流元远区场（辐射区）的情况，当两根导线的距离很接近时（左下图），两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因此此时产生的总的辐射变得微弱。

但如果将两根导线张开（右下图），这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向也相同，因而此时产生的辐射较强。

当导线的长度L远小于产生的电磁波的波长时，导线的电流很小，因而所产生的辐射也很微弱.；而当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就显著增加，此时就能形成较强的辐射。

我们把能产生较强辐射的直导线称为振子。

当两根导线的粗细和长度相等时，这样的振子叫做对称振子。

当振子的每臂长度为四分之一波长，全长为二分之一波长时，称为半波对称振子（见下图）。

当振子的全长与波长相等的振子，称为全波对称振子。

将振子折合起来的，称之为折合振子。

对称振子是工程中用到的最简单的天线，它可以作为独立的天线使用，也可以作为复杂天线阵的组成部分或面天线的馈源。

对称振子的方向性比基本电振子强一些，但仍然很弱。

因此，为了加强某一方向的辐射强度，往往要把好几副天线摆在一起构成天线阵。

得
式中
60 I m j r E j e F ( ) r
F ( ) cos( h cos ) cos h sin
为对称振子的归一化场强方向图函数。
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
根据对称性，有
h I m 60 e j r E j sin sin (h z )(e j z cos +e j z cos )dz 0 r
South China University of Technology
利用积分公式
ax e ax e sin(bx c)dx a 2 b2 [a sin(bx c) b cos(bx c)]
I I m sin (h z )
在距中心点z处取dz段的电流元, 其远区场为
e jr dE j sin I m sin (h z ) dz r 60
选取振子的中
r
r′
标系的原点重合，则
r2 r 2 z 2 2 zr cos
3.1 引言
对称振子（也称偶极子，dipole）：两根粗细和
South China University of Technology
长度都相同的导线, 中间为馈电端口。 连接收发机与天线馈电端口的传输线把高频电流 输送到天线上，该传输线称为天线的馈线（feed line） 。 对称振子是一种结构最简单、应用最广泛的基本 线天线，可以看作开路的双导线演变而来：
对于相位因子，取近似
平行线 的程差

图 8- 7对称振子的输入阻抗与h/λ的关系曲线
第8章 线天线
所以欲展宽对称振子的工作频带, 常常采用加粗振子直径 的办法。如短波波段使用的笼形振子天线就是基于这一原理。
② h/λ≈0.25时, 对称振子处于串联谐振状态, 而h/λ≈0.5时, 对称振子处于并联谐振状态, 无论是串联谐振还是并联谐振, 对称振子的输入阻抗都为纯电阻。 但在串联谐振点（即 h=λ/4n1）附近, 输入电阻随频率变化平缓, 且Rin=RΣ=73.1 Ω。 这就是说, 当h=λ/4n1 时, 对称振子的输入阻抗是一个不大的纯 电阻, 且具有较好的频率特性, 也有利于同馈线的匹配, 这是半 波振子被广泛采用的一个重要原因。而在并联谐振点附
解: 对称振子的工作波长为
c f
3 108 120 10
6
2.5(m)
所以
h 0.6 0.24
2.5
第8章 线天线
查图 8 - 4 得
RΣ=65(Ω) 由式(8 -1 -14)得对称振子的平均特性阻抗为
z0
120(ln
2h a
1)
454.5()
由h/a=60查图 8 - 6 得
n1=1.04
第8章 线天线
式（8
-1
-3）代入式（8
-1
-2）,
同时令
1 r
1 r
, 则细振子
天线的辐射场为
式中,
E
j Im 60
e jr sin
r
h sin (h z )e jzcos dz
h
j Im 60 e jr 2sin
h
sin (h z) cos(z cos )dz
r
0
j 60Im e jrF ( )

半波振子天线的阻抗匹配及平衡转换半波振子天线是一种常见的无线通信天线，它具有简单、易制作、性能稳定等优点，因此被广泛应用于无线通信系统中。

然而，半波振子天线在实际应用中，常常需要进行阻抗匹配和平衡转换，以确保天线与无线电设备之间的信号传输效果最佳。

阻抗匹配是指将天线的输入阻抗与无线电设备的输出阻抗相匹配，以最大限度地传输信号能量。

在半波振子天线中，输入阻抗通常为50欧姆，而无线电设备的输出阻抗则可能有所不同。

因此，为了实现阻抗匹配，可以采用以下几种方法：1. 使用同轴电缆：同轴电缆是一种常用的传输介质，其内部由内导体、绝缘层、外导体和外护套组成。

通过选择合适的同轴电缆，可以将天线的输入阻抗与无线电设备的输出阻抗相匹配。

同时，同轴电缆还可以提供较好的屏蔽效果，减少外界干扰对信号传输的影响。

2. 使用阻抗匹配器：阻抗匹配器是一种电路元件，可以通过调整其参数来实现阻抗匹配。

常见的阻抗匹配器有L型匹配器、π型匹配器等。

通过选择合适的阻抗匹配器，并调整其参数，可以将天线的输入阻抗与无线电设备的输出阻抗相匹配。

3. 使用天线调谐器：天线调谐器是一种用于调节天线输入阻抗的装置。

通过调整天线调谐器的参数，可以使天线的输入阻抗与无线电设备的输出阻抗相匹配。

常见的天线调谐器有变压器调谐器、电容调谐器等。

除了阻抗匹配外，半波振子天线还需要进行平衡转换。

平衡转换是指将不平衡信号转换为平衡信号，以提高信号传输的质量和可靠性。

在半波振子天线中，通常采用平衡到不平衡转换器（Balun）来实现平衡转换。

平衡到不平衡转换器是一种特殊的电路元件，可以将平衡信号转换为不平衡信号，或将不平衡信号转换为平衡信号。

在半波振子天线中，通常使用平衡到不平衡转换器将天线输出的平衡信号转换为不平衡信号，以便与无线电设备进行连接。

在实际应用中，为了确保半波振子天线的阻抗匹配和平衡转换效果最佳，需要根据具体情况选择合适的方法和元件，并进行合理的调整和配置。

作为电磁换能元件，天线在整个无线电通信系统中位置十分重要，质量好坏直接影响着收发信距离的远近和通联效果，可以说没有了天线也就没有了无线电通信。

作为一款经典的定向天线，八木天线在、以及波段应用十分广泛，它全称为“八木／宇田天线”，英文名，是由上世纪二十年代日本东北帝国大学的电机工程学教授八木秀次，在与他的学生宇田新太郎研究短波束时发明的。

相对于基本的半波对称振子或者折合振子天线，八木天线增益高、方向性强、抗干扰、作用距离远，并且构造简单、材料易得、价格低廉、挡风面小、轻巧牢固、架设方便。

通常八木天线由一个激励振子（也称主振子）、一个反射振子（又称反射器）和若干个引向振子（又称引向器）组成，相比之下反射器最长，位于紧邻主振子的一侧，引向器都较短，并悉数位于主振子的另一侧，全部振子加起来的数目即为天线的单元数，譬如一副五单元的八木天线就包括一个主振子、一个反射器和三个引向器，结构如图所示。

主振子直接与馈电系统相连，属于有源振子，反射器和引向器都属无源振子，所有振子均处于同一个平面内，并按照一定间距平行固定在一根横贯各振子中心的金属横梁上。

八木天线定向工作的原理，可依据电磁学理论进行详尽地数学推导，但是比较繁琐复杂，普通读者也不易理解，这里只做定性的简单分析：我们知道，与天线电气指标密切相关的是波长λ，长度略长于λ整数倍的导线呈电感性，长度略短于λ整数倍的导线呈电容性。

由于主振子采用长约λ的半波对称振子或半波折合振子，在中心频点工作时处于谐振状态，阻抗呈现为纯电阻，而反射器比主振子略长，呈现感性，假设两者间距为λ，以接收状态为例，从天线前方某点过来的电磁波将先到达主振子并产生感应电动势ε和感应电流，再经λ的距离后电磁波方到达反射器，产生感应电动势ε和感应电流，因空间上相差λ的路程，故ε比ε滞后°，又因反射器呈感性比ε滞后°，所以比ε滞后°，反射器感应电流产生辐射到达主振子形成的磁场又比滞后°，根据电磁感应定律在主振子上产生的感应电动势ε比滞后°，也就是ε比ε滞后°，即反射器在主振子产生的感应电动势ε与电磁信号源直接产生的感应电动势ε是同相的，天线输出电压为两者之和。

1 什么是天线WLAN作为一项无线技术，其信号以电磁波形式在空气中传播。

而能够有效的向空间中某个方向辐射电磁波，或者能从空间某特定方向接收电磁波的器件，我们称之为天线。

天线是发射和接收电磁波的设备，是WLAN的基础。

2 天线相关技术点2.1 振子当导线上有交变电流流动时，就可以形成电磁波的辐射。

辐射的能力与导线的长短和形状有关。

如图1 所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。

通常将此装置称为振子。

两臂长度相等的振子叫做对称振子，对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线。

每臂长度为四分之一波长、的振子，称半波对称振子，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。

图2：半波对称振子组成的经典天线2.2 方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。

垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图。

在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；在水平面上各个方向上的辐射一样大。

若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈”，把信号进一步集中到在水平面方向上。

也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。

下面的水平面方向图说明了反射面的作用------反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。

2.3 增益天线通常是无源器件，它并不放大电磁信号。

天线的增益是指：将天线辐射的电磁波进行聚束以后，比起理想的参考天线，在输入功率相同的条件下，在空间同一点上接收功率的比值。

增益定量地描述了一个天线把输入功率集中辐射的程度。

一般，增益的定义是：增益＝输出功率（W）/输入功率（W），是一个无量纲参数。

dB是增益取对数底再乘以10的结果：增益（dB）＝10×log（增益）。

半波对称振子的增益半波对称振子的增益引言在物理学和工程学中，半波对称振子是一个常见且重要的系统。

它被广泛应用于电路设计、信号处理和通信系统中。

本文将以从简到繁的方式来探讨半波对称振子的增益，以帮助读者更深入地理解这一主题。

我们将介绍半波对称振子的基本概念和结构。

我们将讨论半波对称振子的工作原理和特点。

我们将探讨半波对称振子的增益以及其对系统性能的影响。

通过本文的阅读，读者将能够全面、深刻和灵活地理解半波对称振子的增益。

一、半波对称振子的基本概念和结构半波对称振子是一种由共振电路和放大器组成的反馈系统。

它通常由一根共振腔和一个放大器构成。

共振腔是一个能够产生电磁场的空腔，其边界由导体构成。

放大器则用于放大电磁场信号。

半波对称振子的结构如图1所示。

图1 半波对称振子的结构示意图在半波对称振子中，共振腔的长度通常是电磁波的半波长。

这意味着当电磁波在共振腔内传播一半周期后，它会与半波长上的相反电荷相遇，从而形成回路闭合。

这种结构使得系统能够实现自激振荡。

二、半波对称振子的工作原理和特点半波对称振子的工作原理基于共振腔和放大器之间的反馈耦合。

当外部信号引入系统时，共振腔中的电磁波会被放大器放大并重新注入共振腔中。

这种反馈耦合导致了系统的振荡现象。

半波对称振子具有以下几个特点：1. 频率选择性：半波对称振子在一定频率范围内具有较高的增益，而在其他频率上几乎没有增益。

这使得它在信号处理和通信系统中被广泛应用，用于选择特定频段的信号。

2. 信号放大：半波对称振子能够放大输入信号，增强信号的幅度和能量。

这使得它在电路设计和放大器设计中非常重要。

3. 高度稳定：半波对称振子通过反馈耦合实现自激振荡，使得系统对各种扰动具有较强的抵抗能力。

这使得它在通信系统中非常可靠。

三、半波对称振子的增益和对系统性能的影响半波对称振子的增益是指在系统中输入信号经过放大之后的倍数。

它反映了系统对输入信号的响应程度。

半波对称振子的增益可以通过调节放大器的增益来实现。

天线与馈线的匹配条件说到天线与馈线的匹配条件，这可真是个有意思的话题。

咱们都知道，天线是干啥的？不就是用来接收和发送信号的嘛。

馈线呢，就像是天线跟设备之间的桥梁，把信号传来传去。

可这俩要是匹配不好，那信号可就不那么听话了，得折腾你一番。

记得有一次，我去乡下帮一个老朋友调试他的无线电设备。

那地方风景挺好，就是信号有点不稳定。

老朋友一脸焦急地说：“震云啊，我这天线是不是有啥问题？咋老是断断续续的。

”我瞅瞅那天线，又瞅瞅馈线，心里大概有了数。

我先看了看天线的外观，嘿，这天线可真是历经风霜，外表都有点儿斑驳了。

不过，这外表不重要，关键是得跟馈线合得来。

我拿出我的小工具，开始检查馈线的接头。

这一检查，还真发现问题了。

馈线的接头有点儿松动，就像是两个人握手没握实，中间留了个缝儿。

我跟老朋友打趣说：“你看，你这馈线接头，就像是跟天线闹别扭的小两口，得给它们调解调解。

”老朋友一听，乐了：“那你赶紧给调解调解吧。

”我开始动手，把馈线接头紧了紧，然后又用万用表测了测阻抗。

这一测，发现阻抗还真有点儿不匹配。

天线那边像是想要大口的喝水，馈线这边呢，却只能给小口的喂。

这可不行，得调整。

我琢磨了一会儿，决定给馈线加个阻抗匹配器。

这玩意儿就像是给天线和馈线之间的桥梁加个“润滑剂”，让它们能更顺畅地交流。

老朋友在旁边看得直点头：“震云，你这招儿可真灵啊。

”我嘿嘿一笑，说：“这可不是啥高招儿，就是干这行久了，知道这些小毛病咋对付。

”加上了阻抗匹配器，再重新调试了一下，嘿，信号立马就稳了。

老朋友一试，高兴得直拍手：“震云，你这可真是帮了我大忙了！”看着老朋友那高兴劲儿，我心里也挺美的。

其实啊，天线与馈线的匹配条件，说白了就是得让它们“合得来”。

阻抗得匹配，接头得牢固，信号才能顺畅地走来走去。

这就像咱们人与人打交道，得互相理解，互相包容，才能处得长久。

所以啊，以后要是再遇到天线与馈线不匹配的问题，别着急，先找找原因，再对症下药。

说不定，你就能像我一样，轻松地解决问题，还能收获一份成就感呢！。

单极子天线单极子天线与对称振子天线的特性具有密切联系，实际应用中，由于单极子天线的馈电系统比对阵振子更简单，所以人们一般采用单极子天线【5】。

λ的单极子天线可以调到谐振状态，并且其阻抗可以很容易由前面的讨论知，半波长的对称振子天线或者/4与50Ω的馈线匹配，方向性系数都比小的对称振子天线稍高。

平面单极子（monopole）天线是移动通信终端中常用的一种天线形式，它具有良好的阻抗特性和辐射特性。

对单极子天线而言，其有效高度表征了其辐射的强弱。

因此有效高度是单极子天线的一个重要指标。

当单极子天线高度较低时，输入阻抗呈现为阻容性，高容抗，低阻抗。

若提高天线的电高度，辐射电阻将增大，损耗电阻也将下降，输入电容也会降低。

单极子天线的电高度一般低于四分之一波长，辐射电阻也只有几个欧姆，所以为保证达到一定的辐射效率，在提高辐射电阻时还应设法降低损耗电阻。

2.4 微带贴片天线图2-7 微带天线结构示意图在通信、航空、航天、卫星和导弹应用中，天线的尺寸大小、重量、造价、性能、安装难易和空气动力学形态等都受到限制，常选用微带天线。

这种天线有薄的平面结构，通过选择特定的贴片形状和馈电方式或在贴片和介质基片间加负载以获得或调整所需的谐振频率、极化、模式、阻抗等各参量。

2.4.1微带贴片天线结构图2-7所示为传输线馈电方式的微带天线结构，它由很薄的金属带以远小于波长的间隔h，置于接地导电板面上而成，贴片与地板之间填充有介质基片。

辐射单元通常刻在介质基片上。

微带贴片这样设计是为了在贴片的侧射方向有最大的辐射，这可以通过选择不同的贴片形状激励方式来实现。

贴片可以是方形、矩形、圆形、椭圆形、三角形等。

2.4.2 微带贴片天线辐射机理微带天线的辐射是由其导体边沿和地板之间的边缘场产生的。

其辐射机理实际上是高频的电磁泄漏。

一个微波电路如果不是被导体完全封闭，电路中的不连续处就会产生电磁辐射。

当频率较低时，因为电尺寸很小，电磁泄漏小；但随着频率的增高，电尺寸增大，泄漏就大。

摘要从天线问世到现在，方向图测量一直成为人们关注的重点课题之一，而今随着现代分析技术和设计的发展，方向图测量变成越来越不能缺少的一部分。

天线设计和方向图测量总是相辅相成，密不可分。

为了能深入掌握各种天线的性能和特点，必须对天线进行准确的测量。

天线方向图测量的目的是为了测定或检验天线的辐射特性。

天线的波束、天线增益、天线旁瓣特性等多项指标都是由天线方向图确定的。

它的测量需要靠系统来实现的。

本课题最重要的目的是为了检查每个辐射单元的辐射特性正确与否，以及辐射单元间的阻抗匹配正确与否。

本文对这点目的做了数据比对以及验证。

这点作用在天线工程领域中意义重大，它可以用于检验生产工艺，也可以用于不合格品维修。

近场测量是现代天线测量的首选方法。

可是考虑到测试场所，测试成本，我们此处采用源场测量。

本文的主要工作如下:1.从电磁场原理出发，研究讨论电基本振子的辐射机理。

2.从电基本振子辐射原理出发，对对称振子的辐射方向图进行了分析和介绍基站天线方向图的基本理论，分析方向图计算方法。

3.介绍方向图测量技术，并且着重介绍了场源分布法测量技术的原理。

4.最终开发了基于VEE平台的天线垂直极化方向图自动测试系统软件包，可完成自动测试，包括软件设计，硬件设计，测试过程，测试结果验证等等。

集系统控制、数据处理、报表输出于一体，目前已投入使用并取得很好的效果。

本文的研究结果是对天线测量理论的补充，并对准确测量天线的性能有理论指导意义和实际应用价值。

关键词：方向图 测量 辐射 工艺2AbstractSince antenna appearance, directivity measurement always is important problem for people. Now with development of modern analysis and design technology, directivity measurement becomes more and more indispensable. To know antenna performance and character well in depth, take exact measurement for antenna. Directivity measurement purpose is radiation character verification. Wave beam, gain, sub wave beam for antenna are decided by directivity chart. The measurement needs system to realize.Most important purpose for the article is to check the radiation performance for dipole unit. The system also can check the impedance matches of radiation units. The paper has data comparing and performance verification for the purpose. It is very important for antenna engineering. The test system can check production process, also can be used for failed product repair. For test method, near-field test is first optional. But considering test site, test cost, we use fountain field measurement.The main contents of this paper are follows:1.Based on electromagnetism theory, research electric dipole unit radiation theory.2.Based on dipole unit radiation theory, analyze symmetry dipole unit directivity,introduce directivity theory for base station antenna and calculate method.3.Introduce directivity measurement technology, especially for fountain field measurementtheory.4.Designed and coded a antenna planar measurement system based on VEE software. Thesystem can complete antenna auto- measurement for vertical polarization, including software design, hardware design, test procedure and verification. The system integrates the functions of system controlling, data processing and test report generating. Now this system is applied for the practical use.Key words: Directivity, measurement, radiation, process3第一章绪论 (6)1．1课题相关的历史背景、现状及发展趋势 (6)1．2 研究的主要内容和重点 (7)第二章方向图的基本理论 (8)2．1电磁场原理 (8)2．1．1麦克斯韦方程 (8)2．1．2麦克斯韦方程的解 (10)2．2基本电振子 (13)2．2．1电基本振子的简介 (13)2．2．2电基本振子的辐射 (14)2．3对称振子 (18)2．3．1对称振子相关概念 (18)2．3．2对称振子的辐射 (19)2．3．３对称振子的方向图 (20)2．３．4列阵天线的方向图 (22)2．４ 天线的辐射原理 (24)2．４．1天线辐射的相关概念 (24)2．４．2近场与远场 (26)2．４．3天线的互易性原理 (27)第三章天线方向图测量 (28)3．1方向图测量的历史、现状和发展趋势 (28)3．2方向图测量技术 (28)3．3场源分布法原理 (30)第四章天线方向性测试系统 (31)4.1系统功能描述 (32)4.2系统硬件设计 (33)4.3 系统软件设计 (36)4.4 测试过程 (38)4.5与远场方向图比较 (41)4.6 数据收集和查询 (44)参考文献 (47)图2-1 辐射问题的几何关系 (11)图2-2 电磁波的辐射示意图 (13)图2-3 基本电振子 (14)图2-4 基本电振子的球坐标解 (15)图2-5-1 半波对称振子的垂直方向 (18)图2-5-2 带反射板的半波对称振子的垂直方向图19 图2-6 半波对称振子的辐射示意图 (19)图2-7 两个半波对称振子阵列天线的辐射示意图 (22)图2-8 天线发射和接收示意图 (25)图4-1 十个对称振子的天线 (32)4图4-2 天线自动测试系统结构图 (34)图4-3 天线自动测试系统现场 (36)图4-4 天线方向图测试软件的主选单界面 (39)图4-5 天线方向图测试窗口 (39)图4-6 天线方向图测试归一化显示窗口 (40)图4-7 远场方向图与源场方向图比较 (41)图4-8 方向图第一阶旁瓣FAIL (42)图4-9 方向图零点填充FAIL (42)图4-10 相位分布图Fail (43)图4-11 数据库查询界面 (45)图4-12 本系统测试报告 (46)5第一章绪论1．1课题相关的历史背景、现状及发展趋势天线是雷达的重要组成部分，天线方向图的测试在雷达性能测试中占有极其重要的位置。