天线的基本单元

天线的基本参数1.1天线的基本参数从左侧的传输线的⾓度看，天线是⼀个阻抗（impedance）为Z的2终端电路单元（2-terminal circuit element），其中Z包含的电阻部分（resistive component）被称为辐射电阻（radiation resistance，R r）；从右侧的⾃由空间⾓度来看，天线的特征可以⽤辐射⽅向图（radiation pattern）或者包含场量的⽅向图。

R r不等于天线材料⾃⼰的电阻，⽽是天线、天线所处的环境（⽐如温度）和天线终端的综合结果。

影响辐射电阻R r的还包括天线温度（antenna temperature，T A）。

对于⽆损天线来说，天线温度T A和天线材料本⾝的温度⼀点都没有关系，⽽是与⾃由空间的温度有关。

确切地说，天线温度与其说是天线的固有属性，还不如说是⼀个取决于天线“看到”的区域的参数。

从这个⾓度看，⼀个接收天线可以被视作能遥感测温设备。

辐射电阻R r和天线温度T A都是标量。

另⼀⽅⾯，辐射⽅向图包括场变量或者功率变量（功率变量与场变量的平⽅成正⽐），这两个变量都是球体坐标θ和Φ的函数。

1.2天线的⽅向性（D，Directivity）和增益（G，Gain）D=4π/ΩA，其中ΩA是总波束范围（或者波束⽴体⾓）。

ΩA由主瓣范围（⽴体⾓）ΩM+副瓣范围（⽴体⾓）Ωm。

如果是各向同性的（isotropic）天线，则ΩA=4π，因此D=1。

各向同性天线具有最低的⽅向性，所有实际的天线的⽅向性都⼤于1。

如果⼀个天线只对上半空间辐射，则其波束范围ΩA=2π，因此D=4π/2π=2=3.01dBi。

简单短偶极⼦具有波束范围ΩA=2.67πsr，和定向性D=1.5（1.76dBi）。

如果⼀个天线的主瓣在θ平⾯和Φ平⾯的半功率波束宽度HPBW都是20度，则D=4πsr/ΩA sr=41000 deg2/(20 deg)*(20 deg)≈103≈20dBi(dB over isotropic)。

一．天线有哪几种？答：有全向天线、有定向天线包括单极化天线、双极化天线、双频双极化天线，电调天线。

二．天线有哪几个厂家、生产?答：有安德鲁，ADC，新西兰，首信。

德尔泰克、凯瑟琳、贾尔威武（法国）。

三．什么叫电磁波？M答：移动天线的类型很多，分类方位也很多，按其工作状态可分为两大类。

全向，定向，当高频率信号沿馈线从始端传向终端时，线上各点的电流或电压就会按高频振荡的节拍而变化，这种情形就象是在线路上激起一种看不见的波浪一样。

如果终端负载与馈线特性阻抗不匹配，负载不能将传来的高頻信号功率全部吸取，势必有一部分功率由终端再经馈线返回始端，前者称为入射波，后者称为反射波。

当终端负载匹配时，高频功率完全被终端所吸收，这时馈线上就只有入射波而没有反射波。

四．什么叫电波传播？答：无线电通信，是将信息变为电信号，再调制到高频振荡上，由发射天线把已调的高频电流，以电磁波的形式发射出去，电磁波传播到接收地点时，由接收天线将它接收下来，变成已调的高频电流通过合路器和双功器放大、解调、取出信息、从而达到通信的目的。

五．天线在无线电通信中的作用是什么？答：天线是一种换能器、发射天线是将高频电能转换成为电磁波的装置、接收天线则是将电磁波转换成高频电能的装置，因而它在无线电通信中占有极其种重要的地位、天线安装质量如何，对移动通信质量的好坏起着重要的作用，因此设计和安装天线时，必须十分重视保证质量。

六．对挂天线的抱杆要求90°为什么？答：抱杆900 天线抱杆是安装天线的基础，抱杆垂直、不垂直，关系到天线方位和倾角的调整。

七．抱杆要和大楼连接地线为什么？答：抱杆、框架和大楼地线连接是为了防止雷电伤害天线，使天线安全渡过雷电区，把雷电放入大地。

八．抱杆为什么要用热镀锌？答：抱杆是天线的支柱，抱杆的好坏确定天线的长久性。

热镀锌层，能够长久地耐受较苛刻条件下的腐蚀。

是因为镀锌层可以克服和减缓大气对钢铁的化学和电化学腐蚀。

九．抱杆上焊接避雷针，为什么？答：抱杆和天线上的避雷针起着及其重要的作用。

1.1天线的基本参数从左侧的传输线的角度看，天线是一个阻抗（impedance）为Z的2终端电路单元（2-terminal circuit element），其中Z包含的电阻部分（resistive component）被称为辐射电阻（radiation resistance，R r）；从右侧的自由空间角度来看，天线的特征可以用辐射方向图（radiation pattern）或者包含场量的方向图。

R r不等于天线材料自己的电阻，而是天线、天线所处的环境（比如温度）和天线终端的综合结果。

影响辐射电阻R r的还包括天线温度（antenna temperature，T A）。

对于无损天线来说，天线温度T A和天线材料本身的温度一点都没有关系，而是与自由空间的温度有关。

确切地说，天线温度与其说是天线的固有属性，还不如说是一个取决于天线“看到”的区域的参数。

从这个角度看，一个接收天线可以被视作能遥感测温设备。

辐射电阻R r和天线温度T A都是标量。

另一方面，辐射方向图包括场变量或者功率变量（功率变量与场变量的平方成正比），这两个变量都是球体坐标θ和Φ的函数。

1.2天线的方向性（D，Directivity）和增益（G，Gain）D=4π/ΩA，其中ΩA是总波束范围（或者波束立体角）。

ΩA由主瓣范围（立体角）ΩM+副瓣范围（立体角）Ωm。

如果是各向同性的（isotropic）天线，则ΩA=4π，因此D=1。

各向同性天线具有最低的方向性，所有实际的天线的方向性都大于1。

如果一个天线只对上半空间辐射，则其波束范围ΩA=2π，因此D=4π/2π=2=3.01dBi。

简单短偶极子具有波束范围ΩA=2.67πsr，和定向性D=1.5（1.76dBi）。

如果一个天线的主瓣在θ平面和Φ平面的半功率波束宽度HPBW都是20度，则D=4πsr/ΩA sr=41000 deg2/(20 deg)*(20 deg) ≈103≈20dBi(dB over isotropic)。

第一章1.天线的定义：用来辐射和接收无线电波的装置2.天线的作用：3.天线基本辐射单元：电基本振子、磁基本振子、惠更斯元4.电基本振子又称电流元，其辐射场是球面波（等相位面的形状），辐射的是线极化波，传输的波的模式是横电磁波（TEM 波，沿传播方向电场、磁场分量为0）5.媒质波阻抗η 自由空间（120ηπ=Ω） 电基本振子E H θηϕ= 磁基本振子E H ϕθη=-6. 磁基本振子又称磁流元、磁偶极子7. 电基本振子归一化方向函数(,)sin F θϕθ=理想电源归一化方向函数(,)1F θϕ=8.方向图：E 面 H 面9. 电基本振子E 面方向函数()sin E F θθ=，H 面()1H F ϕ=磁基本振子E 面方向函数()1E F θ=，H 面()sin H F ϕϕ=10.方向系数：在同一距离及相同辐射功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比11.电基本振子D=1.5 半波振子D=1.6412.增益系数：在同一距离及相同输入功率条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度（场强的平方）和无方向性天线（点源）的辐射功率密度（场强的平方）之比13.天线效率：物理意义（表述了天线能量转换的有效程度）14. A G D η=15.天线极化可分为：线极化、圆极化、椭圆极化16.有效长度17.输入阻抗18.频带宽度19.有效接收面积是衡量接收天线接收无线电波能力的重要指标。

20.对称振子中间馈电，极化方式为线极化，辐射场为球面波。

计算输入阻抗采用“等值传输线法”，最终等效成具有一平均特性阻抗的有耗传输线。

对称振子天线振子越粗，平均特性阻抗越小。

21.末端效应：由于对称振子末端具有较大的端面电容，末端电流实际不为零。

22.采用天线阵是为了加强天线的定向辐射能力。

23.方向图乘积定理P2624.水平线天线镜像一定时负镜像；垂直对称线天线正镜像垂直驻波单导线半波正垂直驻波单导线全波负25.无限大理想导电反射面对天线电性能的影响主要有两个方面：对方向性的影响；对阻抗特性的影响26.沿导电平面方向，正镜像始终是最大辐射，负镜像始终是零辐射。

【天线及天线程式】天线是在无线电收发系统中，向空间辐射或从空间接收电磁波的装置。

是无线电通信系统中必不可少的部分。

由于各种设备要求采用的波段不同，天线的设计也就不同，不同用途的天线需要设计成各种样式，就是我们通常称的天线程式。

如在长、中、短波段，一般用导线构成天线，有T形、倒L形、环形、菱形、鱼骨形、笼形天线等。

在微波波段，用金属板或网制成喇叭天线，抛物面天线，金属面上开槽的裂缝天线，金属或介质条排成的透镜天线等。

天线有五个基本参数：方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度。

这些参数是衡量天线质量好坏的重要指标。

【天线的方向性】是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。

它的这种能力可采用方向图，方向图主瓣的宽度，方向性系数等参数进行描述。

所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。

天线有了方向性，就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率，并使之具有一定的保密性和抗干扰性。

【方向性图】方向性图是表示天线方向性的特性曲线，即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。

实用天线处在三度几何空间中，所以，它的方向性图应该是个立体图。

在这个立体图中，由于所取的截面不同而有不同的方向性图。

最常用的是水平面内的方向性图（即和大地平行的平面内的方向性图）和垂直面内的方向性图（即垂直于大地的平面内的方向性图）。

有的专业书籍上也称赤道面方向性图或子午面方向性图。

【波瓣宽度】有时也称波束宽度。

系指方向性图的主瓣宽度。

一般是指半功率波瓣宽度。

由图（18）可以看出A、Aˊ点至O点间的夹角，称主瓣角宽度。

当L/λ数值不同时，其波瓣宽度也不同。

L/λ比值增加时，方向图越尖锐，但当（L/λ）＞0.5时，除了与振子轴垂直的方向有最大的主瓣外，还可能出现付瓣。

因此，波瓣宽度越小，其方向性越强，保密性也强，干扰邻台的可能性小。

所以，对于超短波，微波等所用的天线，登记主瓣宽度这一指标，是十分重要的。

【方向性系数】方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度（即方向性图的尖锐程度）的一个参数。

手把手教你天线设计——用MATLAB仿真天线方向图吴正琳天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。

在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。

无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。

此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。

一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。

同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。

这就是天线的互易定理。

天线的基本单元就是单元天线。

1、单元天线对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，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。

两臂长度相等的振子叫做对称振子。

每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。

对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，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。

两臂长度相等的振子叫做对称振子。

每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子。

1.1用MATLAB画半波振子天线方向图主要是说明一下以下几点：1、在Matlab中的极坐标画图的方法：polar(theta,rho,LineSpec)；theta：极坐标坐标系0-2*pirho：满足极坐标的方程LineSpec：画出线的颜色2、在方向图的过程中如果rho不用abs(f)，在polar中只能画出正值。

也就是说这时的方向图只剩下一半。

3、半波振子天线方向图归一化方程：Matlab程序：clear alllam=1000;%波长k=2*pi./lam;L=lam/4;%天线臂长theta=0:pi/100:2*pi;f1=1./(1-cos(k*L));f2=(cos(k*L*cos(theta))-cos(k*L))./sin(theta);rho=f1*f2;polar(theta,abs(rho),'b');%极坐标系画图2、线性阵列天线2.1方向图乘积定理阵中第i 个天线单元在远区产生的电场强度为：2(,)ij i i i i ie E K If r πλθϕ-=式中，i K 为第i 个天线单元辐射场强的比例常数，i r 为第i 个天线单元至观察点的距离，(,)i f θϕ为第i 个天线单元的方向图函数，i I 为第i 个天线单元的激励电流，可以表示成为：Bji i i I a e φ-∆=式中，i a 为幅度加权系数，B φ∆为等间距线阵中，相邻单元之间的馈电相位差，亦称阵内相移值。

串馈阵列天线基础知识一、引言串馈阵列天线是一种常见的天线形式，其应用广泛于通信领域。

本文将介绍串馈阵列天线的基础知识，包括其定义、结构、工作原理以及应用。

二、定义串馈阵列天线是由多个天线单元按照一定顺序串联起来的天线系统。

每个天线单元都有自己的馈线，这些馈线按照一定的规则相互连接，形成一个整体。

三、结构串馈阵列天线的结构可以分为两部分：天线单元和馈线网络。

1. 天线单元：天线单元是串馈阵列天线中的基本组成部分。

它可以是一个简单的天线，如偶极子天线或微带天线，也可以是一个复杂的天线单元，如有源天线单元。

天线单元的选择取决于具体的应用场景和设计要求。

2. 馈线网络：馈线网络是将天线单元按照一定的顺序串联起来的结构。

它的作用是将信号从一个天线单元传递到下一个天线单元，并保证信号的相位和幅度的一致性。

常见的馈线网络包括平面波导、微带线、同轴电缆等。

四、工作原理串馈阵列天线的工作原理可以简单理解为多个天线单元的合作。

当信号经过第一个天线单元时，它会产生一个辐射场。

这个辐射场会传递到下一个天线单元，然后再被辐射出去。

通过多个天线单元的串联，信号可以被放大和定向，从而实现更远距离的通信。

五、应用串馈阵列天线在通信领域有着广泛的应用。

以下是几个常见的应用场景：1. 无线通信：串馈阵列天线可以用于增强无线通信系统的覆盖范围和传输距离。

通过调整天线单元之间的相位差，可以实现波束的形成，从而提高信号强度和抗干扰能力。

2. 雷达系统：串馈阵列天线可以用于雷达系统中的天线阵列。

它可以实现高分辨率和多目标跟踪，并提高雷达系统的性能。

3. 卫星通信：卫星通信系统需要长距离的传输和高速率的数据传输。

串馈阵列天线可以提供高增益、窄波束和低副瓣等特性，从而满足卫星通信的需求。

4. 毫米波通信：毫米波通信是一种新兴的通信技术，其工作频段在30GHz到300GHz之间。

串馈阵列天线由于其高增益和窄波束的特性，被广泛应用于毫米波通信系统中。