天线基本原理(西电)

完整版天线基本原理天线是一种将电磁场能量转换成电信号或者将电信号转换成电磁场能量的无线通信线路组件。

它是无线通信系统的重要组成部分，通过接收和发射电磁波，将信息传递至接收器或者环境中。

1.天线的基本原理天线的基本原理是根据远离电流源的点的法向辐射电场的方向来确定。

当电流通过导线时，会在其周围产生电磁场。

这个电磁场包含自电场和磁场两部分。

2.天线的结构天线的常见结构包括金属导线、金属片和金属网格等。

导线型天线广泛应用于各种通信系统中，如普通天线、微带天线、螺旋天线等。

导线型天线通常由金属材料制造，包括铜、铝和银等。

导线的长度和形状会影响天线的工作频率和辐射模式。

3.天线的工作原理天线的工作原理可以简单描述为接收和发射电磁场能量。

当电磁波到达天线时，它们会在导线上引起电磁感应现象，导致电子在导线中运动，进而形成感应电流和电磁场。

接收天线将电磁波转化为电信号，通过连接到接收器或接收电路的导线将信号传递给接收器，然后接收器将其转化为有用的信息。

发射天线接收到电信号后，将其转化为电磁波，并通过导线发射出去。

4.天线的工作频率和辐射模式天线的工作频率是天线接收和发射电磁信号的频率范围。

不同类型的天线对应不同的工作频率范围。

天线的长度和形状会影响天线的共振频率。

天线的辐射模式是指天线在不同方向上的辐射能力，它受到天线的结构和工作频率的影响。

辐射模式通常用辐射图来表示，辐射图描述了天线在各个方向上的辐射能力。

5.天线的增益和效率天线的增益是指天线在一些方向上辐射能量的能力，与参考天线（理想天线）相比较。

增益越大，则天线在特定方向上的辐射能力越好。

天线的效率是指天线将输入能量转换为输出能量的比率。

天线的效率受到天线材料、结构和工作频率的影响。

提高天线效率的方法包括减少导线损耗、减少表面反射损耗等。

6.天线的常见类型常见的天线类型包括偶极子天线、螺旋天线、微带天线、天线阵列等。

偶极子天线是最常见和最简单的天线，它由两个导线构成，用于发射和接收电磁波。

第一章1.均匀传输线（规则导波系统）：截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统。

2.均匀传输线方程， 也称电报方程。

3.无色散波：对均匀无耗传输线, 由于β与ω成线性关系, 所以导行波的相速v p 与频率无关, 称为无色散波。

色散特性：当传输线有损耗时, β不再与ω成线性关系, 使相速v p 与频率ω有关,这就称为色散特性。

11010010110co s()sin ()tan ()()tan ()co s()sin ()in U z jI Z z Z jZ z Z z Z U Z jZ z I z jz Z ββββββ++==++02p rv fλπλβε===任意相距λ/2处的阻抗相同, 称为λ/2重复性z1 终端负载221021101()j z j zj zj zZ Z A ez eeZ Z A eββββ----Γ===Γ+ 1101110j Z Z eZ Zφ-Γ==Γ+ 终端反射系数 均匀无耗传输线上, 任意点反射系数Γ(z)大小均相等,沿线只有相位按周期变化, 其周期为λ/2, 即反射系数也具有λ/2重复性4.00()()()in in Z z Z z Z z Z -Γ=+ 0()1()()()1()in U z Z Z Z Z I z Z +Γ==-Γ111ρρ-Γ=+ 1111/1/1Γ-Γ+=-+=+-+-U U U U ρ电压驻波比 其倒数称为行波系数, 用K 表示5.行波状态就是无反射的传输状态, 此时反射系数Γl =0, 负载阻抗等于传输线的特性阻抗, 即Z l =Z 0, 称此时的负载为匹配负载。

综上所述, 对无耗传输线的行波状态有以下结论: ① 沿线电压和电流振幅不变, 驻波比ρ=1;② 电压和电流在任意点上都同相; ③ 传输线上各点阻抗均等于传输线特性阻抗6终端负载短路：负载阻抗Z l =0, Γl =-1, ρ→∞, 传输线上任意点z 处的反射系数为Γ(z)=-e -j2βz此时传输线上任意一点z 处的输入阻抗为0()tan in Z Z jZ zβ=① 沿线各点电压和电流振幅按余弦变化, 电压和电流相位差 90°, 功率为无功功率, 即无能量传输; ② 在z=n λ/2(n=0, 1, 2, …)处电压为零, 电流的振幅值最大且等于2|A 1|/Z 0, 称这些位置为电压波节点；在z=(2n+1)λ/4 (n=0, 1, 2, …)处电压的振幅值最大且等于2|A 1|, 而电流为零, 称这些位置为电压波腹点。

我对天线的认识姓名：学号： 0211完成日期：2014年03月天线的形式很多，新品层出不穷，千变万化。

为了便于研究，可以根据情况进行分类。

按用途分类，可分为发射天线、接收天线和收发共用天线。

按使用范围分类，有电视天线、广播天线、通信天线、雷达天线、手机天线和基站天线等。

按天线特性分类，在方向性和增益方面，有强方向性天线或高增益天线，弱方向性天线或低增益天线，定向天线，全向天线，笔形波束天线，扇形波束天线，余割平方波束天线，赋形波束天线等等。

在极化特性方面，分为线极化天线，其中包括垂直极化，水平极化，斜极化等，以及圆极化天线，其中包括左旋圆极化和右旋圆极化天线，还有椭圆极化天线等。

在频率特性方面，有窄频带天线，宽频带天线，超宽频带天线，双频带天线和三频带天线等。

按馈电方式分类，有对称天线，不对称天线。

按使用波段分类，有长波天线，超长波天线，中波天线，超短波天线，微波天线和毫米波天线等。

按天线外形分类，有杆状天线，平板天线，菱形天线，螺旋天线，喇叭天线，反射面天线等。

最近多年来，还开发出许多新型天线，如单脉冲天线，相控阵天线，微带天线，自适应天线和智能天线等。

二、天线的方向图天线辐射或接收无线电波的能力，在空间不同方向上，是不一样的，即不均匀的，因而形成天线的方向性。

为了表示天线的方向特性，规定出几种方向性电参数。

我们通常采用天线的辐射方向图，简称为方向图，来进行定量分析和考核。

天线方向图是辐射参量随空间方向变化的图形表示。

辐射参量可以是辐射的功率密度，场强，相位，也可以是极化。

一般情况下，辐射方向图指远区方向图，是空间不同方向的二维函数。

通常，我们所应用的是天线辐射能量功率通量密度的方向图。

在不作专门说明的情况下，辐射方向图常常指功率方向图，或场强方向图。

三、天线的极化天线极化是描述天线辐射电磁场矢量空间指向的参数。

由天电场与磁场有恒定的关系，一般都以电场矢量的空间指向作为天线辐射电磁波的极化方向。

天线：辐射和接收无线电波的装置无线传播的类型：视距传播，空间波传播，地面波传播电基本振子：一段载有高频电流的短导线，长度远小于波长近区场：感应场，不能传播能量；远区场：辐射场，传播能量方向性函数：F（θ，σ）=F（θ）=SINθ主瓣宽度：场强降至最大场强值的1∕√2=0.707时的两个方向间的夹角方向性系数：表明天线在空间集中辐射能力天线效率：天线辐射功率PΣ与输入到天线的总功率Pi之比，记为ηA增益：又称增益系数，在输入功率相等（Pi=Pi0）的条件下，天线在最大辐射方向上某点的功率密度和理想的无方向性天线在同一点处的功率密度（或场强振幅的平方值）之比增益系数：是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数，是方向系数与天线效率的积提高天线增益：提高辐射电阻、降低损耗电阻输入阻抗：加在天线输入端的高频电压与输入端电流之比（要使天线效率高，就必须使天线与馈线良好匹配，即天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗）极化特性：天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律极化的类别：线极化（垂直、水平），圆极化（左旋圆、右旋圆），椭圆极化对称天线：又称对称振子天线，结构是两个臂（在空间任意一点的辐射场强是电流元场强的叠加）折合天线两个特点：输入阻抗高；工作频带宽单极天线：只有一个臂提高单极天线效率的方法：提高辐射电阻（在顶端加容性负载、在底部加感性负载）；降低损耗电阻（在天线底部加辐射状地网）天线阵：将若干个相同的天线按一定规律排列组成的天线阵列系统天线阵的作用：增强天线的方向性，提高天线的增益系数两种特殊情况的均匀直线阵：边射式天线阵；端射式天线阵引线天线的组成结构：反射器>有源振子>引向器电视发射天线的特点：频率范围宽；覆盖面积大基站高增益全向天线位于小区中心；基站高增益定向天线位于小区顶点宽频带天线的条件：角度条件（天线形状只取决于角度，与尺寸无关）；终端效应弱；宽频带天线的分类：螺旋天线；对数周期天线（特点：天线的性能随工作频率作周期性变化；最大辐射方向：沿连接各振子中心的轴线指向短振子方向，是端射型）缝隙天线：在波导壁上开有缝隙，用来辐射或接收电磁波的天线微带天线的结构：辐射元（尺寸可与波长相比拟）；接地板；介质基片（厚度远小于波长）；用于100M——50G微带天线的馈电方式：用微带传输线馈电、用同轴线馈电面式天线：主体是其尺寸远大于工作波长的金属面状结构（具有强方向性）面试天线的分类：喇叭天线（最简单）；抛物面天线微波天线的结构：初级辐射器；辐射口面平面口面电尺寸越大，方向性越强，口面利用因数越大测试场地：高架天线测试场；斜天线测试场。

第一讲天线基本原理一、天线的基本概念1.天线的作用在任何无线电通信设备中，总存在一个向空间辐射电磁能量和从空间接收电磁能量的装置，这个装置就是天线。

天线的作用就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间无线信道，或从空间无线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。

2 .天线问题的实质从电磁场理论出发，天线问题实质上就是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的电特性。

空间任何一点的电磁场满足电磁场方程麦克斯韦方程及其边界条件。

因此，天线问题是时变电磁场问题的一种特殊形式。

从信号系统的角度出发，天线问题可以理解为考察由一个电磁波激励源产生的电磁响应特性。

从通信系统的角度出发，天线可以理解为信号发射和接收器，收发天线之间的无线电信号强度满足通道传输方程和多径衰落特性。

3.对天线结构的概念理解采用不同的模型，对天线可以有不同的理解。

典型的模型比如：开放的电容［思考］野外电台或电视发射塔，无线电视或电台接收机，为什么能构成一个天线，其电流回路在什么地方？开放的传输线从传输线理论理解，天线可以看做是将终端开路的传输线终端掰开。

TM mn型波导将天线辐射看做是在4n空间管道中传输的波导，则对应的传输波型是TM型波，但在传输过程中不断遇到波导的不连续性，因此不断激励高次模。

由电磁波源和电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构波的形成都需要波源和传输媒质。

在一盆水中形成机械波纹，可以使用点激励源产生波，并在水面上传播。

波的传播特性只与媒质特性有关而与波源无关。

将一个肉包子扔出去，这个肉包子可能产生不同的结果，或者被狗吃了，或者掉在什么地方了，都与扔包子的人不再有任何关系。

而对天线来说，馈点的激励源就是这种波源，天线导体和外界空间就是传输媒质。

不过电磁波的传输媒质可以是真空。

［思考］电磁波具有波粒二象性。

频率越低，波动性越强；频率越高，粒子性越强。

所以光波主要表现出粒子性，而长波表现出波动性。