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天线与电波传播专题漏波天线理论与设计目录一漏波天线简述二均匀漏波天线辐射原理三周期型漏波天线辐射原理01漏波天线简述漏波天线是一类行波天线，它具有以下特点：➢增益高，方向性强，具有较好的定向辐射特性➢频带宽，具有频率扫描能力如果把漏波天线看成是一个波导，则这个波导至少存在一个模式能沿着传播方向不断向外漏泄能量。
漏波天线最初是以矩形波导的形式出现，通过在矩形波导的侧边开模）在波导表面产生的电流进行扰动，使长直缝隙，对基模（TE10得电磁能量在沿矩形波导传输的过程中逐渐泄漏到空间。
图1 Slotted rectangular waveguide leaky-wave antenna 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）一维漏波天线可以分为两大类结构：➢均匀的➢周期性的传统的矩形波导长缝隙天线就属于均勻结构，是快波天线周期性漏波天线常见的有漏泄同轴电缆和基于微带线或共面波导的周期性漏波天线等，可以是慢波或快波天线快波或慢波是依据行波传播常数b 大致分类的：➢若传播常数b 小于自由空间波数k0，则称之为快波，它可沿着结构在传播过程中不断辐射；➢若传播常数b 大于自由空间波数k0，则称为慢波，它只在结构存在不连续时产生辐射。
02均匀漏波天线辐射原理均匀漏波天线辐射原理如图2所示均匀结构，假设导行波沿+z 方向传播，其相位常数为b z ；而在x 方向产生相位常数为k x 的波。
如果自由空间波数是k 0，那么有如下关系式2220x z k k b =−（1）图2 有限大漏波结构的辐射方向与辐射角度示意图➢当k x是一个正实数时，说明x方向会产生漏波。
所以说，b<k0是这种结构产生漏波的辐射条件。
z➢b z的大小取决于模式，不同的模式b z不一样。
➢可见不同的工作模式，可能是导行波，也可能是漏波，并且可以有不止一个漏波模式。
z z zk j b α=−（2）一旦形成漏波，电磁波就会沿着z 方向衰减，因此，除了相位常数b z ，还需在z 方向上引入衰减系数αz ，漏波沿着z 方向以行波因子e -j zk z 向前传播，其中k z 是z 方向的波数：()()2220z z x x k j k j b αα=−+−（3）设电磁波在x 方向上的衰减系数为αx ，相位常数为k x ，那么公式（1）应表示为因为波要沿z方向传播，所以在z方向上αz 是大于0的。
180Internet Education互联网+教育一、引言天线是任何无线电子系统的重要组成部分，在整个系统中起到了能量转换的作用。
“天线与电波传播”课程是普通高等学校电子信息类专业的一门非常重要的专业基础课，也是通信、雷达、电子对抗等专业的必修课。
该课程以“高等数学”“场论”“电磁场与电磁波”等课程为先导，为“雷达原理”等专业背景课夯实理论基础，在高校人才培养体系中起着承上启下的作用。
课程内容主要分为两大部分，第一部分为天线的基本原理和各种典型天线的结构特点、辐射特性及应用；第二部分为电波传播，主要讲授不同传播方式的特点。
该课程理论性强，并且涉及大量公式、物理概念抽象，因此对学生的数学和物理功底要求较高，被普遍认为是一门“学生难学，老师难教”的课程。
如何让学生较好地学习并掌握本门课程的相关知识，教师作为整个知识传授过程中的引导者和课程的组织实施者，起着非常关键的作用。
通过近几年的“天线与电波传播”课程的教学实践，笔者认真思考并总结了在教学过程中出现的问题，并基于学生的学情和课程情况，积极探索课程教学方式方法的改革，以激发学生的学习热情，提高课程的教学质量和效果。
二、“天线与电波传播”课程教学存在的问题（一）教学内容与教学学时数的矛盾突出随着国家高等本科教学的改革和学科专业的优化调整，本科院校学生所学的课程总量普遍增加。
在总学时不变的情况下，大部分课程的学时数都进行了一定的压缩。
以“天线与电波传播”课程为例，经调整，课程学时数由50学时变为40学时，压缩了20%。
“天线与电波传播”课程作为通信、雷达等专业的主干课程，其教学目标是让学生在进入通信、雷达专业课程学习之前了解不同天线辐射特性以及不同电波传播方式的特点，因“天线与电波传播”课程教学改革思考与探索此该课程的知识点多且理论性强。
此外，新的人才培养方案更重视对学生实践能力的培养，课程教学形式由纯理论教学转变为理论和实践相结合，并逐步加重实践教学的权重，理论授课学时也将进一步压缩。
电磁场与微波测量实验实验报告实验名称:班级：姓名：学号：学院：北京邮电大学实验七.天线与电波传播一、 实验目的（1）掌握微波信号发生器及测量放大器的使用方法。
（2）了解水平面接收天线方向性的测量方法。
二、 实验仪器标准信号发生器、选频放大器、喇叭天线、波导调配器、可变衰减器、波导元件。
三、 实验原理及步骤对于辐射波传输方式，最重要的是测试其辐射场幅值分布的方向性，其表征量是天线方向函数及方向图。
1．系统组成图1-1 系统组成原理框图2．喇叭天线工程上常用的喇叭天线是角锥喇叭，原因是其匹配较好而效率接近100%（G ≈D ）。
但是由于其口径场的幅值、相位不是均匀分布，虽然其辐射主向仍是口径面法线方向（波导轴线方向），但是主瓣宽度、方向系数的计算很复杂。
可用以下公式进行估算：E 面（yoz 面）主瓣宽度bE λθ5325.0= （1-1）H 面（xoz 面）主瓣宽度15.0802a H λθ= （1-2）方向系数（最佳尺寸的角锥喇叭）211451.0λπb a D = （1-3）图1-2是角锥喇叭的三维标高方向图。
具体参数喇叭口径1a =5.5λ，1b =2.75λ；波导口径a=0.5λ,b=0.25λ；虚顶点至口径面距离ρ＝2ρ＝6λ。
1 Array图1-2 角锥喇叭的三维标高方向图图1-3为本实验所用喇叭天线示意图：图1-3 实验所用喇叭天线3．测水平面接收天线方向性图1-1为测量喇叭天线方向性的系统组成情况。
测量时改变接收喇叭天线的方位角，可测出喇叭天线水平面的方向性（按接收到信号的强弱）。
严格的测量应在微波暗室中进行，这样可以消除反射波影响。
但在微波段，因其传播方向性较强，而且房屋墙壁吸收较强，地面影响也可略去，因而这样在普通实验室内测量偏差也不很大。
测天线方向图应有专用天线转台，它有精确的角度（水平面方位角，垂直面俯仰角）刻度指示。
本实验主要测水平面即方位方向性。
四、实验内容及数据处理（1）微波天线方向图测试报告旁瓣宽度-3.0db : 26.33 -6.0db : 39.82 -10.0db : 54.30 -15.0db : 225.13五、心得体会本实验即天线与电波传播实验由老师演示，我们只需了解其原理并会分析其数据即可。
金融行业标准管理办法(试行)正文：---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 金融行业标准管理办法（试行）（全国金融标准化技术委员会）第一章总则第一条为有序和高效地开展金融行业标准管理工作，依据《行业标准管理办法》、《全国金融标准化技术委员会章程》及其他有关规定，制定本管理办法。
第二条金融行业标准是对没有国家标准而又需要在金融行业范围内统一的技术要求所制定的标准。
金融业行业标准不得与国家标准相抵触，标准之间应保持协调、统一、不得重复。
金融业行业标准在相应的国家标准实施后，即行废止。
第三条需要在金融行业范围内统一的下列要求，可以制定行业标准：（一）术语、数据元、符号、代码、文件格式等；（二）通信、数据交换与处理、安全等方面的技术要求；（三）产品的技术要求；（四）生产、经营活动中的管理和服务技术要求等；（五）《行业标准管理办法》规定的其他有关内容。
第四条金融行业标准采用以下编号：强制性行业标准：JR ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ；推荐性行业标准：JR/T ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ；指导性技术文件：JR/Z ΧΧΧΧ-ΧΧΧΧ。
第五条标准的全部技术内容需要强制时，为全文强制形式；标准中部分技术内容需要强制时，为条文强制形式。
关于强制性行业标准的具体管理规定按照《行业标准管理办法》、《关于加强强制性标准管理的若干规定》执行。
对于技术尚在发展中，需要有相应的标准文件引导其发展或具有标准化价值，尚不能制定为标准的项目或采用国际标准化组织、国际电工委员会及其他国际组织（包括区域性国际组织）的技术报告的项目可以制定指导性技术文件，指导性技术文件的管理参照《国家标准化指导性技术文件管理规定》执行。
第5章移动通信系统中的场强预测模型☐场强预测——所谓场强预测是指根据移动通信的不同环境得到通信范围内的场强分布（路径损耗），建立电波传播的模型，以便对通信网进行规划和设计（天线、基站站址、小区半径、频率……）☐传播模式——分为经验模式、半经验或半确定模式、确定性模式。
经验模式是根据大量测量结果统计分析后导出的公式，应用经验模式可以容易和快速地预测路径损耗，不需要有关环境的详细信息，但是不能提供非常精确的路径损耗估算值。
确定性模式是对具体现场环境直接应用电磁场理论进行计算，如射线追踪方法，环境的描述可以从地形地物数据库中得到。
半经验或半确定模式是基于把确定性方法用于一般的市区或室内环境中导出的公式，为了改善半经验或半确定模式和实验结果的一致性，有时需要根据实验结果对公式进行修正，得到的公式是天线周围某个规定特性的函数。
传播环境——蜂窝移动通信的最大特点就是小区制。
小区的大小和范围直接和传播条件有关，可以根据需要选择小区的大小和范围。
移动通信系统中主要采用宏小区、微小区（微蜂窝）和微微小区（微微蜂窝）三种形式。
经验模式或半经验模式对具有均匀特性的宏小区是合适的。
半经验模式还适用于均匀的微小区，在那里模式所考虑的参数能很好的表征整个环境。
确定性模式适合于微小区和微微小区不管它们的形状如何。
确定性模式对宏小区是不能胜任的，因为对这种环境所需的计算机CPU时间使人无法忍受☐四种电波传播模型——电波传播模型是指通过对电波传播的环境进行不同方法的分析后所得到的电波传播的某些规律、结论以及具体方法。
利用电波传播模型不仅可以估算服务区内的场强分布，而且还可以对移动通信网进行规划与设计。
统计模型（Statistical Model）——通过对移动通信服务区内的场强进行实地测量，在大量实测数据中用统计的方法总结出场强中值随频率、距离、天线高度等因数的变化规律并用公式或曲线表示出来。
实验模型（Empirical Model）——通过实验方法得出某些电波传播规律，但不像统计模型那样用公式或曲线表示出来。
天线与电波传播天线部分：引言天线是一种用来发射或接收电磁波的器件，是任何无线电系统中的基本组成部分。
换句话说，发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波，接收天线则与此相反。
于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输，可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。
人类最大的自然资源之一就是电磁波谱，而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。
第一讲：传输线基础知识在通信系统中，传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。
为了更好的了解天线的性能与参数，首先简单介绍有关传输线的基础知识。
传输线根据频率的使用范围区分有两种类型：1、低频传输线；2、微波传输线。
这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识，主要包括反映传输线任一点特性的参量：反射系数Γ、阻抗Z 和驻波比ρ。
一、反射系数Γ这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为()()''''''''2()()()00j z j z j zl U z z U z U z e Uzee βββ-+--+-Γ=====Γ (1)由上式可以看出，反射系数的模是无耗传输线系统的不变量，即 ()'l z Γ=Γ (2) 此外，反射系数呈周期性，即()()''/2g z m z λΓ+=Γ (3) 二、阻抗Z这里定义传输线上任一点处的阻抗为 ()()()'''U z Z z I z =(4)经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式()''00'0tan tan l l Z jZ z Z z Z Z jZ zββ+=+ (5) 三、驻波比ρ(VSWR)这里定义传输线上任一点处的驻波比为 ()()'max 'minU z U zρ=(6)经过一系列的推导，得出阻抗的最终表达式 11l lρ+Γ=-Γ (7)此外，这里还给出反射系数与阻抗的关系表达式()()()()()()''''''011z Z z Z z Z z Z z Z z Z +Γ=-Γ-Γ=+ (8)这里还简单介绍一下传输线理论所要用到的一些基本参数，例如特性阻抗0Z 以与相位常数β，具体表达式如下： 02,L Z LC C πβωλ===(9) 此外，不同的系统有不同的特性阻抗0Z ，为了统一和便于研究，常常提出归一化的概念，即阻抗()'0Z z Z 称为归一化阻抗()()''Z z Z z Z =(10)第二讲：基本振子的辐射一、电基本振子的辐射电基本振子(Electric short Dipole)又称电流元，无穷小振子或赫兹电偶极子， 它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l 远小于波长λ，其半径a 远小于l ，同时振子沿线的电流I 处处等幅同相。
在通常情况下，导线的末端电流为零，因此电基本振子难以孤立存在，但根据微积分的思想，实际天线常可以看作是无数个电基本振子的叠加，天线的辐射场等于所有这些电基本振子贡献的总和。
因而电基本振子的辐射特性是研究更复杂天线辐射特性的基础。
考虑一个位于坐标原点、沿z 轴方向、长为z ∆的电流元，其上载有幅度和相位均匀分布的电流I ，根据电磁场理论，该电流元产生的矢量磁位（只有z 分量）为：'2/2/04dz Re I A z z jkR z ⎰∆∆--=πμ (1) 由图1-7可以看到，长度z ∆与波长λ相比以与与距离R 相比都比较小，所以从电流元上任一点到场点P 的距离R （是'z 的函数）非常接近于从坐标原点到场点的距离r 。
将式(1)中的R 替换为r 后，被积函数已不含带撇坐标，所以积分退化为乘法，于是r e z I A rj z βπμ-⋅∆=40 (2) 得到矢量磁位→A 后，则磁场强度为 →→⨯∇=A H 01μ (3)经过公式替换与推导可得磁场强度(仅有ϕ分量)θβλβϕsin 112r e r j z jI H rj -⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∆= (4) 又根据方程→→⨯∇=H j E 01ωε，可以得到电场强度（仅有r 和θ分量）()θββληβcos 22220r e r j r j z I j E r j r -⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∆= (5) ()θββληβθsin 111220r e r j r j z I j E r j -⎥⎦⎤⎢⎣⎡++∆= (6) 1、近区场如果场点非常靠近电基本振子：r β远小于1或r 远小于λ，则相对应的解为θπϕβsin 42r ze I H rj -∧→∆= (7) ⎪⎭⎫⎝⎛+∆-=∧∧-→θθθπβηβsin cos 2430r r e z I j E r j (8)2、远区场如果场点非常靠近电基本振子：r β远大于1或r 远大于λ，则相对应的解为θληβθsin 20r e z I j E rj -∆=(9) θλβϕsin 2re z jI H rj -∆=(10) 电基本振子远区场的表达式有看出如下物理意义：(1) θE 、ϕH 均与距离r 成反比，都含有相位因子r j e β-，说明辐射场的等相位面为r 等于常数的球面，所以电基本振子发出的是球面波，传播方向上电磁场的分量为零，故称其为横电磁波，即TEM 波。
(2) 该球面波的传播速度(相速)c v p ==βω(真空光速)，θE 与ϕH 的比值为常数，称为媒质的波阻抗η。
对于自由空间来说， πηη1200==Ω(3) 远区场是辐射场，但θE 、ϕH 与θsin 成正比，说明电基本振子的辐射具有方向性，辐射场不是均匀球面波。
二、磁基本振子的辐射磁基本振子(Magnetic short Dipole)又称磁流元，磁偶极子。
尽管它是虚拟的，迄今为止还不能肯定在自然界中是否有孤立的磁荷和磁流存在，但是它可以与一些实际波源相对应，例如小环天线或者已经建立起来的电场波源，因此讨论它是有必要的。
对于磁基本振子场的求解问题，采用对偶原理法进行求解。
设想一段长为z ∆的磁流元z I m ∆置于球坐标系原点，根据电磁对偶性原理，只需要进行如下变换：⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⇔⇔⇔-⇔⇔→→→→00,μεm e m e m e me Q Q I I E H H E (11)则磁基本振子远去辐射场的表达式为θλβϕsin 2re z jI E rj m -∆-= (12) θληβθsin 20r e z jI H rj m -∆= (13)第三讲：天线的电参数(1)描述天线工作特性的参数成为天线电参数，又称电指标。
它们是衡量天线性能的尺度。
我们有必要了解天线电参数，以便正确设计或选择天线。
1、方向函数由电基本振子的分析可知，天线辐射出去的电磁波虽然是一球面波，但却不是均匀球面波，因此，任何一个天线的辐射场都具有方向性。
所谓方向性，就是在相同距离的条件下天线辐射场的相对值与空间方向(ϕθ,)的关系。
天线在(ϕθ,)方向辐射的电场强度((),E θϕ)的大小可以写成()()0,,E A f θϕθϕ= (1) 式中，0A 是与方向无关的常熟；(),f θϕ为场强方向函数；则可以得到 ()()0,,E f A θϕθϕ=(2)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()ϕθ,F 表示，即()()()()maxmax ,,,,E E f f F ϕθϕθϕθϕθ== (3)下面以电基本振子为例具体介绍方向函数的概念。
若天线辐射的电场强度为()ϕθ,,r E →，把电场强度的模值()ϕθ,,r E →为写成： ()()ϕθϕθ,60,,f rIr E =→(4) 因此，场强方向函数()ϕθ,f 可定义为()()rIr E f 60,,,ϕθϕθ→=(5)将电基本振子的辐射场表达式θληβθsin 20re z I j E rj -∆=代入上式，则电基本振子的方向函数为()()θλπθϕθsin ,zf f ∆== (6) 因此电基本振子的归一化方向函数可写为()θϕθsin ,=F (7) 为了分析和对比方便，我们定义理想点源是无方向性天线，它在各个方向上、相同距离处的辐射场的大小是相等的，因此，它的归一化方向函数为()1,=ϕθF (8) 2、方向图在距天线等距离(r=常数)的球面上，天线在各点产生的功率通量密度或场强(电场或磁场)随空间方向(),θϕ的变化曲线，称为功率方向图或场强方向图，它们的数学表示式称为功率方向函数或场强方向函数。
研究超高频天线，通常采用的两个主平面是E 面和Ｈ面。
Ｅ面是最大辐射方向和电场矢量所在的平面，Ｈ面是最大辐射方向和磁场矢量所在的平面。
此外，方向图形状还可用方向图参数简单地定量表示。
例如：零功率波瓣宽度、半功率波瓣宽度、副瓣电平以与前后辐射比等参数。
3、方向系数为了更明确地从数量上描述天线的方向性，说明天线方向性的定义式：在同 一距离与相同辐射功率的条件下，某天线在最大辐射方向上辐射的功率密度max P 和无方向性天线(点源)的辐射功率密度0P 之比称为此天线的方向系数，用符号D表示。
2max max200=P P E PD PE ∑∑=相同相同(9)由于20024240E PP r ππ∑== (10)故060P E r∑= (11) 将式(11)代入式(9)，得22max60r E D P ∑= (12)第四讲：天线的电参数(2)4、输入阻抗天线输入阻抗是指天线馈电点所呈现的阻抗值。
显然，它直接决定了和馈电 系数之间的匹配状态，从而影响了馈入到天线上的功率以与馈电系统的效率等。
输入阻抗和输入端功率与电压、电流的关系是 in 22=R in inin in ininP V Z jX I I ==+ (1) 式中，in P 一般为复功率，in R 和in X 分别为输入电阻和输入电抗。
为实现和馈线间的匹配，需要时可用匹配消去天线的电抗并使电阻等于馈线的特性阻抗。
5、天线的效率天线效率，对发射天线来说，用来衡量天线将高频电流或导波能量转换为无线电波能量的有效程度，是天线的一个重要电参数。
天线效率(辐射效率)A η是天线所辐射的总功率P ∑与天线从馈线得到的净功率A P 之比，即 A AP P η∑=(2)6、天线的增益表征天线辐射能量集束程度和能量转换效率的总效益，成为天线增益。
天线在某方向的增益(),G θϕ是它在该方向的辐射强度(),U θϕ同天线以同一输入功率向空间均匀辐射的辐射强度4AP π之比，即()()(),,4,A AU G P D θϕθϕπθϕη== (3)未曾指明时，某天线的增益通常指最大辐射方向增益 4MA AU G D P πη== (4) 7、接收天线的电参数以与弗利斯传输公式通常用互易定理分析接收天线，继而得到相关的电参数 (1)、效率接收天线效率的定义是：天线向匹配负载输出的最大功率和假定天线无耗时向匹配负载输出的最大功率(即最佳接收功率)的比值，即 maxA optP P η= (5) (2)、增益接收天线的增益定义为：假定从各个方向传来电波的场强相同，天线在最大接收方向上接收时向匹配负载输出的功率和天线，在各个方向接收且天线是理想无耗时向匹配负载输出功率的平均值的比值。
