天线理论与设计基本概念样本

基本电振子(赫兹偶极子)
电基本振子是一段长度l远不大于波长，电流I等幅同相直线电流元i(t)=Icosωt，它是线
天线基本构成某些，任意线天线均可当作是由一系列电基本振子构成。

立体角：
定义：立体角是以圆锥体顶点为球心，半径为1球面被锥面所截得面积来度量，度量单
位称为“立体弧度”。和平面角定义类似。在平面上咱们定义一段弧微分S与其矢量半径r比
值为其相应圆心角记作dθ=ds/r；因此整个圆周相应圆心角就是2π；与此类似，定义立体角
为曲面上面积微元ds与其矢量半径二次方比值为此面微元相应立体角记作dΩ=ds/r^2；由此
可得，闭合球面立体角都是4π。
单位：steradian->sr=stereos+radian
球坐标系中计算：d= ds /R2= ds=sin  *d * d (sr)

辐射强度
定义：给定方向上单位立体角辐射功率。

计算：
物理意义：反映在给定方向上辐射大小

辐射功率：
定义：

辐射效率
定义：天线输入功率仅有一某些转换为辐射功率，别的被天线及其附近构造所吸取。
辐射效率定义为天线辐射功率与净输入功率之比。
其中：为辐射电阻，为损耗电阻。
场强方向图：
定义：在固定距离r=r0球面上，辐射电场强度随着角坐标相对变化(函数)图形为场强方
向图。方向图函数

作图二维平面图：○1极坐标图○2直角坐标图
功率方向图：
在固定距离r=r0球面上，波印廷矢量r分量随着角坐标相对变化(函数关系)图形为功率
方向图。方向图函数记为

按方向图特性天线分类
各向同性天线：天线向各个方向均匀辐射。
方向性天线：天线在某些方向辐射比其她方向辐射强得多
全向天线：天线在某个平面内辐射为无方向性，在其正交面具备方向性

波瓣：
半功率波瓣宽度：
定义：从方向图原点过辐射强度是最大值一半(相应场强是最大值)点
矢量所夹角度。（3dB波瓣宽度）。E面和 H面半功率波瓣宽度分别用2HPE 和2HPH表达。

第一零陷波瓣宽度：
定义：从方向图原点与主瓣根部相切矢量所夹角度。用20表达

副瓣电平（SLL）：

2

,4FA

定义：副瓣峰值与主瓣最大值之比。
方向性
定义：天线在某方向辐射强度与参照天线辐射强度之比。
参照天线：与实际天线具备相似辐射功率，并且均匀辐射。


`,1,22





dFUUdFmmA


波瓣立体角
定义：天线波瓣立体角是一种立体角，如果所有功率均通过此立体角辐射，在此立体角
内辐射强度均匀并等于最大值

功率增益：
定义：任意方向上辐射强度与无耗各向同性参照天线辐射强度之比

极化：
定义：天线在给定方向极化定义为“天线被勉励时辐射波极化，或在天线输出端得到最
大可用功率时给定方向上入射波极化”
未规定方向时，极化为最大增益方向极化。
辐射波极化定义为“描述电磁波电场矢量方向和相对幅度时变特性，确切地说，就是在
空间固定位置沿传播方向观测到电场矢量端点随时间变化轨迹”。

电小天线
尺寸相对于工作频率所相应波长比较小天线就是电小天线，它也是最基本天线。最简朴
电小天线是短振子，是一段馈电点在中心导线。

短振子与抱负偶极子辐射电阻：



dFA2,





in
in
P
UPUG






,4

4
,

,
抱负偶极子辐射电阻是短振子辐射电阻4倍
抱负偶极子

对称振子：
 定义：
由两根等长直金属线或金属筒构成，中间有馈线。沿Z 轴取向，长为L且中心馈
电，如图可将其视为开路双线传播线由末端长L/2处弯折90度而成。
 电流分布:
假设弯折某些电流分布不变，引入电流分布

由于在处开路，因此该处电流一定为0。参照微波技术基本传播线理论。
 辐射场：远场取仅保持横向分量 ,及1/r阶分量

2
2

2
8021


lIPR
r

r
 归一化方向图函数：

 半功率波瓣宽度
天线长度 半功率波瓣宽度
90

87
78
64
47.8
当L>1.25时，浮现多瓣图。
 辐射电阻：
先求波印廷矢量->功率密度->辐射功率->辐射电阻
 辐射电阻与L关系图：
完纯导电地平面
无限大抱负导电平面，良导体金属面或栅网，当尺寸比天线大几倍时，可近似为抱负地
面。

镜像原理
相似源：
构成天线阵各单元不但型式相似，并且在空间放置姿态（或取向）也相似。各单元具备
相似电流分布，但勉励电流幅度和相位可不同。

宽频带天线:
若天线方向图和阻抗在约一种倍频程或更宽频带内无明显变化，则该天线即属宽频带天
线。