天线与电波传播

1、第一章习题参考答案（仅供参考）1.解：电基本振子放置于Z轴上，其空间坐标如右图所示。_： J I L .丄?亠 亠 1（1）辐射场的传播方向为径向二；电场方向为F;磁场方向为I;（注： 这里表示的是 电基本振子的远区辐射场）（2）电基本振子辐射的是线极化波。（3）过M点的等相位面是一个球面，所以远区辐射场是球面波；又因为-与二成正比，则球面波又是非均匀的。- J -（4）M点的电场与磁场之间有如下关系：（5）从电基本振子的远区辐射场表达式可见：H -.60加？ . d-油代二 Jsin &ArE HT（-）A-与电流大小亠、空间距离“及电长度，以及子午角丁有关。（6）从电基本振子辐射场

2、的表达式可知：当时，电场有最小值；当&=90或270时，电场有最大值；磁 场无方向性。（注：也可以用电磁场的方向图来说明。）（7）电基本振子的E面和H面的方向图如下图所示。雷I申甚龙掃平'Xl E甘丸I W5、解：（1）电基本振子的归一化方向函数为：F& ©二 |sin 0因为是指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。由此可知： 戸倡妙二|sm&卜0? t? s = Os618O°取 J二 i'i1'1，则-I-!'。因为- -二是指主瓣最大值两边场强等于最大值0.707的两个辐射方向之间 的夹角。由此可知：&quo

3、t;:;='宀？ t ?卩 < 二二二丁 取丁 ，则（一匕:（2 ）磁基本振子的E面图为电基本振子的H面图，H面图为电基本振子的E面图。所以，其-和-的计算过程于电基本振子的类似，从略。8、解：本题考察对半功率点波瓣宽度的理解。因为，所以从图上可以看出 妳胡啊）点是半功率点，其场强大小为：:为止的场强。由于场强与'成正比，则几】的场强是" -1 1点场强的For pers onal use only in study and research; not for commercial use10、解：已知天线1的二"；丁二1， J二 ；天线2的'

4、二-匚二川ff(1)由1上蜩；2耳|耳丫小叫由(2 )(3 )71AJhof沖 Dq? t ?5“皿冰1%减I Emas?t ?由A可得：可得：? t ?14、解：接收天线的有效接收面积为将-.'_.<_"，二卜；代入，则可得4二丄 xlOO-7.96m3 伽。29、解：如图所示，这是一个4元均匀直线阵，,d=0.25 入。在通用直线阵阵因子图形中取下本题对应的图形如下：10.8、0 60.4.-”亠f02、(1)先求90E面（yoz）方向2711因为相邻阵元之间的相位差为呗0）二$ +购他&二上+丘仝殂&二兰+丄迪&2422式中丁为射线与z轴夹

5、角。阵因子为：元因子为：片二网则E面的方向函数为：1RInHnA270?7n?7n477A?7n77n(5)n x 1Rsin 2 翊则E面的方向图为：-QQH面的方向图为：For pers onal use only in study and research;not for commercial use附)胡© Fg)(2)再求H(xoy)面方向图，】-二因为相邻阵元之间的相位差仍为* j 1 JT t A .JT7T .回冊 二f + fcisin<p=+ i sinq)= + sin <p2422式中丁为射线与x轴夹角。元因子为： Jr则H面的方向函数为：阵因子为

6、：2.5.1 第7题简述蝙蝠翼电视发射天线的工作原理。答案要点：（1 ）蝙蝠翼天线由水平对称振子天线排列组成，朝空间辐射水 平极化波，以满足电视广播信号的要求；（2 ）两幅蝙蝠翼在空间正交布置， 构成旋转场天线，以获得在水平平面的全向特性；（3）各振子沿传输线两 侧水平放置，中间馈电处振子较短，而两侧短路端振子较长，以获得宽频 带阻抗特性，满足电视信号发射的带宽要求。2.5.2 第8题怎样提高直立天线的效率答案要点：有三种办法：（1）加顶负载，如在鞭状天线的顶端加小球、圆 盘和辐射叶；（2）加电感线圈；（3）降低损耗电阻，改善地面的电性质， 常用的有埋地线、架设平衡器等。2.5.3 第14题

7、天线与馈线连接有什么基本要求？答案要点：天线与馈线之间连接时要考虑两个问题：（1）阻抗匹配，以保 证具有最大的能量传输效率；（2 ）平衡馈电，以保证天线方向图的对称性。 2.5.5 第15题简述U形管平衡-不平衡变换器的工作原理？答案要点：U形管平衡器是一段长度为入/2的同轴线，天线的两臂都接在 内导体上，因而可以实现对地的平衡；又因为接入点相距 入/2,对地的电位 正好是反相的，所以天线两臂上的电流大小相等，是一个对称分布。4.5.13.3.1 第1题 说明行波天线与驻波天线的差别和优缺点。答案要点：（1 ）行波天线上电流的分布呈行波状态；驻波天线上电流的分 布呈驻波状态；（2）行波天线的等

8、效模型为终端接匹配负载的传输线，输 入端阻抗近似为纯阻性的特性阻抗，且不随频率而变，因而具有宽频带特 性；（3 ）驻波天线的等效模型为终端开路的传输模型，输出阻抗与电长度 有关，因为随频率变化剧烈，属于窄带天线；（4）行波天线的输入功率有 相当一部分会被匹配负载吸收，因而比驻波天线的效率低。For pers onal use only in study and research; not for commercial use4.5.2 第1题 简述等角螺旋天线的非频变原理。答案要点：（1 ）等角螺旋天线由两个螺旋臂构成，每个螺旋臂的边缘线都 是等角螺旋线，属于一种角度天线，它的结构仅仅由角度决

9、定；（2 ）当工 作于一个频率时，在等角螺旋天线上有一个对应的工作区域，起主要辐射 作用，是该频率点的有效辐射区，在它后面的区域电流迅速衰减到20dB 以下，当工作频率发生改变时，这个有效辐射区会向前或向后移动，使得 它的辐射性能基本保持不变，从而保证了非频变特性。4.5.2 第2题 简述对数周期天线宽频带工作原理。答案要点：（1 ）对数周期天线由排列在集合线上的若干根对称振子天线组 成，振子的长度、半径以及振子的间距都按同一比例系数T变化，且T接 近与1 ；（ 2 ）当工作于一个频率时，在天线阵面上有一个有效辐射区，该区域后面的电流迅速减小，符合电流截断效应的要求，当工作频率发生变 化时，这

10、个有效辐射区会前后移动，但辐射区的电尺寸基本保持不变，从 而使得电特性也维持基本不变，保证了对数周期天线的非频变特性。6.7.1 第1题 何谓惠更斯元？它的辐射场及辐射特性如何？答案要点：（1 ）在分析面天线的辐射场时，通常将面天线的辐射问题转化 为口径面的二次辐射。因为口径面上存在着电场和磁场分量，根据惠更斯 原理，将口径面分割成许多面元，这些面元就称为惠更斯元或者二次辐射 源。由惠更斯元的辐射长之和就可以得到口径面的辐射场。惠更斯元的辐 射场可以看作是由等效电流元和等效磁流元的辐射场构成的。其E面和H 面的辐射场由相同的形式，即：dE- j +dseE面和H面方向图具有相同的形状。6.7.

11、2 第7题 口径相位偏差主要有哪几种？它们对方向图的影响如何？ 答案要点：口径的相位偏差主要有三种类型：（1 ）直线律相位偏差；（2） 平方律相位偏差；（3）立方律相位偏差。直线律相位偏差相当于一个平面波倾斜投射到平面口径上，会带来最大辐 射方向的偏移。平方律相位偏移相当于一个球面波或柱面波投射到平面口 径上，会带来零点模糊、主瓣展宽、主瓣分裂以及方向系数下降，是天线 设计中应该极力避免的。立方律相位偏移会产生最大辐射方向的偏转，而 且还会导致方向图不对称，在主瓣一侧产生较大的副瓣。6.7.3 第18题对旋转抛物面天线的馈源有哪些基本要求答案要点：（1 ）源应该具有确定的相位中心，并且此相位中

12、心应该置于抛 物面天线的焦点，以使口径上得到等相位分布；（2 ）馈源方向图的形状应 该尽量符合最佳照射，同时副瓣和后瓣尽量小，因为它们会使得天线的增 益下降，副瓣电平抬高；（3）馈源应该具有较小的体积，以减小对抛物面 口径的遮挡；（4 ）馈源应该有一定的带宽，它决定了抛物面天线的带宽。For pers onal use onlyin study and research; not for commercial use9.5.1 第1题 为什么地面波传播会出现波前倾斜现象？波前倾斜的程度 与那些因素有关？为什么？答案要点：波前倾斜现象是指由于地面损耗造成电场向传播方向倾斜的一 种现象。当一个垂直

13、极化的电磁波沿着地面向前传播时，会在地面上感应 出电荷，这些电荷随着电波向前移动时形成感应电流，而地面是一种半导 电媒质，有一定的电阻，故会在传播方向上会产生电压降，也即在传播方 向上产生新的电场分量，这个电场分量和原来的垂直分量合成以后，就形 成了向传播方向倾斜的电场，即波前倾斜。通常，地面的介电性越强（电 导率约小），波前倾斜现象约严重，导电性越强（电导率越大），波前倾 斜现象越小。9.5.2 第2题 当发射天线为辐射垂直极化波的鞭状天线时，在地面上和地 面下接收地面波时，各应用何种天线比较合适？为什么？答案要点：当采用垂直极化的鞭状天线作为发射天线时，根据波前倾斜现 象的原理，在地面上和

14、地面下均可以接收信号。在地面上接收时，由于电 场的垂直分量远大于水平分量，所以宜采用直立天线来接收，接收天线附 近的地面宜选择湿地。如果受条件限制，不能采用直立天线来接收，也可 以采用低架或水平铺设的天线来接收，此时地面宜选择干地。10.5.1 第1题何谓临界频率？临界频率与电波能否反射有何关系？ 答案要点：当电波垂直向上发射时，能够从电离层反射回来的最高频率成 为电离层的临界频率。临界频率反映了电波能够垂直反射的最高频率，当 超过该频率时，电波将穿出电离层，不会反射回来。10.5.2 第7题 在短波天波传播中，频率选择的基本原则是什么？为什么 在可能的条件下频率尽量选择的高一些？答案要点：（

15、1 ）最高可用频率fMUF。由于白天的电子密度大，夜间的电 子密度小，所以工作频率的上限也是白天高，夜间低，另外通信距离越远， 工作频率的上限也可以高一些。（2）最低工作频率fLUF。工作频率越低吸收就越严重，由于白天电子密 度大，吸收也大，所以白天的最低工作频率要高一些。（3 ）我们通常会把频率选择得高一些，以减小衰减，但也不能就把频率设 在最高工作频率上，通常我们把工作频率设定在最高工作频率的85%。（4）For personal use only in study and research; not for commercialuse（5）（6）由于最高工作频率在一天之中是变化的，那么电台最好也能够在一日 之内的不同时段选择不同的工作频率。（7）xiexie仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung,