雷达第1次课.

1、天线与电波传播天线与电波传播授课教师：樊振宏授课教师：樊振宏电光学院通信工程系电光学院通信工程系办公室办公室: :电光楼电光楼B323B323室室Email: Email: 电话：电话：84315845 84315845 课程英文名称课程英文名称Antennas and Radio Wave Propagation主要先修课程主要先修课程高等数学（一）、电磁场与电磁波、微波技术高等数学（一）、电磁场与电磁波、微波技术主要教材主要教材宋铮等宋铮等天线与电波传播天线与电波传播，西安电子科技大学，西安电子科技大学，2003考核方式考核方式平时平时考查考查到课、听课情况，作业完成情到课、听课情况，作业

2、完成情况占况占20%20%闭卷闭卷考试考试闭卷笔试占闭卷笔试占80%80%教材教材宋铮宋铮 张建华张建华 黄冶黄冶, , 天线与电波传播天线与电波传播 西安：西安电子科技大学出版社西安：西安电子科技大学出版社 20032003年年7 7月月第第1 1版版 同上、第同上、第2 2版版 2011-3 2011-3 （2011-82011-8印刷印刷) )宋铮宋铮 张建华张建华 黄冶黄冶 武拥军武拥军天线与电波传播（第天线与电波传播（第2 2版）版）学习指导：题解与学习指导：题解与CADCAD2011-03-01 1.1.王增和王增和 卢春兰卢春兰 钱祖平钱祖平 等编著等编著 天线与电波传天线与电波

3、传播播, , 机械工业出版社机械工业出版社 20032003年年8 8月第一版月第一版2.2.张德齐张德齐. . 微波天线微波天线. . 北京：国防工业出版社北京：国防工业出版社.1985.19853. IEEEStandardDefinitionsofTermsfor 3. IEEEStandardDefinitionsofTermsfor Antennas. IEEEStd 145-1993 Antennas. IEEEStd 145-1993 参考资料参考资料授课重点授课重点 ：1,2, 81,2, 8本课程的特点本课程的特点1 . 1 . 使用数学知识多使用数学知识多 要用到多重积分、

4、矢量分析和电磁场与电磁波等要用到多重积分、矢量分析和电磁场与电磁波等2. 2. 内容抽象内容抽象 涉及的大多数物理量是矢量场，是空间分布函数。概念抽涉及的大多数物理量是矢量场，是空间分布函数。概念抽象。象。2 2学分，没有实验课学分，没有实验课3. 3. 实验性科学实验性科学 在保证一定精度的前提，在保证一定精度的前提， 使用大量工程近似，突出关键使用大量工程近似，突出关键的物理概念，重点针对的是工程实际问题。的物理概念，重点针对的是工程实际问题。答疑安排答疑安排:地点：电光楼地点：电光楼B323B323室室Email: Email: 本次课程内容本次课程内容 天线的介绍天线的介绍( (了解）

5、了解） 天线分析方法的介绍天线分析方法的介绍( (了解）了解）绪论绪论 通信的目的是传递信息通信的目的是传递信息, , 根据传递信息的途径不同根据传递信息的途径不同, , 可将可将通信系统大致分为两大类通信系统大致分为两大类: : 一类是在相互联系的网络中用各种一类是在相互联系的网络中用各种传输线传输线( (如金属导线、如金属导线、光纤）来传递信息光纤）来传递信息, , 即所谓的有线通信即所谓的有线通信, , 如电话、计如电话、计算机局域网等有线通信系统算机局域网等有线通信系统; ; 另一类是依靠电磁辐射通过另一类是依靠电磁辐射通过无线电波无线电波来传递信息来传递信息, , 即即所谓的无线通信

6、所谓的无线通信, , 如电视、如电视、 广播、广播、 雷达、雷达、 导航、卫导航、卫星等无线通信系统。星等无线通信系统。 无线通信系统中无线通信系统中, , 将来自发射机的导波能量转变为无线电将来自发射机的导波能量转变为无线电波波, , 或者将无线电波转换为导波能量或者将无线电波转换为导波能量, , 用来辐射和接收无用来辐射和接收无线电波的装置称为线电波的装置称为天线天线。宇宇宙宙射射线线 射射线线 X X射射线线 紫紫外外线线 可可见见光光红红外外线线微波微波毫毫米米波波厘厘米米波波分分米米波波超超短短波波短短波波中中波波长长波波无无 线线 电电 波波12101010410210210410

7、610)c( m221031610314103121034103)Hz(（教科书（教科书 page 187page 187）天线设备在无线电系统中的应用（天线设备在无线电系统中的应用（1 1） 1 1 发射机所产生的已调制的高频电流能量（或导波能量）经馈线传输到发射机所产生的已调制的高频电流能量（或导波能量）经馈线传输到发射天线发射天线, , 通过天线将其转换为某种极化的电磁波能量通过天线将其转换为某种极化的电磁波能量, , 并向所需方向并向所需方向辐射出去。辐射出去。 2 2 到达接收点后到达接收点后, , 接收天线将来自空间特定方向的某种极化的电磁波能量接收天线将来自空间特定方向的某种极化

8、的电磁波能量转换为已调制的高频电流能量转换为已调制的高频电流能量, , 经馈线输送至接收机输入端。经馈线输送至接收机输入端。 3 天线作为无线电通信系统中一个必不可少的重要设备天线作为无线电通信系统中一个必不可少的重要设备, , 它的选择与设计它的选择与设计是否合理是否合理, , 对整个无线电通信系统的性能有很大的影响对整个无线电通信系统的性能有很大的影响, , 若天线设计不若天线设计不当当, , 就可能导致整个系统不能正常工作。就可能导致整个系统不能正常工作。信 息 源信 号 变 换发 射 机接 收 机受 信 者信 号 变 换图图 无线电通信系统示意图无线电通信系统示意图发射天线和接收天线共

9、用一副天线发射天线和接收天线共用一副天线. .利用天线开关的转换作用利用天线开关的转换作用, ,分别接入发射机和接收机分别接入发射机和接收机. .当天线与发射机接通时当天线与发射机接通时, ,此天线作发射天线用。此天线作发射天线用。当天线与接收机接通时当天线与接收机接通时, ,此天线作接收天线用此天线作接收天线用. . 天线设备在无线电系天线设备在无线电系统中的应用（统中的应用（2 2）天线的基本要求天线的基本要求天线设备是将高频振荡能量和电磁波能量作可逆转换的天线设备是将高频振荡能量和电磁波能量作可逆转换的设备设备, ,是一种是一种“换能器换能器”。应有以下功能。应有以下功能: : 天线应能

10、将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。 这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统, , 其次要求其次要求天线与发射机或接收机匹配。天线与发射机或接收机匹配。 天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, , 或对确或对确定方向的来波最大限度的接受定方向的来波最大限度的接受, , 即天线具有方向性。即天线具有方向性。 天线应能发射或接收规定极化的电磁波天线应能发射或接收规定极化的电磁波, , 即天线有适即天线有适当的极化。当的极化。 天线应有足够的工作频带。天线应有足够的工作频带。

11、 由麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生变化由麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，这样就产的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，这样就产生了电磁波。生了电磁波。B BE EB BE EB B 如广播电台如广播电台声声电电电磁波发射电磁波发射电视台电视台声光声光电电电磁波发射电磁波发射E E天线的理论基础天线的理论基础最早的天线最早的天线最早的发射天线是最早的发射天线是赫兹赫兹在在18871887年为了验证麦克斯韦根据理论推导所年为了验证麦克斯韦根据理论推导所作关于存在电磁波的预言而设计的。它是两个约为作关于存在电磁波的预言而设计的。它是两个约为3030

12、厘米长、位于厘米长、位于一直线上的金属杆，其远离的两端分别与两个约一直线上的金属杆，其远离的两端分别与两个约4040厘米厘米2 2的正方形的正方形金属板相连接，靠近的两端分别连接两个金属球并接到一个感应线金属板相连接，靠近的两端分别连接两个金属球并接到一个感应线圈的两端，利用金属球之间的火花放电来产生振荡。当时，赫兹用圈的两端，利用金属球之间的火花放电来产生振荡。当时，赫兹用的接收天线是单圈金属方形环状天线，根据方环端点之间空隙出现的接收天线是单圈金属方形环状天线，根据方环端点之间空隙出现火花来指示收到了信号。火花来指示收到了信号。 古利莫古利莫马可尼（马可尼（GuglielmoGugliel

13、mo Marconi Marconi）意大利人。）意大利人。18741874年年-1937-1937年。年。18951895年成功的进行了无线电通信试验，年成功的进行了无线电通信试验，18961896年年6 6月月2 2日，在英国取得第日，在英国取得第1203912039号发明专利证书，这是有关无线电的第一张专利证。号发明专利证书，这是有关无线电的第一张专利证。 18991899年马年马可尼发送的无线电信号穿过了英吉利海峡；可尼发送的无线电信号穿过了英吉利海峡；1901 1901 年又成功穿越大西年又成功穿越大西洋，从英国传到加拿大的纽芬兰省。洋，从英国传到加拿大的纽芬兰省。19091909年

14、马可尼获得诺贝尔物理学年马可尼获得诺贝尔物理学奖，后来享有奖，后来享有“无线电之父无线电之父”的美誉。的美誉。 19331933年年1212月月7 7日至日至1212日，马可尼曾到我国访问，并在南京停留，日，马可尼曾到我国访问，并在南京停留，宣传普及无线电知识。宣传普及无线电知识。马可尼是第一个采用大型天线实现远洋马可尼是第一个采用大型天线实现远洋通信的，所用的发射天线由通信的，所用的发射天线由3030根下垂铜根下垂铜线组成，顶部用水平横线连在一起，横线组成，顶部用水平横线连在一起，横线挂在两个支持塔上。线挂在两个支持塔上。这是人类真正付这是人类真正付之实用的第一副天线之实用的第一副天线。自从

15、这副天线产。自从这副天线产生以后，天线的发展大致分为四个历史生以后，天线的发展大致分为四个历史时期。时期。奠基仪式上的马可尼奠基仪式上的马可尼 徐汇校区的马可尼铜柱徐汇校区的马可尼铜柱 徐汇校区马可尼铜柱铭文徐汇校区马可尼铜柱铭文 警戒雷达天线美国新墨西哥州的圣阿古斯丁平原上美国新墨西哥州的圣阿古斯丁平原上射电望远镜阵列是由射电望远镜阵列是由2727面直径面直径2525米的米的抛物面天线组成，甚大天线阵每个天抛物面天线组成，甚大天线阵每个天线重线重230230吨，架设在铁轨上，可以移吨，架设在铁轨上，可以移动，所有天线呈动，所有天线呈Y Y型排列，每臂长型排列，每臂长2121千米。该甚大天线阵

16、隶属于美国国家千米。该甚大天线阵隶属于美国国家射电天文台（射电天文台（NRAONRAO），于），于19811981年建成。年建成。 The 1000 foot (305 m) fixed spherical dish near Arecibo, PR.jpgHAARP (High-frequency Active Auroral Research Program) HAARPHAARP是旨在研究太空电离层、发展新型武器和技术的一个研究计划。由美国空军和是旨在研究太空电离层、发展新型武器和技术的一个研究计划。由美国空军和海军在阿拉斯加州联合建造

17、和共同管理，可以发射海军在阿拉斯加州联合建造和共同管理，可以发射17001700兆瓦能量。美国行政当局一兆瓦能量。美国行政当局一再申明，再申明，HAARPHAARP完全是一个研究电离层和空间天气的科学计划。完全是一个研究电离层和空间天气的科学计划。 HAARP HAARP拥有目前世界上功率最强大的、既非商业也非民用的短波无线电发射器，称拥有目前世界上功率最强大的、既非商业也非民用的短波无线电发射器，称为电离层加热器。同时为电离层加热器。同时HAARPHAARP有一整套装置，占地有一整套装置，占地23.523.5公顷，由公顷，由180180个称为电离层研个称为电离层研究设备的高频发射天线等仪器组

18、成。究设备的高频发射天线等仪器组成。HAARPHAARP共有共有360360个发电机，可以发出个发电机，可以发出360360万瓦功率万瓦功率的强大信号，将这些信号放大的强大信号，将这些信号放大10001000倍后输给天线倍后输给天线( (180 crossed dipole antennas arranged as a rectangular, planar array) 。然后采用相控阵的方法将信号以微波。然后采用相控阵的方法将信号以微波的形式，聚束发射到电离层中的指定部位。就像微波炉加热食物一样，其信号以微的形式，聚束发射到电离层中的指定部位。就像微波炉加热食物一样，其信号以微波的形式把该部位的电离层加热。波的形式把该部位的电离层加热。 北极光通常是由太阳风引起的。然而根据美国国防部的HAARP项目最新成果，科研人员已经可以成功地在电离层的极光之中制造出人造极光。 手机天线 RFID天线解读器通过接收标签发出的无解读器通过接收标签发出的无线电波接收读取数据。线电波接收读取数据。最常见的是被动射频系统，当最常见的是被动射频系统，当解读器遇见解读器遇见RFIDRFID标签时，发出标签时，发出电磁波，周围形成电磁场，标电磁波，周围形成电磁场，标签从电磁场中获得能量激活标签从电磁场中获得能量激活标签中的微芯片电路，芯片转换签中的微