天线的电参数解析课件

§1.2天线的电参数

发射天线有两个主要功能：1、把经馈线从发射机输送过来的高频电流以电磁波形式向周围空间辐射出去。2、定向辐射，即是将能量集中在一定立体角内辐射出去。12/22/2022§1.2天线的电参数发射天线有两个主要功能：12/171

1、要使天线能从馈线得到最大功率，就必须使天线和馈线良好地匹配，也就是要使天线的输入阻抗等于馈线的特征阻抗。这就导致引入天线输入阻抗这一电参数。这些涉及到发射天线下列几方面的问题2、天线从馈线得到的输入功率是否全部由天线辐射出去？天线效率3、天线的定向能力。波瓣宽度、旁瓣电平，方向系数和增益等。

除了上述的基本电参数外，还有：4、频带宽度5、极化特性

12/22/20221、要使天线能从馈线得到最大功率，就必须使天线和馈线良好地2一方向图表示场在不同方向上的相对大小，因此，画图时要用归一化方向函数电偶极子的归一化方向函数臂长度不超过0.625个波长的对称振子的方向函数12/22/2022一方向图表示场在不同方向上的相对大小，因此，画图时要用归一3主瓣与旁瓣主瓣：最大辐射方向所在的瓣旁瓣（副瓣）后瓣（尾瓣）12/22/2022主瓣与旁瓣主瓣：最大辐射方向所在的瓣旁瓣（副瓣）后瓣（尾瓣）4平面图：极坐标与直角坐标直角坐标：清楚1极坐标：形象、直观112/22/2022平面图：极坐标与直角坐标直角坐标：清楚1极坐标：形象、直观15对数表示归一化场值为了使方向图中某些很低的电平值也能表示出来，可对归一化场强值取对数换成分贝数120lg/10lg取对数为了使方向图中某些很低的电平值也能表示出来，可对归一化场强值取对数换成分贝数为了使方向图中某些很低的电平值也能表示出来，可对归一化场强值取对数换成分贝数dB012/22/2022对数表示归一化场值为了使方向图中某些很低的电平值也能表示出来6二、天线参数（1）-旁瓣电平

FirstSidelobeLevel旁瓣电平越低越好12/22/2022二、天线参数（1）-旁瓣电平 FirstSidelobe7天线参数（2）-主瓣宽度半功率主瓣宽度主瓣最大值两侧功率密度等于最大方向上功率密度一半的两个方向的夹角12/22/2022天线参数（2）-主瓣宽度半功率主瓣宽度12/17/20228基本振子的主瓣宽度12/22/2022基本振子的主瓣宽度12/17/20229主瓣宽度的比较主瓣宽度愈小，说明天线辐射能量愈集中，其定向辐射的性能愈好，天线的方向性越强12/22/2022主瓣宽度的比较主瓣宽度愈小，说明天线辐射能量愈集中，其定向辐10主瓣宽度和旁瓣电平是一对不可调和的矛盾体压低旁瓣，主瓣将会变宽压缩主瓣宽度，旁瓣将会抬高12/22/2022主瓣宽度和旁瓣电平是一对不可调和的矛盾体压低旁瓣，主瓣将会变11后向功率前向功率前后比是指天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比天线参数（3）-前后比12/22/2022后向功率前向功率前后比是指天线的前向辐射功率和后向辐射功率之12前后比较差前后比较好12/22/2022前后比较差前后比较好12/17/202213天线参数（4）-方向系数定义：无方向性天线

产生的功率密度均匀分布在以天线为中心的球面上，无方向性

某一天线的方向系数是它在最大辐射方向上某一距离处的辐射功率密度和辐射功率相同的无方向性天线在同一距离处的辐射功率密度之比值。用D表示方向系数函数：12/22/2022天线参数（4）-方向系数定义：某一天线的方向14（1）（2）12/22/2022（1）（2）12/17/202215对于基本振子，其归一化方向函数为对于无方向性天线，其归一化方向函数为12/22/2022对于基本振子，其归一化方向函数为对于无方向性天线，其归一化方16方向系数的物理意义

无方向性天线

有方向性天线

某天线的方向系数，表征该天线在其最大辐射方向上比起无方向性天线来说把辐射功率放大的倍数。注意，不是实际上的放大12/22/2022方向系数的物理意义无方向性天线有方向性天线某天线的方向17天线在最大辐射方向上辐射强度的增加是以其它方向上辐射场的减小为代价的12/22/2022天线在最大辐射方向上辐射强度的增加是以其它方向上辐射场的减小18微波波段D=10000，采用无方向性天线，需要的发射功率为50kw。若采用微波天线，需要的发射功率为50kw/D=5w。若接收天线也为微波天线，则需要的发射功率仅为0.5mw。采用高方向性的发射天线，可节约发射功率采用高方向性的接收天线，可提高信号的信噪比天线的方向系数值越大，天线的方向性越好12/22/2022微波波段采用高方向性的发射天线，可节约发射功率天线的方向系数19天线参数（5）-效率天线的损耗功率为了提高天线的效率，应尽可能提高辐射电阻和降低损耗电阻是天线的损耗电阻12/22/2022天线参数（5）-效率天线的损耗功率为了提高天线的效率，应尽可20a12/22/2022a12/17/202221天线参数（6）-增益无方向性理想天线某天线的增益系数，表征该天线在其最大辐射方向上比起无方向性理想天线来说把输入功率放大的倍数。增益对于无耗天线，G=D12/22/2022天线参数（6）-增益无方向性理想天线某天线的增益系数，表征该22有甲、乙两天线，它们的方向系数相同，但增益系数不同，乙的增益系数是甲的两倍，它们都是以最大辐射方向对准r远处的点M，比较两天线在点M处产生的场强大小。1）两天线辐射功率相同时；2）两天线输入功率相同时。思考12/22/2022有甲、乙两天线，它们的方向系数相同，但增益系数不同，乙的增益23由于方向系数和增益表示的是功率的比值，因此，12/22/2022由于方向系数和增益表示的是功率的比值，因此，12/17/2024dBi，dBd：两者都是功率的比值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为无方向性天线，dBd的参考基准为偶极子天线，所以两者略有不同。一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。

dBi与dBd的区别12/22/2022dBi，dBd：两者都是功率的比值，但参考基准不一样。dB25天线参数（7）-天线的极化线极化、圆极化、椭圆极化天线在最大辐射方向上辐射的电磁波的极化特性天线不能接收与其正交的极化分量，线极化天线不能接收来波中与极化方向垂直的线极化波；圆极化天线不能接收来波中与其旋转方向相反的圆极化分量圆极化天线能否接收线极化波？线极化天线能否接收圆极化波？12/22/2022天线参数（7）-天线的极化线极化、圆极化、椭圆极化12/1726天线参数（8）-输入阻抗天线通过传输线与发射机相连，天线作为传输线的负载，与传输线之间存在阻抗匹配的问题。天线与传输线连接处称为天线的输入端，天线输入端呈现的阻抗值定义为天线的输入阻抗，用Zin表示输入电阻，对应有功功率，以辐射和损耗两种方式耗散掉输入电抗，对应无功功率，贮存在近区中12/22/2022天线参数（8）-输入阻抗天线通过传输线与发射机相连，天线作为27电压驻波比（VSWR）回波损耗（反射系数S11）<-10dB<1.512/22/2022电压驻波比（VSWR）<-10dB<1.512/17/20228天线的输入阻抗决定于天线的结构、工作频率以及周围的环境。输入阻抗的计算是比较困难的，除了少数天线外，大多数天线的输入阻抗在工程中采用近似计算或实验测定。如何采用实验测定？VmaxVminVSWR=Zin12/22/2022天线的输入阻抗决定于天线的结构、工作频率以及周围的环境。输入29天线参数（9）-天线的辐射阻抗将计算功率的封闭面设置在天线的近区，用天线的全部场进行计算，则求出的的功率将包含有功功率和无功功率两部分。引入输入电流，可定义辐射阻抗输入功率为辐射功率和损耗功率之和，有辐射电阻，对应于远区辐射功率辐射电抗，对应于近区功率的转化12/22/2022天线参数（9）-天线的辐射阻抗将计算功率的封闭面设置在天线的30天线参数（10）-频带宽度当工作频率发生变化时，天线的的各个参数会发生变化，若变化的程度在所允许的范围内，对应的频率是天线的工作频率，工作频率的范围称为频带宽度。相对带宽绝对带宽窄带天线宽带天线超宽带天线百分之几百分之几十几个倍频程12/22/2022天线参数（10）-频带宽度当工作频率发生变化时，天线的的各个31天线的带宽都是就某个参数而言的，不同的天线参数，如最大辐射方向、波瓣宽度、副瓣电平、增益、极化等往往有不同的带宽。通常方向图和输入阻抗随频率的变化具有很大区别，因而使用方向图带宽和阻抗带宽以示分别。与方向图带宽有关的参数包括最大辐射方向、波瓣宽度、旁瓣电平、方向性系数和增益。与阻抗带宽有关的是输入阻抗和辐射效率。若对方向图带宽和阻抗带宽同时提出要求，取其窄的做为整个天线的带宽。12/22/2022天线的带宽都是就某个参数而言的，不同的天线参数，如最大辐射方32天线参数（11）-等效高度（有效长度）定义：在保持实际天线最大辐射方向上的场强值不变的条件下，假设天线上的电流分布为均匀分布时天线的等效长度。设实际长度为的某天线电流分布为最大辐射方向上产生的电场12/22/2022天线参数（11）-等效高度（有效长度）定义：在保持实际天线最33§1.2天线的电参数

发射天线有两个主要功能：1、把经馈线从发射机输送过来的高频电流以电磁波形式向周围空间辐射出去。2、定向辐射，即是将能量集中在一定立体角内辐射出去。12/22/2022§1.2天线的电参数发射天线有两个主要功能：12/1734

1、要使天线能从馈线得到最大功率，就必须使天线和馈线良好地匹配，也就是要使天线的输入阻抗等于馈线的特征阻抗。这就导致引入天线输入阻抗这一电参数。这些涉及到发射天线下列几方面的问题2、天线从馈线得到的输入功率是否全部由天线辐射出去？天线效率3、天线的定向能力。波瓣宽度、旁瓣电平，方向系数和增益等。

除了上述的基本电参数外，还有：4、频带宽度5、极化特性

12/22/20221、要使天线能从馈线得到最大功率，就必须使天线和馈线良好地35一方向图表示场在不同方向上的相对大小，因此，画图时要用归一化方向函数电偶极子的归一化方向函数臂长度不超过0.625个波长的对称振子的方向函数12/22/2022一方向图表示场在不同方向上的相对大小，因此，画图时要用归一36主瓣与旁瓣主瓣：最大辐射方向所在的瓣旁瓣（副瓣）后瓣（尾瓣）12/22/2022主瓣与旁瓣主瓣：最大辐射方向所在的瓣旁瓣（副瓣）后瓣（尾瓣）37平面图：极坐标与直角坐标直角坐标：清楚1极坐标：形象、直观112/22/2022平面图：极坐标与直角坐标直角坐标：清楚1极坐标：形象、直观138对数表示归一化场值为了使方向图中某些很低的电平值也能表示出来，可对归一化场强值取对数换成分贝数120lg/10lg取对数为了使方向图中某些很低的电平值也能表示出来，可对归一化场强值取对数换成分贝数为了使方向图中某些很低的电平值也能表示出来，可对归一化场强值取对数换成分贝数dB012/22/2022对数表示归一化场值为了使方向图中某些很低的电平值也能表示出来39二、天线参数（1）-旁瓣电平

FirstSidelobeLevel旁瓣电平越低越好12/22/2022二、天线参数（1）-旁瓣电平 FirstSidelobe40天线参数（2）-主瓣宽度半功率主瓣宽度主瓣最大值两侧功率密度等于最大方向上功率密度一半的两个方向的夹角12/22/2022天线参数（2）-主瓣宽度半功率主瓣宽度12/17/202241基本振子的主瓣宽度12/22/2022基本振子的主瓣宽度12/17/202242主瓣宽度的比较主瓣宽度愈小，说明天线辐射能量愈集中，其定向辐射的性能愈好，天线的方向性越强12/22/2022主瓣宽度的比较主瓣宽度愈小，说明天线辐射能量愈集中，其定向辐43主瓣宽度和旁瓣电平是一对不可调和的矛盾体压低旁瓣，主瓣将会变宽压缩主瓣宽度，旁瓣将会抬高12/22/2022主瓣宽度和旁瓣电平是一对不可调和的矛盾体压低旁瓣，主瓣将会变44后向功率前向功率前后比是指天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比天线参数（3）-前后比12/22/2022后向功率前向功率前后比是指天线的前向辐射功率和后向辐射功率之45前后比较差前后比较好12/22/2022前后比较差前后比较好12/17/202246天线参数（4）-方向系数定义：无方向性天线

产生的功率密度均匀分布在以天线为中心的球面上，无方向性

某一天线的方向系数是它在最大辐射方向上某一距离处的辐射功率密度和辐射功率相同的无方向性天线在同一距离处的辐射功率密度之比值。用D表示方向系数函数：12/22/2022天线参数（4）-方向系数定义：某一天线的方向47（1）（2）12/22/2022（1）（2）12/17/202248对于基本振子，其归一化方向函数为对于无方向性天线，其归一化方向函数为12/22/2022对于基本振子，其归一化方向函数为对于无方向性天线，其归一化方49方向系数的物理意义

无方向性天线

有方向性天线

某天线的方向系数，表征该天线在其最大辐射方向上比起无方向性天线来说把辐射功率放大的倍数。注意，不是实际上的放大12/22/2022方向系数的物理意义无方向性天线有方向性天线某天线的方向50天线在最大辐射方向上辐射强度的增加是以其它方向上辐射场的减小为代价的12/22/2022天线在最大辐射方向上辐射强度的增加是以其它方向上辐射场的减小51微波波段D=10000，采用无方向性天线，需要的发射功率为50kw。若采用微波天线，需要的发射功率为50kw/D=5w。若接收天线也为微波天线，则需要的发射功率仅为0.5mw。采用高方向性的发射天线，可节约发射功率采用高方向性的接收天线，可提高信号的信噪比天线的方向系数值越大，天线的方向性越好12/22/2022微波波段采用高方向性的发射天线，可节约发射功率天线的方向系数52天线参数（5）-效率天线的损耗功率为了提高天线的效率，应尽可能提高辐射电阻和降低损耗电阻是天线的损耗电阻12/22/2022天线参数（5）-效率天线的损耗功率为了提高天线的效率，应尽可53a12/22/2022a12/17/202254天线参数（6）-增益无方向性理想天线某天线的增益系数，表征该天线在其最大辐射方向上比起无方向性理想天线来说把输入功率放大的倍数。增益对于无耗天线，G=D12/22/2022天线参数（6）-增益无方向性理想天线某天线的增益系数，表征该55有甲、乙两天线，它们的方向系数相同，但增益系数不同，乙的增益系数是甲的两倍，它们都是以最大辐射方向对准r远处的点M，比较两天线在点M处产生的场强大小。1）两天线辐射功率相同时；2）两天线输入功率相同时。思考12/22/2022有甲、乙两天线，它们的方向系数相同，但增益系数不同，乙的增益56由于方向系数和增益表示的是功率的比值，因此，12/22/2022由于方向系数和增益表示的是功率的比值，因此，12/17/2057dBi，dBd：两者都是功率的比值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为无方向性天线，dBd的参考基准为偶极子天线，所以两者略有不同。一般认为，表示同一个增益，用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。

dBi与dBd的区别12/22/2022dBi，dBd：两者都是功率的比值，但参考基准不一样。dB58天线参数（7）-天线的极化线极化、圆极化、椭圆极化天线在最大辐射方向上辐射的电磁波的极化特性天线不能接收与其正交的极化分量，线极化天线不能接收来波中与极化方向垂直的线极化波；圆极化天线不能接收来波中与其旋转方向相反的圆极化分量圆极化天线能否接收线极化波？线极化天线能否接收圆极化波？12/22/2022天线参数（7）-天线的极化线极化、圆极化、椭圆极化12/1759天线参数（8）-输入阻抗天线通过传输线与发射机相连，天线作为传输线的负载，与传输线之间存在阻抗匹配的问题。天线与传输线连接处称为天线的输入端，天线输入端呈现的阻抗值定义为天线的输入阻抗，用Zin表示输入电阻，对应有功功率，以辐射和损耗两种方式耗散掉输入电抗，对应无功功率，贮存在近区中12/22/2022天线参数（8）-输入阻抗天线通过传输线与发射机相连，天线作为60电压驻波比（VSWR）回波损耗（反射系数S11）<-10dB<1.512/22/2022电压驻波比（VSWR）<-10dB<1.512/17/20261天线的输入阻抗决定于天线的结构、工作频率以及周围的环境。输入阻抗的计算是比较困难的，除了少数天线外，大多数天线的输入阻抗在工程中采