天线原理与设计讲义课件

天线原理与设计天线原理与设计绪论0.1天线在无线电工程中的作用

一切无线电设备都离不开天线。▲无线电通讯

▲无线电广播

▲电视

▲雷达▲导航▲制导▲无线电探测等系统天线的作用是：作发射时，它将电路中的高频电流或传输线上的导行波转换为某种极化的空间电磁波，向规定的方向发射出去；作接收时，则将来自空间特定方向的某种极化的电磁波有效地转换为电路中的高频电流或或传输线上的导行波。绪论0.1天线在无线电工程中的作用一切无线电设备都离不(1)能量转换

(2)定向辐射或接收简言之：天线的功能主要有两点：

无线电通讯线路中的辐射和接收天线示意：(1)能量转换(2)定向辐射或接收简言之：天线的功能主要发射系统等效电路：

天线等效电路中最主要的一个参数——辐射电阻Rr。可以认为天线辐射的电磁波能量全部由Rr吸收。发射系统等效电路：天线等效电路中最主要的一个发射天线空间辐射方向图。●典型的空间三维方向图●典型的二维方向图各种各样的方向图是由各种各样的天线实现的。发射天线空间辐射方向图。●典型的空间三维方向图●典型的二维方0.2天线的分类

按工作性质分类可分为发射天线、接收天线和收发共用天线。

按用途分类

有通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线、导航天线、测向天线等。

按天线特性分类

■从方向性分：有强方向性天线、弱方向性天线、定向天线、全向天线、针状波束天线、扇形波束天线等。■从极化特性分：有线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化天线又分为垂直极化和水平极化天线。■从频带特性分：有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。0.2天线的分类按工作性质分类可分为发射天线、接收天按天线上电流分布分类有行波天线、驻波天线。

按使用波段分类

有长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线和毫米波天线。

按载体分

有车载天线、机载天线、星载天线，弹载天线等。按天线外形分类

有鞭状天线、T形天线、Γ形天线、V形天线、菱形天线、环天线、螺旋天线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线等。

另外，还有八木天线，对数周期天线、阵列天线。阵列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表面的共形阵列天线等。按天线上电流分布分类有行波天线、驻波天线。按使用波段分类

为便于分析和研究天线性能出发，天线可以分为如下几大类：

(1)线天线(WireAntennas)——(1～6)章为便于分析和研究天线性能出发，天线可以分为如下几大类：(2)口径天线(ApertureAntennas)——(8～10章)(2)口径天线(ApertureAntennas)——(3)阵列天线(ArrayAntennas)—(1章部分，5章)(3)阵列天线(ArrayAntennas)—(1章部(4)透镜天线(LensAntennas)—(10章部分)(4)透镜天线(LensAntennas)—(10章部(5)反射器天线(ReflectorAntennas)—(11～12章)(5)反射器天线(ReflectorAntennas)(6)微带天线(MicrostripAntennas)—(14章)(6)微带天线(MicrostripAntennas)0.3天线的发展

自1886年德国物理学家Hertz在实验室采用一个长度为半波长的偶极子传送一个电火花脉冲，并在附近的谐振圆环内检测，证实了Maxwell方程以来，天线的发展已经历了120多年的时间。但是，天线一直在新技术的推动下发展着。

在1940以前，天线的发展是在广播、电视和通信技术的推动下发展的，那时候有关长波、中波和短波线形天线的理论大体上已经成熟。一些主要天线形式直到现在还在使用。

在第二次世界大战期间，随着电子技术和雷达技术的发展，超短波与微波天线得到了飞速的发展。如喇叭天线、反射面天线、透镜天线、介质棒天线、波导缝隙天线、阵列天线等。0.3天线的发展自1886年德国物理学家

第二次世界大战之后，无线电技术的发展更加迅速，微波中继通信、散射通信、广播、电视技术的发展对天线提出了许多新的要求。

上世纪五十年代提出了非频变天线理论，相继出现了对数周期、等角螺旋、阿基米德螺旋等宽带天线。

五十年代末人造卫星上天、洲际导弹出现后，人类进入了宇宙空间时代，航空航天技术的发展对天线的研究又提出了许多新的课题，这时要求解决天线的高增益、圆极化、宽频带、快速扫描和精密跟踪等问题。第二次世界大战之后，无线电技术的发展更加迅速，

六十和七十年代是天线发展的鼎盛时期。这个时期在天线理论方法方面以及各项技术的应用方面都在突飞猛进的发展。(1)在天线理论方法方面

■几何绕射理论■平面波谱展开法■矩量法■有限元法■时域有限差分法■时域积分方程法■天线近场测量理论■阵列分析与综合理论

这些理论方法为天线的工程设计奠定了坚实的基础，随着计算机技术的发展大都形成了计算机仿真的电子自动化设计软件。■HFSS软件■CST软件■IE3D软件■FIDELITY软件

■FEKO软件六十和七十年代是天线发展的鼎盛时期。这个时期(2)在天线技术应用方面

卫星通信技术发展推动了卫星天线和大型地面站天线的发展，出现了大型平面阵、卡塞格仑天线及各种反射面天线馈源。

雷达制导、搜索、跟踪、预警技术的应用推动了单脉冲雷达天线、相控阵天线，多波束天线的发展。

半导体技术的发展使无线电技术向毫米波、亚毫米波甚至更高频率发展，对天线提出了小型化、集成化、宽带化等一系列要求，出现了有源天线、微带天线和印刷天线、印制板开槽天线、表面波天线、共形阵列天线等。

微带天线和印刷天线由于其具有小型化、低剖面、便于集成，成本低、天线图案千变万化，所以至今仍在发展，其方向包括阵列、极化、宽带、高效率、双频和多频谐振等。(2)在天线技术应用方面卫星通信技术发展推

有源天线的发展形成了现在非常先进的有源相控阵雷达天线。二维有源相控阵已装备在最先进的猛禽F22第四代战机上。值得一提的是相控阵天线，因为相控阵雷达技术含量最高，功能最强。

到了80年代，由于电子计算机和超大规模集成电路的发展，高功率固态发射机和各波段移相器等日趋成熟及成本的大幅降低，以及数字波束形成技术、自适应理论和技术、低副瓣技术以及智能化理论和技术的不断发展，使得80年代成为国际上相控阵雷达大发展的年代。先进国家研制了多种不同用途的战略、战术相控阵雷达。我国也不例外，到1993年，我国的相控阵雷达不仅在军用国防及航空航天中得到广泛使用，而且已经从军用扩展到了民用。有源天线的发展形成了现在非常先进的有源相控阵雷0.4天线的基本参数

天线性能需要一套电气指标来衡量，这些电气指标由天线的特性参数来描述。这些参数包括：■方向图形状

■主瓣宽度

■副瓣电平

■增益

■极化

■输入阻抗

■工作频率和频带宽度

■天线有效长度、有效面积

■口径效率和波束效率等0.4天线的基本参数天线性能需要一套电0.4.1天线的方向图

0.4.1.1方向图函数及方向图

天线方向图是指天线辐射特性与空间坐标之间的函数图形。大多情况下，天线方向图是在远场区确定的，所以又叫做远场方向图。

天线辐射特性包括辐射场强、辐射功率、相位和极化。因此，天线方向图又分为：■场强方向图■功率方向图■相位方向图

■极化方向图

0.4.1天线的方向图0.4.1.1方向图函数及方向图●天线方向图形式三维方向图

二维方向图

极坐标方向图

直角坐标方向图

球坐标方向图

直角坐标方向图

幅度分贝幅度分贝●绘制天线方向图的两个途径■由理论分析计算并绘制得到方向图;■通过实验测得天线的方向图数据绘出方向图。●天线的方向图函数

大多线极化天线的远区辐射电磁场一般可表示为如下形式：●天线方向图形式三维方向图二维方向图极坐标方向图直角坐(0.1)(0.2)式中，Eθ为电场强度的θ分量，单位为V/m；

Hφ为磁场强度的φ

分量，单位为A/m；E0为与激励有关但与坐标无关的系数；

r为以天线上某点为原点到远区某点的距离；

η0=120

π为自由空间波阻抗；

β=2π/λ为相位常数；f(θ,φ)为天线的方向图函数。返回

可见，天线方向图是在远区球面上的场强分布。(0.1)(0.2)式中，Eθ为电场强度的θ分量，单位为V/●归一化方向图(0.3)式中，(θm,φm)为天线最大辐射方向；

f(θm

,φm)为方向图函数的最大值。

由归一化方向图函数绘制出的方向图称为归一化方向图。由式(0.1)和(0.2)可以看出，天线远区辐射电场和磁场的方向图函数是相同的，因此，由方向图函数和归一化方向图函数表示的方向图统称为天线的辐射场方向图。●归一化方向图(0.3)式中，(θm,φm)为天线最大辐射●三维方向图

一个典型的七元八木天线的三维方向图如下：

(a)7元八木天线(b)三维球坐标场强方向图(c)三维直角坐标场强方向图●三维方向图一个典型的七元八木天线的三维方向图如下●二维方向图■E面和H面方向图定义

天线方向图一般是三维空间的曲面图形，但工程上为了方便，常采用通过最大辐射方向的两个正交平面上的剖面图来描述天线的方向图。这两个相互正交的平面称之为主面，对于线极化天线来说通常取为E面和H面。E面：指通过天线最大辐射方向并平行于电场矢量的平面。H面：指通过天线最大辐射方向并平行于磁场矢量的平面。●二维方向图■E面和H面方向图定义天线方向图表0-1上图所示的八木天线和角锥喇叭天线的E面和H面及其方向图函数表示

■七元八木天线的H面方向图

(a)极坐标幅度方向图

(b)直角坐标幅度方向图

返回表0-1上图所示的八木天线和角锥喇叭天线的E面和H面■七(a)极坐标分贝方向图

(b)直角坐标分贝方向图

图中是以八木天线的H面归一化方向图函数

FH(φ)＝F(θ,φ)|θ=90计算并绘制的。

天线方向图一般呈花瓣状，称之为波瓣或波束。其中包含最大辐射方向的波瓣称之为主瓣，其它的称为副瓣或旁瓣，并分为第一副瓣、第二副瓣等，与主瓣方向相反的波束称为后瓣或尾瓣。返回返回1(a)极坐标分贝方向图(b)直角坐标分贝方向图0.4.1.1主瓣宽度

定义：

指方向图主瓣上两个半功率点(或场强下降到最大值的0.707倍处或分贝值从最大值下降3dB处对应的两点)之间的夹角。记为2θ0.5。

主瓣宽度又称为半功率波束宽度或3dB波束宽度。一般情况下，天线的E面和H面方向图的主瓣宽度不等，可分别记为2θ0.5E和2θ0.5H

。【例0.1】已知某天线的方向图函数为F(θ)＝sinθ，求其主瓣宽度。

解：方向图最大值F(θm)＝1，其方向角为θm=90o，见图。设方向角为θ1时，F(θ1)=sinθ1=0.707，得θ1=45o。所以θ0.5=θm-θ1=45o。主瓣宽度为：2θ0.5=90o

。链接0.4.1.1主瓣宽度定义：指方向图主瓣上两个半功率点0.4.1.3副瓣电平

定义：指副瓣最大值模值与主瓣最大值模值之比，通常用分贝表示。即

(0.4)式中，Eimax为第i个副瓣的场强最大值，Emax为主瓣最大值。这样，对于各个副瓣均可求得其副瓣电平值。如前面图中的SLL1、SLL2

、SLL3和SLL4

。在工程实际中，副瓣电平是指所有副瓣中最大的那一个副瓣的电平，记为SLL。一般情况下，紧靠主瓣的第一副瓣的电平值最高。

副瓣方向通常是不需要辐射或接收能量的方向。因此，天线副瓣电平愈低，表明天线在不需要方向上辐射或接收的能量愈弱，或者说在这些方向上对杂散的来波抑制能力愈强，抗干扰能力就愈强。链接0.4.1.3副瓣电平定义：指副瓣最大值模值与主瓣最大值

不同用途要求天线有不同的方向图。例如，广播电视发射天线，移动通讯基站天线等，要求在水平面内为全向方向图，而在垂直面内有一定的方向性以提高天线增益，见下图(a)；

对微波中继通讯、远程雷达、射电天文、卫星接收等用途的天线，要求为笔形波束方向图，见下图(b)；

对搜索雷达、警戒雷达天线则要求天线方向图为扇形波束，见下图(c)。(a)水平全向方向图

(b)笔形波束方向图

(c)余割平方波束方向图

不同用途要求天线有不同的方向图。例如，广播电视

描述功率与电磁场的关系往往采用坡印亭矢量，其定义为0.4.2辐射功率和辐射强度

(0.5)式中，W为坡印亭矢量，单位为瓦/m2；

E为电场强度矢量，单位为V/m；

H为磁场强度矢量，单位为A/m，上标‘*’号表示取复数共轭。

式(0.5)说明坡印亭矢量是电场和磁场强度矢量的叉积，乘上因子1/2后，该式表示为坡印亭矢量的时间平均值。■坡印亭矢量W描述功率与电磁场的关系往往采用坡印亭矢量，其

坡印亭矢量是功率密度矢量。取坡印亭矢量W与一个面积元矢量ds的标积就是通过该面积元的辐射功率dPr=W·ds

，沿包围天线的整个表面s的积分就可得到天线的辐射总功率Pr。其公式为(0.6)式中，为闭合面s的外法线单位矢量，如果闭合面为一个球面，则。在球坐标系中，。

■辐射功率Pr■辐射强度U(θ,φ)

给定方向上的辐射强度定义为天线在单位立体角内所辐射的功率。它是一个远场参数。

半径为r的球面面积为S=4πr2，其立体角为Ω=4π，在给定方向上的辐射强度U(θ,φ)表示为坡印亭矢量是功率密度矢量。取坡印亭矢量W与一个面积(0.7)

天线分析坐标系如下图所示。(0.7)天线分析坐标系如下图所示。【例0.2】设某一天线的远区辐射电磁场可由式(0.1)和式(0.2)表示，求其坡印亭矢量、辐射功率和辐射强度。

解：该天线的辐射电磁场可写作和,由式(0.5)可得坡印亭矢量为(0.8)由式(0.6)设闭合积分面为包围天线的一个球面，则积分面元为，得辐射功率为如果，则

(0.9)链接【例0.2】设某一天线的远区辐射电磁场可由式(0.1)和式(由式(0.7)可得辐射强度为

(0.10)式中，为给定方向的电场强度。上式说明，辐射强度正比于电场强度的平方。0.4.3方向性系数

方向性系数是用来表征天线辐射能量集中程度的一个参数。0.4.3.1方向性系数的定义

天线在给定方向上的方向性系数有两种定义方法，这两种定义方法最终得到的天线方向性系数结果表达式是一样的。返回由式(0.7)可得辐射强度为(0.10)式中，●定义方法1

在相同辐射功率Pr条件下，某天线在给定方向的辐射强度U(θ0,φ0)与理想点源天线在同一方向的辐射强度U0(θ0,φ0)之比。即由式(0.10)可见，辐射强度与电场强度的平方成正比，因此上式也可以表述为(0.11a)(相同Pr)(相同Pr)(0.11b)式中，E(θ0,φ0)为天线在指定方向上的电场强度，E0为理想点源天线在同一方向的电场强度。●理想点源天线：是指无损耗的各向同性的假想点源天线，其辐射方向图在空间是一个球面。链接返回●定义方法1在相同辐射功率Pr条件下，某天

所以理想点源天线的辐射强度与方向角无关。即U0(θ0,φ0)=U0，它可由所讨论天线在4π立体角内辐射功率的平均值来表示，即(0.12a)

在相同辐射功率下，可由在一个球面上取平均值得到，即式中，S=4πr2是半径为r的球面面积。(0.12b)

这样，由式(0.9)Pr、式(0.10)U(θ,φ)的表示及式(0.11a)和式(0.12a)可得(0.13)所以理想点源天线的辐射强度与方向角无关。即

由式(0.12b)和式(0.11b)同样可得方向性系数D的表示式(0.13)。●定义方法2

在给定方向产生相同电场强度下，理想点源天线的辐射功率Pr0与某天线辐射功率Pr之比。即(相同电场强度)(0.14)

由这个定义同样可得方向性系数D的表示式(0.13)。过程如下：

辐射功率Pr仍由式(0.9)表示。在给定方向(θ0,φ0)具有相同电场强度的条件下，点源天线的辐射功率为：由式(0.12b)和式(0.11b)同样可得方向

由于点源天线无方向性，在球面s上的场为常数，则得

由此式及式(0.9)的Pr表示代入式(0.14)得方向性系数D的表示式(0.13)。

在式(0.13)中分子分母同除以方向图函数的最大值的平方f

2(θm,φm)，可得归一化方向图函数式(0.3)表示的方向性系数(0.15)

若天线的方向图函数为绕θ=0的轴旋转对称，则方向图函数与φ无关，即F(θ,φ)=F(θ)，则式(0.15)表示的方向性系数可简化为由于点源天线无方向性，在球面s上的场为常数，则(0.16)

工程上一般采用最大辐射方向上的方向性系数作为技术指标。此时的方向性系数用D表示，归一化方向图函数为F(θ0,φ0)=1，由式(0.15)得(0.17)若方向图旋转对称，则得(0.18)

任意方向的方向性系数可表示为最大辐射方向上的方向性系数与方向图函数平方的积(0.19)(0.16)工程上一般采用最大辐射方向上的方向

方向性系数是无量纲的量，工程上一般采用分贝表示(dB)(0.20)【例0.3】已知某天线的方向图函数为F(θ)=sinθ,求其最大辐射方向上的方向性系数。

解：由方向图函数可知，该天线的方向图是关于θ=0的轴旋转对称的，最大辐射方向为θ=π/2，归一化方向图函数F(θ)|θ=π/2=1。由式(0.18)，可得其分母的值为最大辐射方向上的方向性系数为

D=1.5或DdB=10lgD=1.76dB方向性系数是无量纲的量，工程上一般采用分贝表示0.4.3.2方向性系数两种定义方法的物理解释

■在相同辐射功率条件下，各向同性的点源天线是把整个辐射功率均匀分布在一个球面上，且球面上的辐射场强相等为E0。而有一定方向性的某天线则把这个辐射功率相对集中在某个方向上辐射出去，则这个方向上的辐射场强为Em。由式(0.11b)便知，Em愈大，方向性系数D就愈大，则天线辐射就愈集中。如下图所示。0.4.3.2方向性系数两种定义方法的物理解释■在相同辐■在相同电场强度条件下，取E0＝Em，显然把整个辐射功率均匀分布在一个球面上的理想点源天线的辐射功率Pr0大于某天线的辐射功率Pr，见下图。由式(0.14)可知，Pr0愈大，方向性系数D就愈大。■在相同电场强度条件下，取E0＝Em，显然把整个辐射功率均匀0.4.4天线效率ηa与增益G

增益是天线的另一个重要参量，它与方向性系数密切相关，它既考虑了天线的定向能力又计及了天线的效率。0.4.4.1天线效率ηa

天线的效率是用来计及损耗的。天线的损耗欧姆损耗反射损耗导体损耗介质损耗■天线总效率ηa定义为：天线辐射到外部空间的实功率Pr与天线馈电端输入的实功率Pin之比。即(0.21)0.4.4天线效率ηa与增益G增益是天

发射机一般是经过一段传输线给天线馈电，设传输线无耗且输入端Tin处的输入实功率为Pin，若天线与传输线失配，则线上存在反射系数Γ，实际在天线输入端TL处的实功率就为PL，如下图所示。显然有：

天线吸收的功率PL又分为两部分，一部分由于导体和介质的热损耗吸收，记为，一部分向空间辐射出去，记为Pr，即。因此有(0.22)返回发射机一般是经过一段传输线给天线馈电，设传输线

把式(0.22)代入(0.21)得天线总效率为(0.23)式中，

为反射失配效率；为天线导体和介质损耗效率；为馈电传输线上的反射系数；Zin为天线输入阻抗；Z0为传输线的特性阻抗；根据前图所示的等效电路，有和则Im为天线上波腹电流，为热损耗电阻，为辐射电阻。链接把式(0.22)代入(0.21)得天线总效率为

辐射电阻Rr是指“吸收”天线全部辐射功率的电阻，其上流过的电流为天线上的波腹电流。

0.4.4.2天线增益G

天线的增益与天线的方向性系数密切相关，则天线增益也有两种定义方法。●定义方法1

在相同输入功率Pin条件下，某天线在给定方向的辐射强度U(θ0,φ0)与理想点源天线在同一方向的辐射强度U0(θ0,φ0)之比。即(相同Pin)

(0.24)注意：上式增益的表达式与式(0.11b)的方向性系数完全一样，但方向性系数和增益定义的基点和条件是不同的。链接辐射电阻Rr是指“吸收”天线全部辐射功率的电阻

方向性系数的定义是以辐射功率为基点，并以相同辐射功率为条件，没有考虑天线的能量转换效率。增益的定义是以输入功率为基点，并以相同输入功率为条件。●定义方法2

在某方向产生相同电场强度的条件下,理想点源的输入功率Pin0与某天线输入功率Pin的比值。即(相同电场强度)(0.25)由式(0.25)、(0.13)和(0.21)得(0.26)式中用了关系：Pin0=Pr0。因为理想点源天线无耗，其输入功率等于辐射功率。由定义方法1也可得到式(0.26)。方向性系数的定义是以辐射功率为基点，并以相同辐射0.4.5天线的极化

电磁波的极化方向通常是以其电场矢量的空间指向来描述的。电磁波的极化是指：在空间某位置上，沿电磁波的传播方向看去，其电场矢量在空间的取向随时间变化所描绘出的轨迹。

如果这个轨迹是一条直线，则称为线极化；如果是一个圆，则称为圆极化；如果是一个椭圆，则称为椭圆极化。下图所示为电磁波电场矢量取向随时间变化的典型轨迹曲线。0.4.5天线的极化电磁波的极化方向通常

采用极化特性来划分电磁波，就有线极化波、圆极化波和椭圆极化波。线极化和圆极化是椭圆极化的两种特殊情况。圆极化和椭圆极化波的电场矢量的取向是随时间旋转的。沿着电磁波传播方向看去，其旋向有顺时针方向和逆时针方向之分。电场矢量为顺时针方向旋转的称为右旋极化，逆时针方向旋转的称为左旋极化。0.4.5.1天线极化概念

天线的极化是以电磁波的极化来确定的。天线的极化定义为：在最大增益方向上，作发射时其辐射电磁波的极化，或作接收时能使天线终端得到最大可用功率的方向入射电磁波的极化。最大增益方向就是天线方向图最大值方向，或最大指向方向。采用极化特性来划分电磁波，就有线极化波、圆极化波和

天线的极化在各个方向并非保持恒定，所以天线的极化在其最大指向方向定义才有意义。

例如，对线极化天线来说，其辐射电场矢量的取向是随方向角的不同而不同的，见下图(a)。

对圆极化天线来说，其最大指向方向上可以设计得使其为圆极化，但在其它方向一般为椭圆极化，当远离最大指向方向时甚至可能退化为线极化，见下图(b)。图(a)图(b)天线的极化在各个方向并非保持恒定，所以天线的极化

前面提到的八木天线、角锥喇叭天线和上图(a)的对称振子天线都是典型的线极化天线。上图(b)所示的平面阿基米德螺旋天线以及后面要介绍的等角螺旋天线和轴向模圆柱螺旋天线等则是典型的圆极化天线。

若以地面为参考面，线极化又分为垂直极化和水平极化。在其最大辐射方向上，电磁波的电场矢量垂直于地面时，称为垂直极化；平行于地面时，称为水平极化。相应的天线称之为垂直极化天线和水平极化天线。0.4.5.2平面电磁波的极化讨论

天线辐射的电磁波为球面波。但在以天线上某点为圆心、远场距离r为半径的一个球面上，取天线最大指向方向邻近范围的一小块面积，在此小块面积上的电磁波可近似为平面波。前面提到的八木天线、角锥喇叭天线和上图(a)的对

在球坐标系下，天线远区辐射电场一般由Eθ和Eφ表示，见下图。不失一般性可用Ex和Ey表示。沿正z方向传播的平面波合成电场可写作(0.27)(0.28)瞬时分量为(0.29)式中，和为单位矢量，和分别为电场分量Ex和Ey的相位，E0x和E0y则为其振幅。将上式等号两边同乘以时间因子ejωt并取其实部，得瞬时合成电场在z=0处的表示为在球坐标系下，天线远区辐射电场一般由Eθ和Eφ

消去式(0.29)中含ωt的项，可得方程(0.30)式中，为两个分量的相位差。下面根据这一方程讨论在位置z=0处合成电场矢量的取向随时间变化的轨迹。●线极化

当两个分量的相位差为零或π的整数倍时，其合成矢量为线极化。即式(0.30)方程变成一个线性方程(0.31)返回消去式(0.29)中含ωt的项，可得方程(0●圆极化

当两个分量的幅度相等,且相位差为π/2的奇数倍时，其合成矢量为圆极化。即式(0.30)方程变成一个标准圆方程(0.32)说明合成矢量的取向随时间变化轨迹为一个圆。●椭圆极化

当两个分量的相位差为π/2的奇数倍，但幅度不等时；或两个分量的相位差不等于π/2的倍数且不论幅度相等与否，其合成矢量为椭圆极化.即●圆极化当两个分量的幅度相等,且相位差为π/此时式(0.30)可化作一个标准椭圆方程(0.33)或和为任意值此时式(0.30)方程是一个一般的椭圆方程，说明合成矢量的取向随时间变化轨迹为椭圆。

对于椭圆极化，在某个给定位置上其极化轨迹曲线一般是一个倾斜的椭圆，见下图。此时式(0.30)可化作一个标准椭圆方程(0.33)或

极化椭圆的长轴b与短轴a之比称为轴比，记为AR。其表示为(0.34)式中，τ为椭圆顷角，即椭圆长轴与x轴之间的夹角。其表示为(0.35)

轴比AR的取值范围为1<AR<∞，工程上常用分贝表示极化椭圆的长轴b与短轴a之比称为轴比，记为AR。其(0.36)

当AR＝1(0dB)时为圆极化

AR＝∞时为线极化

在圆极化天线设计中，轴比是衡量天线圆极化程度的一个重要技术指标。一般要求在方向图主瓣宽度范围内ARdB≤4dB

。0.4.5.3极化损失系数K

在无线电通讯中，只有在收、发天线的极化匹配时，才能获得最大的功率传输，否则会出现极化损失。所谓收、发天线的极化匹配是指：在最大指向方向对准的情况下，收、发天线的极化一致。极化损失系数用K来表示，是指接收天线的极化与来波极化不完全匹配时，接收功率损失的多少。(0.36)当AR＝1(0dB)时为圆极化

极化损失系数用K的定义为：接收到的功率Pre与入射到接收天线上的功率Pi之比。即●线极化天线的极化损失系数

以典型的对称振子为例，如下图所示。虽然两付天线最大指向对准，但接收天线绕y轴旋转了角度ψ，这就使得收、发天线的极化产生了不一致。

下面就线极化天线和圆极化天线在最大指向方向对准时，讨论收、发天线极化不一致产生的极化损失系数。(0.37)返回极化损失系数用K的定义为：接收到的功率Pr

设由发射天线来的入射波电场为，为平行于z轴的单位矢量，在最大指向方向的入射功率密度为。并设接收天线的有效面积为Se(后面介绍)，则入射到接收天线上的功率为

由于存在极化失配，只有平行于接收天线轴的电场分量才能在接收天线上感应电压而被接收。这个电场分量为，，为平行于接收天线轴的单位矢量，即为其极化方向。天线能接收的功率为由极化损失系数的定义式(0.37)可得(0.38)链接设由发射天线来的入射波电场为

可用分贝表示。

由此式可以看出：■当ψ=0(极化匹配)时,K=1(0dB),天线将从入射波吸取最大功率；■当ψ=45o时，K=1/2(-3dB)，说明吸收功率损失了3dB；■当收、发天线正交放置时ψ=90o,K=0(-∞dB)，则天线不能从入射波中吸收功率。●圆极化天线的极化损失系数

圆极化天线的极化损失系数导出过程冗长，这里直接给出结果。假设发射天线极化椭圆的轴比为r1=AR1，顷角为τ1；接收天线极化椭圆的轴比为r2=AR2，顷角为τ2；两天线极化椭圆长轴之间的夹角为ψ=τ1-τ2。则极化损失系数为可用分贝表示(0.39)当收发天线的极化椭圆旋向相同时，上式取“+”号，旋向相反时则取“－”号。由此式可以看出：■当收发天线为相同旋向的圆极化时，r1=r2=1，取正号可得K=1，说明全部来波均被接收，无极化损失；■当收发天线为相反旋向的圆极化时，r1=r2=1，取负号可得K=0，这说明接收不到来波功率；■当收发天线的一方为圆极化r1=1，一方为线极化r2=∞时，得K=1/2，说明只能接收来波功率的一半，损失3dB。(0.39)当收发天线的极化椭圆旋向相同时，上式取“+”号，

由式(0.38)可得到两个线极化天线之间的极化损失系数；由式(0.39)可得到两个圆极化天线或一个为圆极化，一个为线极化天线之间的极化损失系数。典型情况由下表给出。

收发天线为各种典型极化时的极化损失系数发射天线接收天线极化损失系数K垂直极化/水平极化垂直极化/水平极化1垂直极化/水平极化水平极化/垂直极化0垂直或水平极化圆极化1/2左/右旋圆极化左/右旋圆极化1左/右旋圆极化右/左旋圆极化0由式(0.38)可得到两个线极化天线之间的极化损0.4.5.4交叉极化

由于结构等方面的原因，天线可能辐射或接收不需要的极化分量。例如辐射或接收水平极化波的天线，也可能辐射或接收不需要的垂直极化波。这种不需要辐射或接收的极化波称为交叉极化。

对线极化天线天线来说，交叉极化与预定的极化方向垂直。

对纯圆极化天线来说，交叉极化与预定圆极化旋向相反。

对椭圆极化天线来说，交叉极化与预定椭圆极化的轴比相同，长短轴相互正交，旋向相反。所以，交叉极化又称作正交极化。0.4.5.4交叉极化由于结构等方面的原0.4.6天线的输入阻抗及等效电路

0.4.6.1天线的输入阻抗Zin

指天线输入端的阻抗，它与天线输入端电压Vin、电流Iin和输入功率Pin之间的关系为(0.40)

天线的输入阻抗一般为复数，包含电阻Rin和电抗Xin两部分。而Rin又包含两个分量，即(0.41)式中，Rr为天线的辐射电阻；Rℓ为天线的热损耗电阻。如果不计热损耗电阻，则天线的输入电阻就是其辐射电阻，即(0.42)0.4.6天线的输入阻抗及等效电路0.4.6.1天线

实际上，对于全长度为2l，电流为正弦分布的对称振子，其输入电阻为(0.43)当2l=λ/2时，β

l=π/2，因此，只有半波振子的输入电阻才等于其辐射电阻Rin=Rr。实际应用中的对称振子一般都是半波振子，因此在下面的等效电路中仍采用式(0.41)表示的输入电阻。

连接到发射机或接收机的天线，其输入阻抗等效为发射机的负载或接收机的源的内部阻抗。因此输入阻抗值的大小可表征天线与发射机或接收机的匹配状况，同时可表示传输线中的导行波与空间电磁波之间能量转换的好坏。故输入阻抗是天线的一个重要电路参数。实际上，对于全长度为2l，电流为正弦分布的对称振

工程上对天线系统提出的设计要求，一般不是规定所要设计天线的输入阻抗是多少，而是规定在馈线上的电压驻波比的最大允许值。如在x波段ρ≤1.2，在短波波段ρ≤2等。但设计人员知道天线输入阻抗之后，就可设计馈电传输线，以便使天线与馈线之间达到良好的匹配，以满足设计要求。

天线是一个开放的辐射系统，其输入阻抗不仅与天线型式、尺寸、工作频率有关，而且与其周围物体情况等因素有关。工程上对天线系统提出的设计要求，一般不是规定所0.4.6.2作发射时天线与信号源的等效电路

设天线与馈电传输线匹配，则信号源与天线的连接简图可由下图(a)所示。

图中，信号源的内部阻抗为Zg=Rg+jXg，其中，Rg为源的内电阻；Xg为其电抗。(0.44)

发射状态下的天线与信号源的等效电路如上图(b)所示。图中Vg为信号源峰值电压，其回路电流为0.4.6.2作发射时天线与信号源的等效电路供给天线的辐射功率为：(0.45)天线的热损耗功率为：(0.46)信号源内阻的损耗功率为：(0.47)在共轭匹配的情况下，即Zin=Zg*时，信号源馈给天线的功率最大，称为最佳匹配。有(0.48)此时，供给天线的辐射功率为：(0.45)天线的热损耗功率为：((0.49)(0.50)(0.51)在共轭匹配条件下，由式(0.48)～(0.51)显然有(0.52)信号源所能供给的总功率为(0.53)

这说明在共轭匹配情况下，信号源供给的功率一半以热损耗的形式消耗在源的内阻上，一半功率馈给天线。(0.49)(0.50)(0.51)在共轭匹配条件下，由式(

馈给天线的功率一部分向空间辐射出去，由辐射电阻Rr表示，其余部分以热的形式Rℓ消耗掉了。如果不计天线损耗，则共轭匹配时天线的辐射功率只有信号源所能供给的总功率的一半。

0.4.6.3作接收时天线与接收机的等效电路

天线作接收时与接收机的连接简图如下图(a)所示，假设条件也是天线与传输线匹配。其等效电路如图(b)所示。图中ZL=RL+jXL为接收机作为负载的等效阻抗。在接收状态下,入射波照射天线,将在天线上感应电压VA。此时接收天线作为源，其内阻抗为Zin=Rin+jXin，Rin=Rr+Rℓ。IL为回路中电流。馈给天线的功率一部分向空间辐射出去，由辐射电阻

在共轭匹配情况下，以及在天线与来波极化匹配，且最大指向与来波方向对准时，天线所能截获的功率最大。在此不讨论外部条件，只讨论在共轭匹配条件下的情况。采用与前面相同的分析方法，当共轭匹配Zin=ZL*，即RL＝Rr+Rℓ

、XL＝-Xin时，消耗在RL、Rr和Rℓ上的功率分别为(0.54)(0.55)(0.56)同样存在关系：(0.57)在共轭匹配情况下，以及在天线与来波极化匹配，且感应或截获到的功率为(0.58)式中，PL是接收机所接收的功率；Pℓ为天线上的热损耗功率；对于接收天线，Pr为散射功率，它是由外来电磁波在天线上感应电流激发产生的辐射功率。

由式(0.57)和(0.58)可以看出，在接收状态下的天线与接收机负载共轭匹配的最佳情况下，传送至接收机的功率是天线感应或截获到的总功率的一半，另一半则被天线散射和热损耗消耗掉了。如果不计天线热损耗，这喻示了要使截获到的功率的一半传送给接收机，则天线必定要将另一半散射掉。

感应或截获到的功率为(0.58)式中，PL是接收机所接收的0.4.7天线有效长度、有效面积和口径效率

天线的有效长度和有效面积可以用来表征天线辐射或接收电磁波的能力。

接收天线上的感应电压与其有效长度成正比；辐射或接收电磁波的功率与有效面积成也正比。

对于直线振子天线来说，其上电流并非均匀分布，因此其有效长度一般不等于其物理长度；对口径天线来说，如喇叭、反射面等，其口径面上的电磁场要满足边界条件而为非均匀分布，因此其有效面积一般小于其物理口径面积。

当然，直线振子天线也有其对应的有效面积，这个有效面积将比其圆柱纵剖面的有效面积大许多倍。0.4.7天线有效长度、有效面积和口径效率0.4.7.1天线的有效长度

有效长度主要是针对直线天线来讲的，可以根据天线作接收和作发射时的两种情况来定义。天线作接收时的有效长度Le定义为：天线上的开路感应电压VA与具有相同极化的均匀平面波入射电场Ei之比，即(0.59a)

相距甚远的发射天线辐射的电磁波在接收天线处可等效为均匀平面波。显然，天线上的开路感应电压为有效长度乘以入射电场(0.59b)如果来波电场极化方向与接收天线极化方向不同，开路感应电压可写作(0.59c)0.4.7.1天线的有效长度有效长度主要式中，为接收天线轴向单位矢量，ψ为天线轴向与来波电场矢量Ei之间的夹角。

天线作发射时，有效长度有两种定义方法，即●定义方法1

天线的有效长度等于其物理长度2l乘以天线上用输入端电流来归一化的平均电流Iav，即

对于沿z轴放置，且原点在天线中心位置的直线天线，其归一化平均电流为(0.61)(0.60)式中，I(z)为天线上电流分布，Iin为输入电流，如后面图(a)所示。返回式中，为接收天线轴向单位矢量，ψ为天线轴向与来波电场矢量E如果取近似电流分布为正弦分布：则输入电流为：由式(0.61)得有效长度为(0.62)链接如果取近似电流分布为正弦分布：则输入电流为：由式(0.6【例0.4】设对称振子天线上的电流为正弦分布，当其长度为2l=λ/50、λ/2、λ和2λ时，计算其有效长度，并计算2l=λ/2时的平均电流Iav

。解：相位常数β＝2π/λ。2l=λ/50时，βl/2<<1，Le≈l＝λ/100。说明短振子天线的有效长度为其物理长度的一半。

2l=λ/2时,βl/2=π/4,得半波振子的有效长度为Le≈2/β=λ/π。此时的平均电流为Iav≈0.64。2l=λ时，βl/2=π/2，得全波振子的有效长度为Le=∞。2l=2λ时，βl/2=π，得有效长度为Le=0。

说明式(0.62)不适合于计算长度为波长整数倍的对称振子的有效长度，因为此时的输入端电流为零Iin＝0，式(0.61)的定义不成立。【例0.4】设对称振子天线上的电流为正弦分布，当其长度为2l

一般来说，当振子天线长度2l<λ/2时，有效长度都比其物理长度短。●定义方法2

在天线最大辐射方向上产生相同电场的条件下，用一个长为Le的假想基本振子来代替该天线(基本振子上的均匀电流幅度等于该天线输入端电流Iin)，则这个基本振子的长度就为该天线的有效长度。

对于直线振子天线，这个定义将导出与式(0.62)相同的结果。由于涉及天线的辐射场和基本振子概念，将在第1章中介绍。这里只给出定义方法2的物理概念，如后面图所示。图中，长为Le的振子为假想的基本振子，其上电流为均匀分布，幅度为原天线上的馈电点电流Iin，其最大辐射方向为其侧向，设该方向上的最大辐射电场为Eemax。一般来说，当振子天线长度2l<λ/2时，有效长

一个长度为2l的对称振子，其上电流分布为I(z)(通常近似为正弦分布)，只要其长度小于某个值，则其最大辐射方向也在侧向，设其最大电场为Emax。令Eemax=Emax，即可求得其等效长度。

虽然作为发射天线的两种定义所得到的结果表达式是一样的，但定义方法1没有给出直线天线物理长度的限制，而定义方法2则隐含地给出了长度限制，即2l<1.44λ，因为此时对称振子的最大辐射方向在其侧向，与假想的基本振子的最大指向方向相同，否则就不同。一个长度为2l的对称振子，其上电流分布为I(z0.4.7.2天线的有效面积

有效面积也可以根据天线作接收和作发射时的两种情况来定义，但是从接收天线的观点引入最方便。

有效面积Se定义为：在天线的极化与来波极化完全匹配，以及负载与天线阻抗共轭匹配的状态下，天线在某方向上接收并传输至负载的功率Pre(θ,φ)与入射的均匀平面波功率密度Wi之比。即(0.63a)式中，

为坡印亭矢量幅度，它可由式(0.5)计算，Ei为入射波电场，η0=120π为自由空间波阻抗。上式可写作(0.63b)返回0.4.7.2天线的有效面积有效面积也可以

此式表明，接收天线接收的功率可以看作是一个面积为Se的口径面所吸收的入射波的能流；有效面积表示接收天线吸收相同极化的外来电磁波的能力，一般情况下有效面积与来波方向(θ,φ)有关，但是当接收天线最大指向与来波方向一致时(如下图所示)，天线接收到的功率最大，对应的有效面积也为最大。对振子天线，当其与来波极化匹配时，其最大指向就对准了来波方向。对其它形式的接收天线，要得到最大接收面积，除极化匹配外，还必须将其最大指向与来波方向对准。此式表明，接收天线接收的功率可以看作是一个面积

有效面积的计算必须知道天线接收并传输至负载的功率Pre(θ,φ)，它可由接收回路中的接收机负载电阻RL吸收的功率PL表示。即

在共轭匹配条件下，且不计天线热损耗(Rℓ=0，RL=Rr，XL=-Xin)，则(0.64)式中用了关系VA=EiLe。上式代入式(0.63a)得对称振子的有效面积为(0.65)链接有效面积的计算必须知道天线接收并传输至负载的功【例0.5】设均匀平面波入射到一个长为2l的无耗对称振子上，且振子天线与入射波极化匹配。当其长度2l<<λ时，其辐射电阻Rr＝80(πl/λ)2Ω；2l=λ/2时，其辐射电阻Rr＝73.1Ω(书上P28)。试计算这两种情况下的有效面积。解：当2l<<λ时，有效长度为Le＝l，有效面积为

当2l=λ/2时，有效长度为Le＝λ/π，有效面积为说明半波振子的有效面积约是一个(λ/2)×(λ/4)的矩形面积。在电气上看，这个有效面积比其物理面积(圆柱振子的纵剖面面积)大许多倍。(书上P56)【例0.5】设均匀平面波入射到一个长为2l的无耗对称振子上，0.4.7.3有效面积与方向性系数的关系

在后面第1章中将得到对称振子辐射电阻Rr与最大指向方向的方向性系数D的关系为(0.66)式中，(0.67)为对称振子方向图函数的最大值，l为振子一个臂的长度。由式(0.65)和(0.66)可得(0.68)

对半波振子(2l=λ/2),βl=π/2,fmax=1,Le＝λ/π，且η0=120π，由式(0.68)可得(0.69)(书上P56)0.4.7.3有效面积与方向性系数的关系

写成这种形式之后，上式表示已经适用于任意天线。对任意方向(θ,φ)来波，有效面积可写作(0.70)

这个公式在后面的章节中也将得到证明。对于口径天线，如果已知其口径S上的电场分布为，则其最大有效口径面积可由下式计算(0.71)返回写成这种形式之后，上式表示已经适用于任意天线。0.4.7.4天线的口径效率

对于直线对称振子天线，式(0.65)表示的是最大有效面积。

对于口径天线，如开口波导、喇叭和反射面等，其最大有效面积Se一般比其物理面积S小，这是由于口径天线金属壁上电磁场必须满足边界条件而使口径电磁场为非均匀分布所致。

如果口径场幅度和相位为均匀分布，则其有效面积就等于其物理面积。例如由振子或微带贴片等组成的大型均匀平面阵列，这种口径天线基本能在其物理口径边缘维持均匀场分布，其有效面积就接近物理面积。0.4.7.4天线的口径效率对于直线对称振

天线的口径效率ν可定义为：天线的有效面积Se与其物理面积S之比。即(0.72)把式(0.71)代入上式，可得对开口波导、喇叭和反射面口径天线，口径效率的取值范围为ν=0.5～0.9。(0.73)(书上P196)链接返回天线的口径效率ν可定义为：天线的有效面积Se【例0.6】设有一个长为a宽为b的矩形口径天线，当其口径面上的电场为(1)余弦分布和(2)均匀分布时，分别计算其有效面积和口径效率。解：矩形口径物理面积为S=ab由式(0.71)和(0.73)可得有效面积和口径效率分别为：Se=8S/π2=0.81S和v=0.81。

显然可得：Se=S和v=1。(2)口径电场为均匀分布时，(1)口径电场为余弦分布时,链接【例0.6】设有一个长为a宽为b的矩形口径天线，当其口径面上0.4.8波束效率

波束效率是一个用于评价发射和接收天线质量的常用参数。在反射面天线中，该参数又表示为反射面截获馈源辐射能量多少的效率。对于如下图(a)所示的主瓣最大指向为z轴的天线，波束效率εb定义为：

天线在某锥角2θ0内辐射(或接收)的功率与其在整个空间辐射(或接收)的总功率之比。即返回0.4.8波束效率波束效率是一个用于评价发(0.73)

如果把θ0选定为方向图的第一零值或最小值对应的角度，则波束效率就表示主瓣内的功率与总功率之比。此时的波瓣宽度2θ0称为主瓣零值宽度。在辐射测量学、天文学、雷达等应用场合中，要求天线应有很高的主瓣零值宽度波束效率，通常高达百分之九十以上，副瓣接收到的信号则应减至最小。

对于反射面天线，设反射面张角为2θ0，其效率g为反射面口径效率ν与截获(波束)效率εb之积，即g=νεb。若要使反射面天线效率高，则ν和εb都要高。一般情况下，反射面口径效率与截获效率为两个相互矛盾相互制约的参数。(0.73)如果把θ0选定为方向图的第一零值或

要使口径效率ν高，则必须使馈源照射均匀，而要使照射均匀，则只有馈源方向图主瓣的一个不大范围照射到反射面上才行，这将使反射面截获效率εb降低。反之亦然。因此，反射面天线的效率有一个最佳值。0.4.9天线的频带宽度

天线的性能参数如输入阻抗、方向图、主瓣宽度、副瓣电平、波束指向、极化、增益等一般是随频率的改变而变化的，有些参数随频率的改变而变化较大，而使电气性能下降。因此，工程上一般都要给出天线的频带宽度，简称天线的带宽，其定义为：

天线某个性能参数符合规定标准的频率范围。

前图要使口径效率ν高，则必须使馈源照射均匀，而要使

这个频率范围的中点处频率称为中心频率f0，以此频率范围作为天线的带宽，在此频带宽度内的天线性能参数与中心频率上的值进行比较，均符合规定的标准。■不同系统对天线工作频带的要求不同。■不同形式的天线以及天线的不同电气性能参数对频率的敏感程度不同。■在一些阵列天线中，方向图带宽成了主要因素。■圆极化天线的主要限制因素往往是其极化特性。

可见，对不同系统、不同用途的天线，所提出的带宽标准是不同的。有的带宽标准是阻抗或驻波比带宽，有的带宽标准是方向图带宽，有的是增益带宽，有的是极化带宽等等。这个频率范围的中点处频率称为中心频率f0，以此

天线带宽的表示方法通常有三种：●绝对带宽：指天线能实际工作的频率范围，即上下限频率之差

●相对带宽：它由上下限频率之差与中心频率之比来表示●比值带宽：指上下限频率之比，即f1:f2。如10:1的带宽

绝对带宽不具保密性，对外界一般不用。而多采用后两种带宽表示。对中等以下带宽的天线，可采用相对带宽表示；对超带宽天线则可采用比值带宽。天线带宽的表示方法通常有三种：●绝对带宽：指天线天线原理与设计天线原理与设计绪论0.1天线在无线电工程中的作用

一切无线电设备都离不开天线。▲无线电通讯

▲无线电广播

▲电视

▲雷达▲导航▲制导▲无线电探测等系统天线的作用是：作发射时，它将电路中的高频电流或传输线上的导行波转换为某种极化的空间电磁波，向规定的方向发射出去；作接收时，则将来自空间特定方向的某种极化的电磁波有效地转换为电路中的高频电流或或传输线上的导行波。绪论0.1天线在无线电工程中的作用一切无线电设备都离不(1)能量转换

(2)定向辐射或接收简言之：天线的功能主要有两点：

无线电通讯线路中的辐射和接收天线示意：(1)能量转换(2)定向辐射或接收简言之：天线的功能主要发射系统等效电路：

天线等效电路中最主要的一个参数——辐射电阻Rr。可以认为天线辐射的电磁波能量全部由Rr吸收。发射系统等效电路：天线等效电路中最主要的一个发射天线空间辐射方向图。●典型的空间三维方向图●典型的二维方向图各种各样的方向图是由各种各样的天线实现的。发射天线空间辐射方向图。●典型的空间三维方向图●典型的二维方0.2天线的分类

按工作性质分类可分为发射天线、接收天线和收发共用天线。

按用途分类

有通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线、导航天线、测向天线等。

按天线特性分类

■从方向性分：有强方向性天线、弱方向性天线、定向天线、全向天线、针状波束天线、扇形波束天线等。■从极化特性分：有线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化天线又分为垂直极化和水平极化天线。■从频带特性分：有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。0.2天线的分类按工作性质分类可分为发射天线、接收天按天线上电流分布分类有行波天线、驻波天线。

按使用波段分类

有长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线和毫米波天线。

按载体分

有车载天线、机载天线、星载天线，弹载天线等。按天线外形分类

有鞭状天线、T形天线、Γ形天线、V形天线、菱形天线、环天线、螺旋天线、波导口天线、波导缝隙天线、喇叭天线、反射面天线等。

另外，还有八木天线，对数周期天线、阵列天线。阵列天线又有直线阵天线、平面阵天线、附在某些载体表面的共形阵列天线等。按天线上电流分布分类有行波天线、驻波天线。按使用波段分类

为便于分析和研究天线性能出发，天线可以分为如下几大类：

(1)线天线(WireAntennas)——(1～6)章为便于分析和研究天线性能出发，天线可以分为如下几大类：(2)口径天线(ApertureAntennas)——(8～10章)(2)口径天线(ApertureAntennas)——(3)阵列天线(ArrayAntennas)—(1章部分，5章)(3)阵列天线(ArrayAntennas)—(1章部(4)透镜天线(LensAntennas)—(10章部分)(4)透镜天线(LensAntennas)—(10章部(5)反射器天线(ReflectorAntennas)—(11～12章)(5)反射器天线(ReflectorAntennas)(6)微带天线(MicrostripAntennas)—(14章)(6)微带天线(MicrostripAntennas)0.3天线的发展

自1886年德国物理学家Hertz在实验室采用一个长度为半波长的偶极子传送一个电火花脉冲，并在附近的谐振圆环内检测，证实了Maxwell方程以来，天线的发展已经历了120多年的时间。但是，天线一直在新技术的推动下发展着。

在1940以前，天线的发展是在广播、电视和通信技术的推动下发展的，那时候有关长波、中波和短波线形天线的理论大体上已经成熟。一些主要天线形式直到现在还在使用。

在第二次世界大战期间，随着电子技术和雷达技术的发展，超短波与微波天线得到了飞速的发展。如喇叭天线、反射面天线、透镜天线、介质棒天线、波导缝隙天线、阵列天线等。0.3天线的发展自1886年德国物理学家

第二次世界大战之后，无线电技术的发展更加迅速，微波中继通信、散射通信、广播、电视技术的发展对天线提出了许多新的要求。

上世纪五十年代提出了非频变天线理论，相继出现了对数周期、等角螺旋、阿基米德螺旋等宽带天线。

五十年代末人造卫星上天、洲际导弹出现后，人类进入了宇宙空间时代，航空航天技术的发展对天线的研究又提出了许多新的课题，这时要求解决天线的高增益、圆极化、宽频带、快速扫描和精密跟踪等问题。第二次世界大战之后，无线电技术的发展更加迅速，

六十和七十年代是天线发展的鼎盛时期。这个时期在天线理论方法方面以及各项技术的应用方面都在突飞猛进的发展。(1)在天线理论方法方面

■几何绕射理论■平面波谱展开法■矩量法■有限元法■时域有限差分法■时域积分方程法■天线近场测量理论■阵列分析与综合理论

这些理论方法为天线的工程设计奠定了坚实的基础，随着计算机技术的发展大都形成了计算机仿真的电子自动化设计软件。■HFSS软件■CST软件■IE3D软件■FIDELITY软件

■FEKO软件六十和七十年代是天线发展的鼎盛时期。这个时期(2)在天线技术应用方面

卫星通信技术发展推动了卫星天线和大型地面站天线的发展，出现了大型平面阵、卡塞格仑天线及各种反射面天线馈源。

雷达制导、搜索、跟踪、预警技术的应用推动了单脉冲雷达天线、相控阵天线，多波束天线的发展。

半导体技术的发展使无线电技术向毫米波、亚毫米波甚至更高频率发展，对天线提出了小型化、集成化、宽带化等一系列要求，出现了有源天线、微带天线和印刷天线、印制板开槽天线、表面波天线、共形阵列天线等。

微带天线和印刷天线由于其具有小型化、低剖面、便于集成，成本低、天线图案千变万化，所以至今仍在发展，其方向包括阵列、极化、宽带、高效率、双频和多频谐振等。(2)在天线技术应用方面卫星通信技术发展推

有源天线的发展形成了现在非常先进的有源相控阵雷达天线。二维有源相控阵已装备在最先进的猛禽F22第四代战机上。值得一提的是相控阵天线，因为相控阵雷达技术含量最高，功能最强。

到了80年代，由于电子计算机和超大规模集成电路的发展，高功率固态发射机和各波段移相器等日趋成熟及成本的大幅降低，以及数字波束形成技术、自适应理论和技术、低副瓣技术以及智能化理论和技术的不断发展，使得80年代成为国际上相控阵雷达大发展的年代。先进国家研制了多种不同用途的战略、战术相控阵雷达。我国也不例外，到1993年，我国的相控阵雷达不仅在军用国防及航空航天中得到广泛使用，而且已经从军用扩展到了民用。有源天线的发展形成了现在非常先进的有源相控阵雷0.4天线的基本参数

天线性能需要一套电气指标来衡量，这些电气指标由天线的特性参数来描述。这些参数包括：■方向图形状

■主瓣宽度

■副瓣电平

■增益

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