电磁场与电磁波7

第7章天线技术7.2基本振子的辐射7.3天线的基本电参数7.5二元天线阵7.4对称天线的辐射场7.6均匀直线天线阵7.8常用面天线7.1引言7.7常用线天线信息传递方式:有线通信：用传输线来传递信息，无线通信系统框图7.1引言无线通信系统:信息源信号变换发射机发射天线接收天线接收机信号变换原信息如固定电话等；无线通信：通过电磁波来传递信息，如广播、电视、雷达和卫星等。接收天线下行波发射机发射天线馈线接收机导行波馈线矩形波导圆波导同轴线微带线天线的定义：用来发射或接收无线电波的装置。天线的作用：为电磁波并传送到空间，或者将空间传来的电磁波能量转变为高频电流并传送到接收机；定向发射或接收电磁波。将发射机送来的高频电流能量转变天线的分类：按用途分：通信天线，用来传递文字、声音和图雷达天线，用来探测活动目标的方位、距离和高度像等信息；广播电视天线，用来传递广播电视信号；等。第7章天线技术引言微波天线（，）～～～～短波天线（

，）～～超短波天线（，）按波长分：

长波天线（，）～～中波天线（，）～～按结构形式分：线天线，由尺寸远小于波长的细长导线构成；面天线，由口径尺寸远大于波长的金属表面构成，主要用于微波波段。按极化形式分：直线极化天线；圆极化天线；椭圆极化天线。第7章天线技术引言中、短波天线微波接力天线第7章天线技术引言微波天线第7章天线技术引言抛物面天线第7章天线技术引言铁塔中波天线第7章天线技术引言引向天线（八木天线）第7章天线技术引言上海电视塔（468米）广州塔（610米）迪拜塔（828米）第7章天线技术引言动态位的定义：将其代入麦克斯韦方程可得7.2基本振子的辐射1.动态位称为达朗贝尔方程，其解为,,,上式表明，时刻的动态位决定于时刻的场源，即场源的作用要经过时间以后才能传到距场源的地方，而播所需的时间。正是电磁波传例如：日光是一种电磁波，在某处某时刻见到的日光并不是该时刻太阳所发出的，而是在大约8分20秒前太阳发出的，8分20秒内光传播的距离正好是太阳到地球的平均距离。对于正弦电磁场，动态位的定义为称为亥姆霍兹方程，其解为,,代入复数形式的麦克斯韦方程可得

,对于线电流有注意：1.式中所有场量均为用最大值表示的复数；

2.动态矢量位的方向与电流方向相同。线电流的动态矢量位电基本振子：一段长度远小于波长、载有等幅同相高频电流的导线称为电基本振子。电基本振子的电磁场：将电基本振子置于球坐标系中心如图，则有它在球坐标系中的三个分量为2.电基本振子的辐射第7章天线技术基本振子的辐射电场磁场电基本振子的近区场：满足条件的区域称为去的低次幂项，得近区。此时电磁场主要由的高次幂项决定，故可略由及可得考虑到电基本振子两端的电荷与电流的关系为，即，故有近区场的性质：（1）电场与电偶极子的电场相同，而磁场与恒定电流电偶极子的电场恒定电流元的磁场元的磁场相同，即电基本振子在近区为准静态场。（2）坡印廷矢量的平均值为零，即这表明，电基本振子在近区没有电磁能量辐射。电基本振子的远区场：满足条件去的高次幂项，得远区。此时电磁场主要由的低次幂项决定，故可略的区域称为电场磁场元的磁场相同，即电基本振子在近区为准静态场。（2）坡印廷矢量的平均值为零，即这表明，电基本振子在近区没有电磁能量辐射。电基本振子的远区场：满足条件去的高次幂项，得远区。此时电磁场主要由的低次幂项决定，故可略的区域称为远区场的性质：电场与磁场在空间相互垂直，均与成反比，为横电磁波坡印廷矢量的平均值为实数，且沿方向。可见有电磁能量沿径向辐射。（即TEM波）。电基本振子在远区为非均匀球面波，具有方向性。电场与磁场的比值等于，称为波阻抗；azyyx面(面)方向图面(面)方向图立体图（子午面）（赤道面）盲区警戒雷达方向图辐射功率为电基本振子的辐射功率：由于坡印廷矢量的平均值为例：频率的功率源馈送给电基本振子的电流为。设电基本振子的长度为，计算赤道平面上离原点处的电场强度和磁场强度；计算处的平均功率密度；计算辐射电阻。解：因为，满足远区条件，故电基本振子的辐射电阻：假设辐射功率全部被一等效电阻吸收，称为辐射电阻,用表示，因为

,

故

设电基本振子的轴线沿东西方向水平放置，在远处有一移动接收台停在正南方，此时收到最大电场强度。当电台沿以电基本振子为中心的圆周在地面上移动时，电场强度渐渐减小，问当电场强度减小为最大值的一半时，电台的位置偏离正南方多少度？作业1.8.12.已知电基本振子长1米，其中电流为求距电基本振子，处的平均功率流密度。对偶原理：如果描述物理现象的两个方程具有相同的数学形式，那么它们的解也具有相同的数学形式。因此，根据两个方程的对偶关系，由一个方程的解就可以直接写出另一个方程的解，这就是对偶原理。3.磁基本振子的辐射磁流与磁荷：我们知道，电流产生磁场，且满足右螺旋关系；电荷产生电场。假设电与磁具有对偶关系，即磁流产生电场，且满足左螺旋关系；磁荷产生磁场。如图所示。电流磁流

说明：磁荷与磁流是假想的，到目前为止，在自然界中并没有发现磁荷与磁流的存在。引入磁流、磁荷后的麦克斯韦方程为，负号表示磁流与电场满足左螺旋关系正号表示电流与磁场满足右螺旋关系，，。只有电流与电荷和只有磁流与磁荷时的麦克斯韦方程分别为只有电流和电荷只有磁流和磁荷比较上述两种场的数学形式可得对偶关系为，，，，磁基本振子：一段长度远小于波长，其上磁流等幅同相分布的细导线。磁基本振子的电磁场：已知电基本振子的辐射场为，由对偶关系可得，，，，，磁基本振子的电磁场为即磁基本振子远区场的性质：电场与磁场在空间相互垂直，均与成反比，为坡印廷矢量的平均值为实数，且沿方向。可见有电磁能量沿径向辐射。横电磁波（即TEM波）。磁基本振子在远区为非均匀球面波，具有方向性。电场与磁场的比值等于，称为波阻抗；面方向图面方向图偶极矩为，可将其等效为磁基本振子。因，其复数形式为为，故磁荷为，对应的磁流为

小电流环的电磁场：设有小电流环位于平面坐标原点，其周长远小于波长，环上电流等幅同相，其磁代入磁基本振子的电磁场表达式中得即电场与磁场在空间相互垂直，均与成反比，为坡印廷矢量的平均值为实数，且沿方向。可见有电磁能量沿径向辐射。横电磁波（即TEM波）。磁基本振子在远区为非均匀球面波，具有方向性。电场与磁场的比值等于，称为波阻抗；小电流环电磁场的性质：场与环的面积成正比，与环的形状无关。辐射功率为小电流环的辐射功率：由于坡印廷矢量的平均值为阻吸收，该电阻称为辐射电阻，用表示，因为功率小电流环的辐射电阻：假设辐射功率全部被一等效电，故例：求波源频率，线长的导线段的辐射电阻。设导线是长直的；设导线弯成环形形状。解：波长，可视为电基本振子天线，其辐射电阻为；对于环形导线可视为磁偶极子天线，半径，其辐射电阻为式中称为方向性函数。它与天线的电流及离开天7.3天线的基本电参数1.方向性函数和方向性图方向性函数：天线的远区场均可表示为线的距离无关。归一化方向性函数：最大值为1的方向性函数。即电基本振子的方向性函数为任意方向上的电场强度还可表示为电基本振子的归一化方向性函数为方向性图：根据方向性函数绘制的图形称为方向性图。电基本振子的面方向性图为倒“8”字形。主瓣：方向性图中最大的波瓣叫主瓣。旁瓣：方向性图中除主瓣之外的波瓣叫旁瓣，又后瓣：与主瓣相反方向叫副瓣或侧瓣。上的波瓣叫做后瓣。后瓣主瓣旁瓣主瓣轴方向性图的参数：在对各种天线的方向性图进行定量比较时，通常考虑以下几个参数：，故又称为3分贝主瓣宽度。用表示。角，用表示。因为

半功率主瓣宽度：主瓣最大值两边功率密度等于最大功率密度的一半（电场强的两个辐射方向之间的夹度等于最大值的倍）副瓣电平：最大副瓣功率密度与主瓣功率密度的比值称为副瓣电平，即前后比：主瓣功率密度与后瓣功率密度的比值称为前后比，即2.方向性系数天线在最大辐射方向上的方向性方向性系数的定义：射功率密度。式中，、分别表示无方向性天线的辐射功率及其辐系数定义为在相同辐射功率、相同距离的条件下，天线在该方向上的辐射功率密度与无方向性天线的辐射功率密度之比。即由于，故有是最大值而非有效值第7章天线技术天线的基本电参数最大辐射方向上的电场强度因为辐射功率为而无方向性天线的辐射功率为根据方向性系数的定义，由此可得又因为，，故方向性系数还可表示当时，有例：计算电基本振子的方向性系数。解：因电基本振子的归一化方向性函数为，故示为第7章天线技术天线的基本电参数例：已知某天线的辐射功率为60W，在最大辐射方向上的方向性系数为400，求：射场，其辐射功率应为多大？②若方向性系数改为100，那么要产生同样大小的辐①距天线60km处，在最大辐射方向上电场强度。②由得解：①由方向性系数的计算公式得第7章天线技术天线的基本电参数效率的定义：天线的辐射功率与天线的输入功率之比称为天线的效率。即式中，为天线的总损耗功率。3.效率若把总损耗功率视为被一等效电阻吸收，该等效电阻称为损耗电阻，用表示。则有，故天线的效率可表示为（包括导体和介质中的损耗）可见，要想提高天线的效率应尽可能增大辐射电阻和降低损耗电阻。天线在最大辐射方向上的功率密度

与理想天线（无增益的定义：在相同输入功率，相同距离的条件下，方向性、无损耗天线）在该方向上的功率密度之比称为天线的增益。即4.增益因，，增益还可表示为由于，，故，即例：设有两个天线，其方向性系数分别为，，其效率分别为﹪，﹪，求：辐射功率相等时两天线在最大辐射方向上的电场强度之比；输入功率相等时两天线在最大辐射方向上的电场强度之比；解：由方向性系数的计算公式得，，再由增益的计算由增益与方向性系数和效率的关系得公式得输入阻抗的定义：天线输入阻抗定义为天线输入端的电压与电流的比值，即5.输入阻抗要使天线效率高，就必须使天线与馈线良好匹配。天线的输入阻抗是天线的一个重要参数，它与天线的几何形状、激励方式、与周围物体的距离等因素有关。只有少数较简单的天线才能准确计算其输入阻抗，多数天线的输入阻抗则需要通过实验测定，或进行近似计算。为了在空间一点M处产生某特定值的电场，若采用无方向性的理想天线来发射需输入10W的功率，问采用增益为10的天线需输入多少功率？无方向性理想天线：增益为10的天线：，故得6.有效长度变的条件下，假设天线上的电流为均匀分布，且等于有效长度的定义：在保持天线最大辐射电场强度不天线的辐射能力越强。输入端的电流时的等效长度，用表示。越长，天天线长为，取长度元，天线电流分布如图所示，线归算于馈电点电流（输入电流)的有效长度：设某线其上电流为，可视为电基本振子，则有长为的线天线的电场强度最大值为比较后得假设天线上的电流为均匀分布，且等于馈电点电流，则长为的线天线的电场强度的最大值为，其中为输入电流,试求有效长度。例：一长度为

,中心馈电的短振子,其电流分布为第7章天线技术天线的基本电参数例：一线天线的高度为，其电流分布为求归算于输入电流的天线的有效高度。解：故有。解：因为，，故，因为，，，极化特性：天线在最大辐射方向上电场方向随时间变化的规律，可分为线极化，圆极化和椭圆极化。线来的电磁波极化形式一致，称为极化匹配，否则为极极化（电场方向与地面垂直）

。若接收天线与空间传极化又分为水平极化（电场方向与地面平行）和垂直7.极化特性化失配。8.频带宽度频带宽度：当工作频率变化时，天线的电参数不应频带宽度的不同，可分为窄频带，宽频带和超宽频带超出规定的范围，这一频率范围成为频带宽度。根据天线。作业：8.108.13对称天线：由双臂长为，中间断开且接有高频电流7.4对称天线的辐射场的一段直导线或金属管组成，如图所示。对称天线上的电流分布：对称天线可视为一段终端开由传输线理论知，传输线上的电流呈驻波分布，且在开路的双线传输线向两边各自张开而形成的一种天线。如图，式中为相移常数。路端为其节点，即对称天线的辐射场：在处取长度元，可视为电基本振子，则它在远区任一点的辐射电场为同理，在处，取长度元，它在点处的电场为两个电基本振子的辐射电场为全部对称天线在P点处的辐射电场为由于，，，故在幅度因子中但因相位对距离的变化极为敏感，故在相位因子中

，同理代入上式得称为对称天线的方向性函数，则辐射电场强度为令而磁场强度为可见对称天线的辐射场为球面电磁波。练习题：已知对称天线的全长，电流振幅为,求离开天线处的最大电场强度。据此，可绘出对称天线的归一化方向性图如图所示。解：，，。半波对称天线：指全长为半个波长的对称天线。半波对称天线归一化方向性函数为半波对称天线的辐射场：将代入对称天线的辐射电场表达式可得半波对称天线的辐射电场为半波对称天线的主瓣宽度：由得，故半功率主瓣宽度为全波对称天线：指全长为一个波长的对称天线。全波对称天线的辐射场：将代入对称天线的辐射电场表达式可得全波对称天线的辐射电场为全波对称天线的方向性函数：因为，故全波对称天线的方向性函数为归一化方向性函数为全波对称天线的主瓣宽度：由得，故半功率主瓣宽度为因为，故。称天线的全长为一个波长，电流振幅仍为1安，求离开安,求离开天线,处的电场强度；若对例：设对称天线的全长为半个波长，电流振幅为1天线，处的电场强度

。解：因为，故；对称天线的辐射功率：由对称天线的辐射电场得对称天线的辐射功率密度为取半径为的大球面，则对称天线的辐射功率为对称天线的辐射电阻：由得，即据此可作出随的变化曲线，如图。结论：辐射电阻随电长度波浪式增加；半波对称天线的辐射电阻为；全波对称天线的辐射电阻为。对称天线垂直方向上距天线处的辐射电场；例：已知半波对称天线的辐射功率为，求将半波对称天线改为全波对称天线，重求所问。为；解：由得，故电场强度。由得，故电场强度为1.电流振幅为1安的半波对称天线的辐射功率是多少？2.电流振幅为1安的全波对称天线的辐射功率是多少？对称天线的方向性系数：由方向性系数的定义得由于，故有半波对称天线的方向性系数：全波对称天线的方向性系数：对称天线的有效长度：对称天线的有效长度可分为如下两种：归算于馈电点电流的有效长度：因，当时，，馈电点电流为，故归算于波腹点电流的有效长度：即即半波对称天线的有效长度：因为半波对称天线单臂长为，故半波对称天线的有效长度为为，而，故只能用归算于波腹点电全波对称天线的有效长度：因为全波对称天线单臂长流的有效长度计算，即对称天线的输入阻抗：据分析对称天线的输入阻抗为对称天线的输入阻抗曲线如图。式中，为平均特性阻抗，为衰减常数。据此可画出随频率的变化越平缓，其频率特性越好。所以要想展结论：对称天线的平均特性阻抗越低，和设和减小分布电容。一原理，如图所示。天线末端制成锥形是为了便于架宽对称天线的工作频带，常常采用加粗天线直径的办法。例如，在短波波段内使用的笼形天线就是基于这阻最小），输入阻抗等于73.1，为纯电阻；在在附近，对称天线处于串联谐振状态（电附近，对称天线处于并联谐振状态（电阻最大），半波天线的输入阻抗是纯电阻，易于和馈线匹配.在附近输入电阻变化平缓，频率特性好，在附近输入电阻变化剧烈，频率特性差，这也是半波振子被广泛采用的一个重要原因。折叠天线：由两根长度为的导线在两端短路后构很窄，远小于，在其中一根导线中间馈电，如图所示。成的一种扁环形天线，它的宽度为，如果它们的输入功率相等，则有，的电流之和。设折合其电流为两根导线中天线的输入阻抗为，即折叠天线的输入阻抗：折叠天线可看成由长度为半波长的短路双线传输线在中点（电流波节点处）向外拉伸而形成的一种对称天线。可见，两根导线上的电流是等幅同相的，两根导线可等效为一根粗导线，半波天线的输入阻抗结论：折叠天线的输入阻抗是半波对称天线的4倍。在半波天线、全波天线和折叠天线中那种天线容易与300欧的平行双线匹配？

阵列天线：由两个或两个以上结构和取向完全相同的天线元（阵列元）：组成阵列天线的单个天线。二元阵列：由两个天线元构成的直线阵列。天线平行排列组成的多元天线，又叫做天线阵。7.5二元天线阵式中，为电流幅度比，

二元阵的辐射场：设有两个天线元组成的二元阵列如图，电流分别为和，且有

为电流相位差。和，式两个天线元在点处的辐射电场分为中，为天线元的方中，因为，故有；在相位因子中，有

，故向性函数。在幅度因子即二元天线阵总的辐射电场为式中称为二元天线阵的阵函数。于天线元的方向性函数与阵函数的乘积，即方向性乘积定理：任何阵列天线总的方向性函数都等①只有各天线元的方向性函数相同时，才能应用方②阵函数只与阵列的构成有关，而与天线元的型式③两个方向性图相乘的原则：最大值乘以最大值仍为最大值；零乘以任何值仍为零；两个零点之间必有一向性乘积定理，即要求天线元的结构和取向完全相同。无关。个波瓣。④为与轴之间的夹角；为与轴线之间的夹角。例：已知阵列天线的阵函数和天线元方向性函数的方向图如图，试用方向图乘积定理草绘出总的方向图。解：同，即，则有等幅同相二元阵：设与等幅，即，且相位相即故辐射电场的幅值为据此可画出等幅同相二元阵阵函数的方向性图如图。方向上,这种向侧边辐射的天线阵称为边射阵或侧射阵；②当时，除了在方向上有最大辐射外，在①等幅同相二元阵阵函数最大辐射方向总是在

阵列天线轴线方向上也出现了最大辐射,称为栅瓣。结论：①

在平面内的方向性函数及方向性图。幅值的表达式；②在点处辐射电场的所示，设天线元之间的距离，电流为，求：例：两个由全波振子天线组成的等幅同相二元阵如图解：

①②反，即，则有等幅反相二元阵：设与等幅，即，且相位相即据此可画出等幅反相二元阵阵函数的方向性图如图。故辐射电场为②当时，最大辐射方向在和的轴线方①等幅反相二元阵阵函数在方向上没有辐射；向上；当时，最大辐射方向已经偏离了轴线方向，并出现了栅瓣。结论：相位相差，即，，则有

幅度相等、相位相差的二元阵：设与等幅，且即电场幅值为据此可画出阵函数的方向性图如下：①幅度相等、相位相差的二元阵在轴线方向上有最大辐射，称为端射阵；且最大辐射方向指向电流相位滞后的一端；②当时，在方向上有最大辐射，在方向上无辐射，其阵函数的方向性图为心脏形,而结论：③当时，轴线两端均有最大辐射；④当时在方向上出现了栅瓣。例:由两个半波振子组成的等幅二元天线阵如图所示，已知两个天线元之间的距离为，相位差，求此天线阵在平面内的方向性函数和方向性图。阵函数为解：天线元的方向性函数为总的方向性函数为知两天线元相距，相位差练习题：由两个半波振子组成和方向性图。，求此天线阵的方向性函数的等幅二元天线阵如图所示，已方向性函数方向性函数方向性图为作业：8.6等，均为，相位差为，相邻天线元的电流幅度相7.6均匀直线天线阵N元直线阵列的辐射场：设有个对称天线沿轴平行排列，相邻天线元之间的距离均为，且有，

即由于,因此在幅度因子中有,,；因为相位对距离变化极为敏感，故在相位因子中有由对称振子的辐射场强表达式得同理得总辐射电场为令中间变量由等比级数前N项之和表达式得则这是一个等比级数的前N项之和式，其公比为，式中为N元直线阵列天线的阵函数。幅射电场的幅值为N元直线阵列天线的归一化阵函数：令，即该等式只有在时才成立，即当时函数有最大值。因，故N元直线阵列的归一化阵函数为，即与的关系曲线：阵函数曲线的画法：②最大值之间出现极值；③最大值与最大值之间、最大值与极值之间、极值与极值之④零值之间、最大值与最近的零值之间的间隔均为；⑤离最大值越近的极值越大，离最大值越远的极值越小。①函数最大值出现的位置在；间出现零值；

练习：画出六元均匀直线阵列天线阵函数随变量的变化曲线。阵函数的方向性图：（以五元直线阵列为例分析）可见空间：实际存在辐射场的空间。即从到所对应的的的变化范围。五元直线阵列天线的方向性图：设电流相位差，则，其可见空间为①当时，可见空间为，，故有分如下三种情形讨论：由与的关系曲线可得其方向性图如下：②当时，可见空间为，，故可见空间由与的关系曲线可得其方向性图如下：③当时，可见空间，，故有由与的关系曲线可得其方向性图如图所示。1.画出阵函数与的关系曲线；例：一个由半波振子构成的三元等幅同相直线阵列天2.求当时天线的总方向性函数线如图所示。并草画天线的总方向性图。解：1.关系曲线如下图。可见空间2.天线元的方向性函数为，而中间变量天线的阵函数为故总的方向性函数为，即方向性图为练习：天线阵如图所示，已知天线元为电基本振子，长度均为，天线元之间距离为5米，其电流分别为，

，求：①辐射电场；②总方向性函数；③总方向性图。例：由半波振子构成的均匀直线阵列天线如图所示，设天线元间距，各天线元电流幅度相同，电流相位差。试写出该天线阵总的方向性函数，并画出总的方向性图。解：天线元的方向性函数为，其方向性图为倒“8”字形；阵函数与的关系曲线如图示。

可见空间因为，阵函数为由得可见空间为，故总的方向性图，故总的方向性函数为为侧射阵与端射阵侧射阵的必要条件：由阵函数知，当时，函数取得最大值（用罗必塔法则可得）。设天线阵的轴线沿轴正方向，最大辐射与轴线间的夹角为，则有，即对侧射阵而言，因为，故有。因为只能在范围内取值，取可得侧射阵的必要条件为为例分析，由与的关系曲线知，只要就不侧射阵的唯一性条件：（即只有一个主瓣的条件）会出现栅瓣。为了保证天线在方向上有最大辐射，而在其它方向上无辐射，应该对加以限制。以五元直线阵列对于侧射阵，故，，可见，对于五元直线阵列，不出现栅瓣的条件为，即。对于任意元直线阵列，其侧射阵的唯一性条件为端射阵的必要条件：对端射阵，因为或，

由得，故有。取得端射阵的必要条件为由知，当时，；当时，。可见天线最大辐射方向指向相位滞后的一端。端射阵的唯一性条件：（即只有一个主瓣的条件）由于，由得，可见，对于五元直线阵列，不出现栅瓣的条件为，即。对于任任意元直线阵列，其端射阵的唯一性条件为作业：8.48.11例：设计一由半波振子天线构成的五元端射阵列天线。要求：①只有一个主瓣；②在最大辐射方向上距天线处的电场强度不小于。则解：根据端射阵的必要条件和唯一性条件，天线元电流相位差，天线元间距，取，由阵列天线在最大辐射方向上的辐射电场表达式得设天线元的取向垂直于轴，则因为，，由半波振子天线构成的五元端射阵列天线如图示。可见空间因为，故总的方向性函数为方向性图旁瓣电平第一旁瓣的位置：如图对于五元直线阵列，第一旁第一旁瓣位置第一旁瓣的峰值：瓣位于处。对于任意N元直线阵列，则当时当时可见，天线元数目越大，旁瓣电平越小，但是最小为。当时旁瓣电平：即例：间距为的十二元均匀直线阵列，其阵函数曲线如图示。求归一化阵函数；

求侧射阵的旁瓣电平；画出阵函数的方向性图；解：

归一化阵函数为

旁瓣电平为因为，，可见空间为，由阵函数关系曲线可草画出阵函数的方向性图如下：二项式天线阵

1.等幅同相二元阵：设等幅同相二元阵的天线元间距为如图，则有可见空间为，其阵函数为其方向性图如图(a)。(a)(b)(c)幅同相二元阵的天线元间距仍为，将其视为由两个等

2.电流幅度比为1：2：1的不等幅同相三元阵：设等幅同相二元阵构成的新的等幅同相二元阵,如图所示。复合天线元的方向性函数为故三元天线阵的阵函数为其方向性图如图(b)所示。设等幅同相二元阵的天线元间距仍为，将其看作为由

3.电流幅度比为1：3：3：1的不等幅同相四元阵：等幅同相二元阵的阵函数为故四元天线阵的阵函数为其方向性图如图(c)所示。所示。复合天线元的方向性函数为两个等幅同相二元阵构成的新的等幅同相二元阵,如图

结论：电流分布按二项式展开的系数排列的不等幅同相直线阵的方向性图为没有旁瓣的侧射阵，且天线元数

越大，方向性越好。作业：8.5子构成。天线长为，为了避免在拉线上产生较大的7.7常用线天线水平对称天线

水平对称天线的结构：由拉线，支架，馈线和绝缘馈线绝缘子拉线支架感应电流，拉线的电长度应较小，且用高频绝缘子分段，馈线为平行双线。单臂长度一般为10--20米。

水平对称天线的辐射场：地面的影响可成等幅反相二元天线用镜像天线来替代，原天线和镜像天线构阵。在平面内，辐射电场为

镜像天线水平天线大地对称天线的辐射场故在幅度因子中，由于相位对距离变化极为敏水平对称天线的方向性函数为感,因此在相位因子中，，故可见,水平对称天线的方向性函数不仅与仰角

有关，还与高度

有关。据此可画出架设在地面上的半波振子的方向性图为,但不论为多高，沿地面方向无辐射；水平对称天线的方向性图的形状取决于架设高度当时，在到范围内场强变化不大，结论：且在方向有最大辐射。这种天线称为高射天线。

若架设高度,则水平对称振子不同臂长时的的方向性图为，通常架高不低于。射,应使,但太小时，天线的辐射能力变弱，效率将很低，因而天线的臂长又不能太短，通常应选择1.天线长度：为保证在天线轴的垂直方向上有最大辐水平对称天线的尺寸选择：

2.架高：若通信距离在300km以内，可选择直立天线

直立天线：垂直于地面架设的天线称为直立天线,由于该天线外形像鞭，故又称为鞭天线。3.天线直径：为了改善频率特性，人们常常采用笼形结构的水平对称天线。

直立天线的辐射电场：直立天线如图所示,地面的影响可用镜像天线来替代,可视为对称天线。其辐射电场为方向性函数为垂直于地面架设的直立天线的方向性图为：可见，当逐渐增大时，波瓣变窄；当时，出现旁瓣；当继续增大时，水平方向上的辐射减弱。因此实际中一般取为0.53左右。为，求天线的效率。直立天线的有效高度：设直立天线的电流表达式为若，则有式中为馈电点电流。由有效高度的定义可求得归算于馈电点电流的有效高度为例：直立接地天线的高度，当工作波长时，求此天线的有效高度和辐射电阻。若损耗电阻解：因故有效长度为。辐射电阻：当天线的损耗电阻为时，效率为：﹪

直立天线的加载：由于直立天线的高度往往受到限提高辐射电阻可采用在顶端加容性负载和在天线中部和底部加感性负载的方法，这些方法都提高了天线上电流波腹点的位置，因而等效为增加了天线的有效高度。制，辐射电阻较低，而损耗电阻较大，致使天线效率很低，因此提高天线的效率是十分必要的。从前面的分析可知，提高天线效率的方法有二：一是提高辐射电阻，二是降低损耗电阻。降低损耗电阻一般采用在天线底部加辐射状地网的方法。（1）加顶负载--电容性负载在直立天线的顶端加伞形，辐射叶片形，球形，圆盘形负载，称为顶负载，如图所示，其作用是增大顶端对地的分布电容，使天线顶端的电流不再为零，如图所示。将顶端电容等效为一垂直线段，其高度为，设顶端负载电容为，天线的特性阻抗为，则根据传输线理论得天线加顶后的虚高为天线上的电流分布为天线的有效高度为即

当时,加顶后天线的有效高度为效高度近似等于，加顶后因，故，天线可见，对于高度很小的直立天线，未加顶负载时的有的有效高度提高了，从而使天线的效率也随之提高。在单极天线中部某点加入一定数值的感抗，可抵消该点以上线段在该点所呈现的部分容抗，从而起到提高电流波腹点的作用，使该点以下线段的电流分布趋向均匀如图所示。需要指出的是它对加感点以上线段的电流分布并无改善作用。（2）加电感线圈--电感性负载由传输线理论知，在电感线圈接入前，加感点以上部天线的折合长度。设，且，上式可简化为式中，为加感线圈的电抗，为加感后加感点以上部分即分的电抗为式中，为天线的特性阻抗，为加感点以上部分天线的长度。接入电感线圈后的电抗为

因，故，可见加感后增大了天线的虚高，改善了加感点以下线段的电流分布，从而提高了天线的效率。加感点的位置一般选在距天线顶端处。因为若太接近顶点，那里的容抗很高，须加入大电感量的线圈才起作用，这不仅增加了天线上部的重量，使天线不稳定，也引入了比较高的损耗电阻。由于它仅对加感点以下线段的电流分布起加载的办法还可用于对称振子，如图所示。改善作用，显然加感点也不应选得太低。电感加载顶部加载顶部加载与电感加载

引向天线：引向天线又称八木天线，它由一个有源振引向天线子及若干个无源振子组成。在无源振子中较长的一个为反射器，其余均为引向器。

二元引向天线：在对称振子附近平行放置另一直导线，该天线不与电源相接，称为无源天线，它们构成了二元引向天线，如图所示。无源振子