天线基础课件

天线基础课件第一页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2023/6/9常见的天线形式第二页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2023/6/9常见的天线形式第三页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2023/6/9常见的天线形式第四页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2023/6/9常见的天线形式第五页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2023/6/9常见的天线形式第六页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2023/6/9常见的天线形式第七页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2023/6/98Dept.PEEHefeiNormalUniversity常见的天线形式第八页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2023/6/9常见的天线形式第九页，共二十四页，编辑于2023年，星期二

本课程旨在使同学系统的掌握天线的基本理论和基本分析方法，理解典型天线的特性和设计原理；从中培育创新精神和科学作风，提高分析问题和解决问题的能力。天线种类繁多、大小不一，千姿百态。绪论

天线是无线电通信、广播、导航、雷达、测控、微波遥感、射电天文及电子对抗等各种民用和军用无线电系统必不可少的设备之一。

各类天线都基于相同的辐射与接收机理，都是以电磁场理论为基础进行分析与设计。

天线是在无线电收发系统中，向空间辐射或从空间接收电磁波的装置。第十页，共二十四页，编辑于2023年，星期二天线的定义：用来辐射或接收无线电波的装置。一、天线的功能发射机接收机馈线馈线发射天线接收天线无线通信系统框图第十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期二天线的作用：（1）能量转换

——将发射机送来的高频电流能量转变为电磁波并传送到空间，或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。（2）方向性——定向发射或接收电磁波。（3）极化特性——辐射或接收特定极化波。天线是一个阻抗匹配器件；天线是一个照射或聚集器件；天线是一个极化器件；卫星通信示意图卫星覆盖区图示第十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期二天线的原理:

导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必须指出，当导线的长度L远小于波长λ时，辐射很微弱；导线的长度L增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。第十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期二电场电场电场天线（振子）电波传输方向磁场磁场电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。

第十四页，共二十四页，编辑于2023年，星期二1887年德国青年学者海因里希-赫兹的著名实验证实了电磁波的存在。他当时所用的电偶极子谐振器就是最早的发射天线，因此天线发明至今还只有120多年的历史。

二、天线的发展简史第十五页，共二十四页，编辑于2023年，星期二1.线天线时期（19世纪末至20世纪30年代初）

1901年马可尼在加拿大纽芬兰岛收到了横渡大西洋由英国康泛尔半岛发来的“S”字母信号，开辟了无线电远距离通信的新时代。他当时所用的发射天线是从48m高的横挂线上斜拉下50根铜导线来形成一扇形结构，可以认为是第一副实用的单极天线。随着20世纪初电子管的发明和发展，这一时期开头利用长波进行通信，随后发展到中波通信，并因电离层的发现，1924年前后开始了短波通信和远程广播。这一时期典型的天线形式有：菱形天线、鱼骨型天线、对称振子等，这些都是线天线。这一时期也建立了线天线的基本理论，如提出了对称振子电流的积分方程和正弦近似分布，提出了感应电动势、对偶原理等。

第十六页，共二十四页，编辑于2023年，星期二2.面天线时期（20世纪30年代初至50年代末）

第二次世界大战前夕，随着微波速调管和磁控管的发明，导致了微波雷达的发展。战时炮瞄雷达广泛采用抛物面天线，同时也发展了由波导开口延伸的喇叭天线、在喇叭前加介质的透镜天线等反射面天线。这些天线都是面天线或称口径天线。此外，又出现了波导缝隙天线、介质棒天线、螺旋天线及蝙蝠翼型天线等。战后微波中继通信、广播和射电天文等应用使面天线和线天线技术获得了进一步的提高。这时期建立了口径天线的基本理论，如几何光学法、口径场法和电流分步法等；发展了天线测试技术，产生了分析天线公差的统计理论，开发了天线阵的综合技术。第十七页，共二十四页，编辑于2023年，星期二3.大发展时期（20世纪50年代末至今）

1957年人造地球卫星上天标志着人类进入了开发宇宙的新时代，也对天线提出了多方面的高要求，如高增益、精密跟踪、快速扫描、宽频带等。同时，计算机、微电子技术和现代材料的进展又为天线理论与技术的发展提供了必要基础。如美国制成的用于精密跟踪雷达AN/FPS-16的单脉冲天线，其跟踪精度比二战时的圆锥扫描体制提高了一个量级，达0.06度。在此期间除单脉冲天线和相控阵天线外，在天线内部运用信号处理技术的信号处理天线获得了发展。这一时期理论上的重大进展是，创立了矩量法、时域有限差分法和几何绕射理论等分析方法，并已形成商用软件，能够较准确的预算与优化天线的设计。

当今，天线技术已具有成熟科学的许多特征，但它仍然是一个富有活力的技术领域。主要发展方向是：多功能化（一副天线代替多副，适应电磁兼容要求）、智能化（提高信息处理能力）、小型化、集成化及高性能化（宽频带、高增益、低旁瓣、低交叉极化等）。第十八页，共二十四页，编辑于2023年，星期二

在此，值得提及我国几位老前辈对天线研究的贡献。美国华裔电磁学家朱兰成最早提出了小天线的物理限制；上海大学前终身教授鲍家善发明了用于测高雷达的扇形波束反射面天线；从事中国革命的老前辈李强（1949年中国电信总局局长）于1935年发表了研究论文“发信菱形天线”，最先给出了这种天线的理论计算公式，并在1951年出版了中文《发信菱形天线》，他就是我国出版的第一本中文天线专著。第十九页，共二十四页，编辑于2023年，星期二板状天线帽形天线鞭状天线面状天线按外部形状划分八木天线三、天线的分类第二十页，共二十四页，编辑于2023年，星期二按极化方向划分第二十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期二

按用途分：通信天线，广播电视天线和雷达天线；

按波长分：长波天线；中波天线；短波天线；超短波天线，微波天线；

按极化类型分：线极化天线，圆极化天线和椭圆极化天线。按天线特性分：按方向特性分，有定向天线、全向天线、强方向性天线和弱方向性天线；按极化特性分，有线极化(垂直极化和水平极化)天线和圆极化天线；按频带特性分，有窄频带天线、宽频带天线和超宽频带天线。按馈电方式分：有对称天线和非对称天线。按天线上的电流分:有行波天线和驻波天线。第二十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期二

线天线：基本辐射源为电流元，最基本形式是对称振子和由对称振子组成的天线阵、环形天线及螺旋天线；

缝天线：基本辐射源为缝隙上的磁流元，最常见的形式是波导缝隙天线阵、微带贴片天线、及微带天线阵等；

面天线（口径天线）：基本辐射源为口径面上的惠更斯元，最典型的是喇叭天线、抛物反射面天线和透镜天线；按天线外形分:有V形天线、菱形天线、环行天线、螺旋天线、喇叭天线和反射面天线等。

按结构形式分：线天线，缝天线，面天线。第二十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期二四、教材及参考书教材：电磁波工程基础参考书：1.钟顺时.天线理论与技术.电子工业出版社