53
54
55
56
（6）有效长度
57
58
59
60
（7）极化
61
62
63
64
65
66
（8）工作频带宽度
67
68
69
（9）功率容量
输入到天线上的功率不可能无限制增大，其主 要限制在于天线表面的电场和介质材料的性质， 即由天线周围的空气及天线绝缘子的介电强度 决定。
70
在球坐标系中
3
R r-r, (r2 2rr' r'2)1/2
r(12rr2r'
r'2 r2
)1/2
利用 r ' r 求R的近似表达式，
采用二项式定理将R展开
Rrr'(rˆrˆ,)r'2[1(rˆ.rˆ')2]r'3 (rˆ.rˆ')1[(rˆ.rˆ')2]
2r
2r2
rr'cosr'2si2nr'3 cossi2n
10
远区辐射场的近似计算
11
12
3.2 发射天线的性能参数
发射天线的作用：一、是将导行波转换为自由 空间波；二、 是定向辐射。
发射天线的参数就是根据这两种作用规定。
13
（1）功率密度和辐射强度
14
15
16
例子：基本电振子的辐射功率和辐射强度
基本电振子远区场：
E
j Il 4 r
6
偏差为π/8时的r值。
第三项 r '2 sin 2
2r
取 r' D
2
900 代入并令其等于λ/16
(D/ 2)2
2r 16
则
2D2
rff
7 为了远场简化，在远场区取 kr1 即 r
远场条件：
r 2D 2
r D r
远区场的特点： •电场与磁场互相垂直，并垂直于传播方向。 •电场与磁场满足平面波关系。 •天线辐射实功率。
2r
2r2
若 r ' r ，则随着 r ' 幂次的增大，
级数中的项依次减小。
4
在远场区
rD D——天线的最大直径
则 r r' r'cos
在分母中
令 Rr
在相位中
R取级数的前两项
5
Rrr'(rr,)rr'co s
2.远场区的定义
若 rff ——远场区的起始距离，
则 r rff 为远场区。
rff的定义： • 平行射线近似不再成立的距离 • 由于忽略级数的第三项所引起的 路程偏差为λ/16或对应的相位
3.3 接收天线理论
接收天线——接收机的信号源 接收机—— 接收天线的负载
71
3.3.1天线接收无线电波的物理过 程
1.物理过程
电波的电场可分为两个分量
a.垂直于振子轴所构成
的平面的分量 E
b.在上述平面内的分量E
E 又可分解为：
一个与导体垂直的分量
38
方向图参数
a. 零功率波瓣宽度（ b. 半功率波瓣宽度（
20E,20H
）
2 0.5E,2 0.5H ）
39
c.副瓣电平（FSLL）
FSLL10lg(S1)20lg(E1 )
S0
E0
0——主瓣
1——副瓣
d.前后比：天线在正前方和正后方辐射功率之比。
40
方向系数
定义
参考标准：通常取一个假想的无方向性天线（点源）， 即在空间各个方向上具有均匀辐射的天线作为参考标 准。
铅垂平面
c) 超高频天线
E面：最大辐射方向和电场所在的平面
35 H面：最大辐射方向和磁场所在的平面
c.极坐标方向图和直角坐标方向图
36
d.分贝方向图：用分贝表示
P (,) ( d B ) 1 0 l g P (,) 2 0 l g F (,)
37
方向图的构成
主瓣：包含最大辐射方向的瓣 副瓣：除主瓣之外的瓣 后瓣：处于主瓣后方的瓣 栅瓣：在不希望的方向上出现的与主瓣相等的瓣
27
28
(4) 天线的方向性：
方向性函数
29
30
例：基本电振子的辐射方向图
31
32
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
方向图
将方向函数用图形表示就称为天线的 方向图。 1) 方向图分类 a . 立体方向图
天线的辐射作用分布于整个空间，因 而天线的方向图是一个三度空间的分布 图形。
优点：形象，直观。 缺点：复杂，难画。
33
b.平面方向图
被研究天线：Smax Emax Pr Umax 参考点源： S0 E0 Pr0 U0
则天线在最大辐射方向的方向系数：
41
D DS S E E U U m ax
m ax 0 P r P r0
2 m ax
2 0 P r P r0
m ax 0 P r P r0
(3 2 0 )
天线的方向性系数也可以定义为：当同一接收点（位 于被研究天线的最大辐射方向）上辐射功率密度或场 强相同时，参考天线与被研究天线的辐射功率之比， 即
第三章 天线的性能参数
吕剑刚 lv.jian.gang@
1
本章主要内容
场区划分 天线参数计算 相关定理 对称振子
2
3.1 场区的划分
1. 远场近似
A
J
e-j kR
dv'
v'
4 R
R———源点到场点的矢径； 在直角坐标系中 R (x x')2 (y y')2 (z z')2
8 •场的角分布与距离无关。
3.
近场区的定义：
r 2D2
为近场区
若R的近似取前三项，令第四项的最大值为λ/16
则可得
r 0.62 D3
1） 0.62D 3/r2D 2/为辐射近场区
辐射功率>无功功率
场的方向图是r的函数
可能有相当大的径向分量
2） 0r0.62D3/ 为感应近场区
9
无功功率占优势
DD P P max
r0 r EmaxrE0
(321)
42
对最大方向场强的影响
1)无方向性天线的场强
S0
Pr 0
4r 2
S0
E0 2 240
(S01 2E0H0*1 2E0 H0er2 E4 00 2er)
43
44
方向性系数的计算公式
45
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47
48
49
50
（5）增益系数
51
52
由于立体方向图复杂难画，一般只绘出两个互相垂直的 典型平面的方向图，用来联想场在空间分布的大致情况。
立体方向图可用几个平面的图形来表征。
34
主平面：两个相互垂直的平面
主平面的选取
a) 线天线
子午面（E面）：包含天线导线轴的平面
赤道面（H面）：垂直于天线导线轴的平面
b) 架设在地面上的天线
c) 水平平面
sin
e jkr
H
Il j
4 r
sin e jkr
Er 0 H r H E 0
17
18
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（2）辐射阻抗和输入阻抗
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24
（3）天线的效率
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各波段天线的效率 长中波天线：辐射效率低，可能低于10% 原因：天线的长度和高度与波长比较小
馈线间的阻抗匹配较差 超短波、微波天线：效率较高，甚至达100%