本课主要内容
天线基础知识 常用天线 电波传播的基础知识 地面波传播
天波传播
视距传播 地面移动通信中接收场强的预测
课程要求
1.了解天线的基本特性和电参数；
2.掌握电波传播的基本概念； 3.掌握电波传播的基本特点和规律； 4.了解地面移动通信接收场强的预测方法。
教材：
《天线与电波传播》宋铮、张建华、黄冶
（3）天线的几何尺寸：要有一定的电长度
振 子 电场
磁场 电场 电波传输方向
磁场 电场
绪
论
6.天线的分类
按用途：通信、广播电视、雷达、导航天线 按波长：中波、短波、超短波、微波天线 按状态：发射天线、接收天线、收发共用天线 按极化方式：线极化、圆极化、椭圆极化天线 按天线特色：超宽带天线、非频变天线、 自适应天线、智能天线等。
舰载通信、雷达天线
பைடு நூலகம்
雷 达 天 线
第 1章
天线基础知识
本次课主要内容 1.绪论
(1)天线在无线电通信系统中的地位
(2)天线的定义、作用
2.电基本振子的辐射
(1)电基本振子辐射场表达式 (2)电基本振子的辐射特性（重点）
绪
论
1.天线在无线电通信系统中的地位 天线是任何无线电通信系统都离不开的 重要前端器件。 2.天线的作用 （１）将发射机输出的高频电流能量转换成电 磁波辐射出去。 （２）将空间电磁波信号转换成高频电流能量 送给接收机。
西安电子科技大学出版社 2003
参考书：
1.《天线与电波》周朝栋，王元坤，杨恩耀 西安电子科技大学出版社 2.《天线与电波传播》李 莉 1994
科学出版社
2009
哪些地方需要天线？
中 波 广 播 天 线
移动通信基站天线
小灵通基站天线
手机天线
卫星通信天线
云 南 天 文 台 天 线
双频通信天线
绪
论
绪
论
第 1章
天线基础知识
1.1.1 电基本振子的辐射
电基本振子： 又称电流元，它是指一 段理想的高频电流直导线，
z Er

I l O r E
H
y
，半径 a l ， 振子沿线的电流 I 处处等幅同相。
其长度 l

x
电基本振子的辐射特性是研究更复杂天线辐射 特性的基础。
第 1章
(1―1―1)
第 1章
天线基础知识
其中：
：电场强度 （V/m）
H ：磁场强度
（A/m）
自由空间相移常数： k 0 0 2 自由空间介电常数： 0
1 10 9 36
rad m
F m
7 4 10 自由空间导磁系数： 0
H m
场强的下标r、θ、φ表示球坐标系中矢量的各分量

得到
I l cos Er 0 20
I l sin E 0 40
k 1 jkr 2 3 e jr r
k2 1 1 jkr j j e 2 3 r r r
E 0
第 1章
天线基础知识
电基本振子在无限大自由空间中场强的表达式为
绪
论
通常按天线原理分为两大类：
线天线：用于长波、短波、超短波
面天线：用于微波
7.天线研究方法 (1)精确解法：求解麦克斯韦方程组 (2)近似解法：微扰法、变分法、迭代法、 几何光学法、几何绕射法
(3)数值解法：矩量法、有限元法
绪
论
8.对天线的基本要求
(１) 具有一定的方向特性；
(２) 较高的转换效率； (３) 能满足系统正常工作的频带宽度。 9.天线分析、设计及仿真软件 （1）MATLAB （2）CST MWS （3）HFSS
eR R 2 sin A R ＡR

e R sin RＡ
e R R sin Ａ
得到
H
I 0 l sin 4
k 1 jkr j 2 e r r
Hr 0
H 0

由
1 E H j
Hr 0 H 0 Il k 1 jkr H sin j 2 e 4 r r Il 2 1 jkr k Er cos 2 j 3 e 4 0 r r k2 k Il 1 1 jkr E sin j 2 j 3 e 4 0 r r r E 0

' ' '
jkr u ' ' ' e ' A( x, y, z ) I ( x , y , z ) dl 4 r l


根据 l a l 上式可以表示成
I 0 jkr l /2 ' I 0l jkr A x , y , z ez e l /2dz ez e 4 r 4 r
第 1章
天线基础知识
写成矢量表达式为
E Er er E e H H e
大方向的单位矢量。

(1―1―2)

引用直角坐标和球坐标的变换关系

可以得出关系式
I 0le jkr Ar Az cos cos 4r I 0le jkr A Az sin sin 4r
A 0

依据
H
1
0
A e
1 Ar rA r r
绪
论
3.天线的定义
天线是用来辐射或接收无线电波的装置。 4.天线辐射过程 天线在外加高频激励源的作用下，在其 周围激发起交变电场和磁场，这种交变的磁 场和电场周而复始地相互作用、相互转化， 形成电磁波，并以一定的速度向周围空间传 播出去。
绪
论
5.天线有效辐射的条件
（1）天线激励源频率：要有合适的激励频率 （2）天线的几何形状：必须是开放系统
天线基础知识
z
P
首先建立模型，然后求其辐射场
电基本振子模型： 一段理想高频电流直导线，
r
θ
l
， a l ，
x
l
O y φ P'
沿线电流等幅同相。
：为射线OP与振子轴（z轴）之间的夹角 ：为OP在xoy平面的投影OP′与x轴之间的夹角
电流分布 I ( x , y , z ) I ez 矢量磁位可以表示成：