微波天线(2)

基本振子和磁基本振子的方向函数，然后引出天线的电参数，例如，方向参数（水平面，铅垂平面，E平面，H平面）特性参数（主瓣宽度，旁瓣电平，前后比，方向系数）最后介绍了接收天线的理论。

接收天线理论包括天线接收的物理过程及收发互易性，有效接收面积，等效噪声温度，接收天线的方向性。 第七章 电波传播概论

1. 天波通信：指自发射天线发出的电波在高空被电离层反射后到达接收点的传播方式，也成为

电离层电波传播。主要用于中波和短波波段

2. 地波通信：无线电波沿地球表面传播的传播方式。主要用于长、中波波段和短波的低频段。

3. 视距波通信：指发射天线和接收天线处于相互能看见的视距距离内的传播方式。地面通信、

卫星通信以及雷达等都可以采用这种传播方式。主要用于超短波和微波波段的电波传播 天线的作用

无线电波传输是产生失真的原因

无线电波通过煤质除产生传输损耗外，还会使信号产生失真——振幅失真和相位失真 两个原因： 1. 煤质的色散效应 ：色散效应是由于不同频率的无线电波在煤质中的传播速度有差别而引

起的信号失真。

2. 随机多径传输效应 ：会引起信号畸变。因为无线电波在传输时通过两个以上不同长度的路

径到达接收点。接收天线收到的信号是几个不同路径传来的电场强度之 和。

根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播分为四种：（1）视距传播（2）天波传播（3）地面波传播（4）不均匀媒质传播 1.了解无线电波在自由空间的传播及传输媒质对电波传播的影响：①传输损耗（信道损耗）②衰落现象 ③传输失真 ④电波传播方向的变化

（1）视距传播：指发射天线和接收天线处于相互能看见的视线距离内的传播方式

（2）天波传播：指自发射天线发出的电波在高空被电离层反射后到达接收点的传播方式

（3）地面波传播：无线电波沿地球表面传播的传播方式称为地面波传播，当天线低架于地面，且最大辐射方向沿地面时，这时主要是地面波传播。

（4）不均匀媒质的散射传播：电波在低空对流层或高空电离层下缘遇到不均匀的“介质团”时就会发生散射，散射波的一部分到达接收天线处，这种传播方式称为不均匀媒质的散射传播 第八章 线天线

横向尺寸远小于纵向尺寸并小于波长的细长结构的天线称为线天线 1.认识对称振子天线 2.分析天线阵的方向性：为了加强天线的方向性，将若干辐射单元按某种方式排列所构成的系统称为天线阵 3.直立振子天线：垂直于地面或导电平面架设的天线称为直立振子天线，它广泛

地应用于长、中、短波及超短波波段。 3.水平振子天线： 特点：

①水平振子天线架设和馈电方便

②地面电导率的变化对水平振子天线的影响较直立天线小

③工业干扰大多是垂直极化波，因此用水平振子天线可减小干扰对接收的影响 4.引向天线：又称八木天线，它由一个有源振子及若干个无源振子组成 5电视发射天线： 特点：①频率范围宽 ②覆盖面积大 ③在以零辐射方向为中心的一定的立体角对的区域内，电视信号变得十分微弱，因此零辐射方向的出现，对电视广播来说是不好的 ④由于工业干扰大多是垂直极化波，即天线及其辐射电场平行于地面⑤为了扩大服务范围，发射天线必须架在高达建筑物的顶端或专用的电视塔上。 6.移动通信基站天线： 特点：

①为尽可能避免地形、地物的阻挡，天线应架设在很高的地方，这就要求天线有足够的机械强度和稳定性

②为使用户在移动状态下使用方便，天线应采用垂直极化

③根据组网方式的不同，如果是顶点激励，采用扇形天线；如果是中心激励，采用全向天线

④为了节省发射机功率，天线增益应尽可能的高

⑤为了提高天线的效率及宽带，天线与馈线应良好地匹配。

7.螺旋天线：将导线绕制成螺旋形线圈而构成的天线称为螺旋天线

8.行波天线：如果天线上电流分布是行波，则此天线称为行波天线。它是由导线末端接匹配负载来消除反射波而构成的。

9.宽频带天线：按工程上的习惯用法，若天线的阻抗、方向图等电特性在一倍或几倍频程范围内无明显变化，就可称为宽频带天线。

10.缝隙天线：如果在同轴线、波导管或空腔谐振器的导体壁上开一条或数条窄缝，可使电磁波通过缝隙向外空间辐射而形成一种天线，这种天线就称为缝隙天线。

11.微带天线：特点：体积小、重量轻、低剖面，适合大规模生产。 12.智能天线： 优点：（1）具有较高的接收灵敏度

（2）使空分多址系统称为可能 （3）消除在上下链路中的干扰 (4)抑制多径衰落效应。 第九章 面天线

面天线所载的电流是沿天线体金属表面分布，且面天线的口径尺寸远大于工作波长，它常用在无线电频谱的高频端，特别是微波波段。 1.惠更斯元的辐射：惠更斯元具有单向辐射特性

2.根据平面口径辐射的一般表达式进而了解矩形口径及圆口径的一般辐射特性 3.旋转抛物面天线：分析方法：口径场法和面电流法 4.卡塞格伦天线：

优点：(1)由于天线有两个反射面，几何参数增多，便于按照各种需要灵活地进

行设计

(2)可以采用短焦距抛物面天线作主反射面，减少了天线的纵向尺寸 (3)由于采用了副反射面，馈源可以安装在抛物面顶点附近，使馈源和接收机之间的传输线缩短，减小了传输线损耗所造成的噪声。

相控雷达：相控阵雷达又称作相位阵列雷达，是一种以改变雷达波相位来改变波束方向的雷达，因为是以电子方式控制波束而非传统的机械转动天线面方式，故又称电子扫描雷达。

相控阵雷达有相当密集的天线阵列，在传统雷达天线面的面积上可安装上千个相控阵天线，任何一个天线都可收发雷达波，而相邻的数个天线即具有一个雷达的功能。扫描时，选定其中一个区块(数个天线单元)或数个区块对单一目标或区域进行扫描，因此整个雷达可同时对许多目标或区域进行扫描或追踪，具有多个雷达的功能。由于一个雷达可同时针对不同方向进行扫描，再加之扫描方式为电子控制而不必由机械转动，因此资料更新率大大提高，机械扫描雷达因受限于机械转动频率因而资料更新周期为秒或十秒级，电子扫描雷达则为毫秒或微秒级。因而它更适於对付高机动目标。此外由於可发射窄波束，因而也可充当电子战天线使用，如电磁干扰甚至是构想中发射反相位雷达波来抵消探测电波等。

它与机械扫描天线系统相比，有许多显著的优点。例如、相控阵省略了整个天线驱动系统，其中个别部件发生故障时，仍保持较高的可靠性，平均无故障时间为10万小时，而机械扫描雷达天线的平均无故障时间小于1000小时。 相控阵雷达使用1个不动的天线阵面，就可以对120度扇面内的目标进行探测，使用3个天线阵面，就能实现360度无间断的目标探测和跟踪。“铺路爪”就有3个固定不动的大型天线面阵，可以对360度范围内的目标进行探测，探测距离达5000公里

参考文献:

《微波技术与天线》课程教学中理论性与工程应用性的结合探讨-科技资讯

微波技术与天线-电磁波导行与辐射工程-(第二版)

天线原理

微波技术 微博原理

雷达原理及技术

下面是我对此门课程心得体会以及对老师的个人感受

首先，我要特别谢谢老师您在这一年来对我们的宽容与关爱，因为您是唯一一个教我们两门课程并且陪伴我们两个学期的老师，所以跟我们在一起相处的时间还是比较多的。在您的课堂上不仅有难懂的课本知识，您也常常跟我们讲一讲课外的有趣生活。这让我们对大学课堂充满了兴趣。虽然这两门课您都没用PPT，而是用传统的方式，但您幽默的讲课方式也让我们对您有了很好的认识。我们更多的把您看作我们的朋友，也希望我们有更多的机会与您交流。

其次，我谈谈对这门课程的理解与认识，了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础、微波元器件、天线辐射与接收理论、电波传播概论、线天线的基本知识（无耗传输线的行波状态（Z=Z0,Г=0）：1）沿线电压和电流振幅不变，驻波比 ρ=1 2) 电压和电流在任意点上都同相。3）传输线上各垫阻抗均等于传输线特性阻抗。 二、纯驻波状态：负载阻抗必须为短路（Z=0）开路（Z→∞）或纯电抗（Z=jX）三种情况之一。

无耗传输线的纯驻波状态（即全反射状态|Г|=1，负载阻抗满足| Z1-Z0/Z1+Z0|=|Г1|=1）： 1）沿线各点电压和电流振幅按余弦变化，电压和电流相位差90°，功率为无功功率，即无能量传输。

2）在z=nλ/2(n=0,1,2,?)处电压为零，电流的振幅值最大且等于2|A1|/Z0，称这些位置为电压波节点，在Z=(2n+1)λ/4(n=0,1,2,?)处电压的振幅值最大且等于2|A1|，而电流为零，称这些位置为电压波腹点。

3）传输线上各垫阻抗为纯电抗，在电压波节点处Zin=0,相当于串联谐振；在电压波腹点处|Zin|→∞，相当于并联谐振；在0

三、 阻抗圆图特点：1）在阻抗圆图的上半圆内的电抗X>0呈感性，下半圆内的电抗X< 0呈容性。

2）实轴上的点代表纯电阻点，左半轴上的点为电压波节点，其上的刻度既代表rmin 又代表行波系数K，右半轴上的点为电压波腹点，其上的刻度既代表rmax又代表驻波比ρ。 3）圆图旋转一周为λ/2. 4）|Г|=1的圆周上的点代表纯电抗点。

5）实轴左端点为短路点，右端点为开路点，中心点处有ˉz=1+j0,是匹配点。 6）在传输线上由负载向电源方向移动时再圆图上应顺时针旋转；反之，由电源向负载方向移动时，应逆时针旋转。

四、 电基本振子是一段长度l远小于波长，电流I振幅均匀分布，相位相同的

直流电流元。 它是线天线的基本组成部分，任意线天线均可看出是由一系列电基本振子构成的。 电基本振子的电磁场特性：1 近场区 1） 在近区，电场Еθ和Er与静电场问题中的电偶极子的电场相似，磁场Hφ和恒定点流场

问题中的电流元的磁场相似，所以近区称为准静态场。 2） 由于场强与1/r的高次方成正比，所以近区场随距离的增大而迅速减小，即离天线较远

时可以任务近区场近似为零。 3） 电场与磁场相位相差90°，说明坡印廷矢量为虚数，也就是说，电磁能量在场源和场之

间来回振荡，没有能量向外辐射，所以近场区又称为感应场。 2 远场区

1）在远区，电基本振子的场只有Eθ和Hφ两个分量，它们在空间上相互垂直，在时间上同相位，所以其坡印廷矢量S=1/2E*H是实数，且指向r方向。这说明电基本振子的远区场是一个沿着径向向外传播的横电磁波，故远区场又称辐射场。

2）Eθ/Hφ=η=√μ。/ε。=120Ν π是一常数，即等于媒质的本征阻抗，因而远区场具有与平面波相同的特性。

3）辐射场的强度与距离成反比，随着距离的增大，辐射场减小。这是因为辐射场是以球面波的形式向外扩散的，当距离增大时，辐射能量分布到更大的球面面积上。 4）在不同的方向上。辐射强度是不等的。这说明电基本振子的辐射是有方向性的。 五、 所谓的天线方向图，是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强（归一化模值）随方向变化的曲线图，通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。

E平面：就是电场矢量所在的平面，对于沿Z轴放置的电基本振子而言，子午平面是E平面。 H平面：就是磁场矢量所在的平面，对于沿Z轴放置的电基本振子，赤道平面是H面。 主瓣宽度是衡量天线的最大辐射区域的尖锐程度的物理量。

天线效率定义为天线辐射功率与输入功率之比，即：η=Pξ/ Pξ+P1. 增益系数是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数，它是方向系数与天线效率的乘积， 记为G，即G=D*ηA。

无耗传输线上距离为λ/4的任意两点处阻抗的乘积均等于传输线特性阻抗的平方，这种特性称之为λ/4的阻抗变换性。 无耗传输线任意相距λ/2处的阻抗相同，一般称为λ/2重复性。 对无耗传输线来说，其传输特性均有λ/2重复性和λ/4变换性。 阻抗匹配具有三种不同的含义：负载阻抗匹配；源阻抗匹配；共轭阻抗匹配。 天线种类很多，按用途分：通信天线，广播天线，雷达天线等。 按辐射元的类型分：线天线和面天线。

把天线和发射机或接受机连接起来的系统成为馈线系统。

对称振子天线是由两根粗细和长度都相同的导线构成，中间为两个馈电端。 元因子表示组成天线阵的单个辐射元的方向图函数，其值取决于天线元本身的类型和尺寸。 阵因子表示各向同性元所组成的天线阵的方向性，其值取决于天线阵的排列方式及其天线元上激励电流的相对振幅和相位，与天线元本身的类型和尺寸无关。 在各天线元为相似元的条件下，天线阵的方向图函数是单元因子与阵因子之积，这个特性称为方向图乘积定理。

微波属于无线电波中波长最短（即频率最高）的波段，其频率范围从300MHZ（波长1M）至3000GHZ（波长0.1mm）.

微波主要研究如何引导电磁波在微波传输系统中的有效传输。 天线的任务是将

导行波变换为向空间定向辐射的电磁波，或将在空间传播的电磁波变为微波设备中的导行波。

微波传输线的作用是引导电磁波沿一定方向传输，因此又称为导波系统，其所导引的电磁波被称为导行波，一般将截面尺寸，形状，媒质分布，材料及边界条件均不变的导波系统称为规则导波系统，又称为均匀传输线。把导行波传输的方向称为纵向，垂直与导波传播的方向称为横向。无纵向电磁场分量的电磁波称为横电磁场波即：TEM波。

微波传输线三种类型：1）双导体传输线。2）均匀填充介质的金属波导管。3）介质传输线将传输线上导行波的电压与电流之比定义为传输线的特性阻抗，用Z0表示，其倒数称为特性导纳，用Y0表示。

传输线上的相速定义为电压，电流入射波（或反射波）等相位面沿传输方向的传输速度，用Vp表示。Vp=ω/β。

微波阻抗三个重要物理量：输入阻抗；反射系数；驻波比。

定义传输线上任意一点Z处的输入电压和输入电流之比为该点的输入阻抗，记做Zin，即：Zin=U(Z)/I(Z).

定义传输线上任意一点Z处的反射波电压（或电流）与入射波电压（或电流）之比为电压（或电流）反射系数。

对均匀无耗传输线来说，任意点反射系数Г（z）大小均相等，沿线只有相位按周期变化，其周期为λ/2，即反射系数也具有λ/2重复性。

定义传输线上波腹点电压振幅与波节点电压振幅之比为电压驻波比，用ρ表示。 无耗传输线有三种不同的工作状态：1）行波状态2）纯驻波状态3）行驻波状态。

行波状态是无反射的传输状态，反射系数Г1=0,而负载阻抗等于传输线的特性阻抗Z=Z）如有不足的地方还请老师谅解！

通过学习这门课程，让我对微波技术与天线有了新的认识，知道了天线有那么多种类以及它们的特点和用途，并且传输过程特别复杂。我也认识到了许多微波的知识，让我对微波有了更深一步的了解。可能在平时的学习中没有特别认真的去钻研，但是老师幽默风趣的讲课方式也让我对这门课有了兴趣。对于现在的通信时代，网络成为我们生活中必不可少的，因此，我们对于信号的强弱和传输快慢的要求也非常高。研究这门课程使我们对于现代光纤技术也有了一定的了解，光纤之所以这么受欢迎也是因为它满足了现在社会对网络的需求。我们也通过课程考查报告对这门课有了很多的认识。接下来，我会在课余时间更多的去了解这门课程，因为这对我们以后的技术工作有很好的指导。这门课程的许多理论和原理也对我们学习专业的通信工程有很大帮助。

最后再次感谢老师对我们的培养，祝老师工作顺利，家庭幸福！

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