《微波测量基础》第6章天线测量.pptx

第6章 天线测量天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒 介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用 来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、 遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工 作。天线是用金属导线、金属面或其他介质材料构成一定形状，架设在一定空 间，将从发射机馈给的射频电能转换为向空间辐射的电磁波能，或者把空间传播 的电磁波能转化为射频电能并输送到接收机的装置。天线电性能主要参数电路特性参数辐射特性参数输入阻抗增益方向图效率半功率波束宽度方向性驻波比前后比频带宽度圆度(全向天线)三阶交调交叉极化鉴别率副瓣抑制(赋形)幅相一致性(智能天线)相位有源驻波比(智能天线)零点填充(赋形)隔离度(多端口天线)电下倾角精度惠更斯—菲涅尔原理该原理实质是一个等效原理，它指 出了场源与场的相互关系 。惠更斯—菲涅尔原理：围绕辐射源 作一个封闭面，封闭面外任意点M处的 辐射场可以看作是把封闭面上的每一点 都当作新的小辐射源，每个小辐射源在 M点处产生的辐射场的总和就构成了M 点处的总辐射场强。ReciprocityTransmission and reception antennas can be used interchangeablyMedium must be linear, passive and isotropicCaveat: Antennas are usually optimised for reception or transmission not both !6.1 天线的基本参数通常是以发射天线来定义天线的基 本参数的，这些参数将描述天线把高频 电流能量转换成电磁波能量并按要求辐 射出去的能力。1、方向性函数和方向性图天线辐射特性与空间坐标之间的函数关系式称 为天线的方向性函数.根据方向性函数绘制的图形则 称为天线的方向性图。定义天线的方向性函数：在 离开天线一定距离处，描述天线辐射场的相对值与 空 间 方 向 的 函数关系，称为方向性函数，表示 f ?? ,? ?为。? 为便于比较不同天线的方向特性，通常采用归一化方 向性函数。定义为 E ?? ,? ? f ?? ,? ? F ?? ,? ? ? ?f ?? ,? ?Emaxmax?? ,? ?? 式中的 E ?? ,? ? 为指定距离上某方向的电场强度为同一距离上的最大电场强度值；f (? ,? ) 为max值， Emax方向性函数的最大值。? 实际应用的天线的方向性图要比电偶极子的方向性复 杂，出现很多波瓣，分别称为主瓣和副瓣，有时还将 主瓣正后方的波瓣称为后瓣。主瓣轴1.00.50.5半功率点半功率波束宽度(HPBW)副 瓣典型的功率方向图? 通常考虑以下几个参数：（1）主瓣宽度主瓣轴线两侧的两个半功率点（即功率密度下降1为最大值的一半或场强下降为最大值的）的矢径2之间的夹角，称为主瓣宽度，表示为2?0.5 （E面）或2?0.5（H面）。主瓣宽度愈小，说明天线辐射的能量愈集 中，定向性愈好。电偶极子的主瓣宽度为 900 。（2）副瓣电平最大副瓣的功率密度S1和主瓣功率密度S0之比的 对数值，称为副瓣电平表示为? ?S1SLL ? 10 lgdB??? S0 ?通常要求副瓣电平尽可能低。（3）前后比主瓣功率密度S0与后瓣功率密度Sb之比的对数 值，称为前后比。表示为? ?S0FB ? 10 lgdB??? Sb ?通常要求前后比尽可能大。2．方向性系数在相等的辐射功率下，受试天线在其最大辐射方 向上某点产生的功率密度与一理想的无方向性天线在 同一点产生的功率密度的比值，定义为受试天线的方 向性系数。表示为E2SD ? max ? max S02EP ?PP ?P0r r 0r r 0? 式中的Pr和Pr0分别为受试天线和理想的无方向性天线 的辐射功率。1 E2 ?? ,? ? ? ?Pr ?S ds ?ds平均?0s 2s? 1 2? ??E 2? ??F 2? ,? ? r2 sin? d? d??? ?max2?000E2 r2 max 240?2? ?F 2 ?? ,? ?sin? d? d????00? 故240? PrE 2?max2? ?F ?? ,? ?sin? d? d?22r ??00? 而理想的无方向性天线的辐射功率为E2E2 r 2P ? S ? 4? r 2 ? 0 ? 4? r2 ? 0 r 0 02?060? 故E2 ? 60Pr 00r2? 则E 24?D ? max ?2? ?2EF ?? ,? ?sin? d? d?2? ?