问题：如何评价两幅天线的优劣？ 当天线的形式及其上的电流分布确定之后，天线 所产生的辐射场便唯一确定了。通常我们可以利用所 学的电流元的辐射场叠加（积分）来求出特定天线的 辐射场。不同天线具有不同形式或不同的源分布，因 而具有不同的辐射场分布。在实际工程中，如果用不 同的辐射场来比较不同天线在某一方面的特性孰优孰 劣的话，既不直观又不方便，因而往往采用天线电参 数来说明。天线的电参数就是描述天线某一方面特性 的参数，它是定量衡量天线性能的尺度。 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 1 问题：如何评价两幅天线的优劣？ 当天线的形式及其上的电流分布确定之后，天线 所产生的辐射场便唯一确定了。通常我们可以利用所 学的电流元的辐射场叠加（积分）来求出特定天线的 辐射场。不同天线具有不同形式或不同的源分布，因 而具有不同的辐射场分布。在实际工程中，如果用不 同的辐射场来比较不同天线在某一方面的特性孰优孰 劣的话，既不直观又不方便，因而往往采用天线电参 数来说明。天线的电参数就是描述天线某一方面特性 的参数，它是定量衡量天线性能的尺度
天线用于发射无线电波（电磁波）时，我们称之 为发射天线，为考察其性能，提出电参数概念。大多 数天线电参数都是针对发射状态定义的，以衡量天线 把高频电流能量转换成空间电磁波能量以及定向辐射 的能力。而输入阻抗和辐射阻抗是衡量天线电路方面 的参数。 方向函数方向图方向参数方向系数 天线效率增益 天线的极化 有效长度 频带宽度 输入阻抗/辐射阻抗 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 2
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 2 天线用于发射无线电波（电磁波）时，我们称之 为发射天线，为考察其性能，提出电参数概念。大多 数天线电参数都是针对发射状态定义的，以衡量天线 把高频电流能量转换成空间电磁波能量以及定向辐射 的能力。而输入阻抗和辐射阻抗是衡量天线电路方面 的参数。 方向函数/方向图/方向参数/方向系数 天线效率/增益 天线的极化 有效长度 频带宽度 输入阻抗/辐射阻抗
1、天线效率 天线是把电磁振荡能量转换成电磁波能量的“换 能器”。输入天线的功率并非全部能以电磁波形式辐射 出去，有一部分能量在转换过程会产生损耗。所谓天线 效率是指辐射功率P与天线输入功率Pn之比值，记为nA, 即 P 74= P 式中P为损耗功率。 如果引入辐射电阻R和损耗电阻R,则上式可写为 R 1 nA=R+RL 1+ R STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 3 1、天线效率 天线是把电磁振荡能量转换成电磁波能量的“换 能器” 。输入天线的功率并非全部能以电磁波形式辐射 出去,有一部分能量在转换过程会产生损耗。所谓天线 效率是指辐射功率Pr与天线输入功率Pin之比值,记为ηA , 即 r r A in r L P P P P P 式中PL为损耗功率。 如果引入辐射电阻Rr和损耗电阻RL ,则上式可写为 1 1 r A r L L r R R R R R
电基本振子的辐射场 60πIl E。=j sin Oe-ikr XoY Ar Eol= 60Iπl sin0 a.水平方向图 b.垂直方向图 λ 由上式可知，电基本振子的辐射场在不同的方向上，辐 射场强不同，在天线的轴线上不发生辐射，而在垂直于 天线轴线方向上辐射最强，其他方向上的电场强度在两 者之间。但是电基本振子的电场强度与赤道角φ无关， 具有轴对称性。但是，不管怎样，电基本振子的辐射场 具有方向性，在相同距离条件下，不同方向上，辐射场 不同。事实上，所有实际天线都具有方向性，为了描述 天线的方向性，引入方向函数。 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 4 电基本振子的辐射场 由上式可知，电基本振子的辐射场在不同的方向上，辐 射场强不同，在天线的轴线上不发生辐射，而在垂直于 天线轴线方向上辐射最强，其他方向上的电场强度在两 者之间。但是电基本振子的电场强度与赤道角φ无关， 具有轴对称性。但是，不管怎样，电基本振子的辐射场 具有方向性，在相同距离条件下，不同方向上，辐射场 不同。事实上，所有实际天线都具有方向性，为了描述 天线的方向性，引入方向函数。 60 sin 60 sin jkr Il E j e r I l E r
2、方向性函数和归一化方向性函” 对于线状天线，方向性函数为 F(0,p)= E(0,p) a.水平方向图 b.垂直方向图 603 式中分母部分是线状导线天线随距离及天线体上某 参考点电流强度变化的基本形式，它与方向性无关。用方 向性函数来描绘方向性图，讨论方向性时，可以判定不同尺 度的天线具有不同的辐射能力。 方向图有0和0两个参数，是立体方向图。当固定，φ 变化时，是水平方向图，即E面，当0固定，0变化时， 是铅垂方向图，即H面。 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 5 2、方向性函数和归一化方向性函数 对于线状天线,方向性函数为 ( , ) ( , ) 60 E F I r 式中分母部分是线状导线天线随距离及天线体上某 参考点电流强度变化的基本形式,它与方向性无关。用方 向性函数来描绘方向性图,讨论方向性时,可以判定不同尺 度的天线具有不同的辐射能力。 方向图有φ和θ两个参数，是立体方向图。当θ固定， φ 变化时，是水平方向图，即E面，当φ固定， θ变化时， 是铅垂方向图，即H面
按照天线的方向性对天线的分类： 1、方向性天线 通常是指具有在某些方向上比其它方向更能有效的 辐射或接收电磁波的天线。为了描述方向性，客观上需 要一个在各个方向上都有相同辐射能力的天线作为参考 (实际上，所有真实天线都是方向性天线)。 2、全向性天线 假想的在所有方向上具有相同辐射和接收能力的无损 耗天线。显然，全向天线只能存在于假想中，这种天线 又称为“理想点源天线”。因为即便是最简单的天线 也是有某种程度的方向性的。虽然是假想的且物理不可 实现的，但是，全向天线通常被选为参考，进而来表示 实际天线的方向性。 STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 6
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 6 按照天线的方向性对天线的分类： 1、方向性天线 通常是指具有在某些方向上比其它方向更能有效的 辐射或接收电磁波的天线。为了描述方向性，客观上需 要一个在各个方向上都有相同辐射能力的天线作为参考 （实际上，所有真实天线都是方向性天线）。 2、全向性天线 假想的在所有方向上具有相同辐射和接收能力的无损 耗天线。显然，全向天线只能存在于假想中，这种天线 又称为“理想点源天线” 。因为即便是最简单的天线 也是有某种程度的方向性的。虽然是假想的且物理不可 实现的，但是，全向天线通常被选为参考，进而来表示 实际天线的方向性
三维立体方向图与二维平面方向图 主 辐射强度 + 主瓣 副瓣 旁辩 后瓣 副辦 为辦 后瓣 副辦 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 7 三维立体方向图与二维平面方向图
方向图不容易看出随方向变化时，方向图的尖锐程度，常常 引出归一化方向性函数，即将最大辐射方向场强规定为 “1”,来比较其它方向场强相对值的方法数学表示式为 E(0,0) f(0,0)= E(Oma,pmax） 式中0max,pmax代表最大辐射方向的坐标角。 对称振子的方向函数为： f.)=cos(klcos0)-coski sinO 下图为某些类型的方向性图形。立体的方向性图 形是比较复杂的，常取通过主向的剖面方向性图形来讨 论天线方向性特性，如下图所示，并引用下述波瓣参量。 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 8 式中θmax,φmax代表最大辐射方向的坐标角。 对称振子的方向函数为： 下图为某些类型的方向性图形。立体的方向性图 形是比较复杂的,常取通过主向的剖面方向性图形来讨 论天线方向性特性,如下图所示,并引用下述波瓣参量。 max max ( , ) ( , ) ( , ) E f E cos( cos ) cos ( , ) | | sin kl kl f 方向图不容易看出随方向变化时,方向图的尖锐程度,常常 引出归一化方向性函数,即将最大辐射方向场强规定为 “1”,来比较其它方向场强相对值的方法,数学表示式为
(a) (b) (B)=(cosec)=const. 2按☒父冬x (c) (d) (a)电流元辐射方向图(b)铅笔形方向图 (c)扇形方向图 (d余割平方方向图 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 9 (a)电流元辐射方向图 (b)铅笔形方向图 (c)扇形方向图 (d)余割平方方向图
主向角0max 最大辐射的方向角 主瓣宽度205一主向两侧平均功率流密度为主向一 半，或辐射场强为主向0.707倍的方向所决定的夹角。 主瓣张角20。一主向两侧主瓣零辐射方向间的夹 角。 旁瓣电平L。一主向辐射场强与旁瓣中最大辐射场强 之比，通常用分贝数表示。 L,=201g f(0nax） f(m) =-20lgf(0emax） STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 10
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 10 主向角θmax——最大辐射的方向角 主瓣宽度2θ0.5——主向两侧平均功率流密度为主向一 半,或辐射场强为主向0.707倍的方向所决定的夹角。 主瓣张角2θ0——主向两侧主瓣零辐射方向间的夹 角。 旁瓣电平Ls——主向辐射场强与旁瓣中最大辐射场强 之比,通常用分贝数表示。 max max max ( ) 20lg 20lg ( ) ( ) s e e f L f f