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1、第1章天线基础知识1.1天线的电参数1.2天线辐射基础1.3常见天线分类1.4阵列天线1.5智能天线1.1发射天线的电参数描述天线工作特性的参数称为天线电参数(BasicAntennaParameters)，又称电指标。它们是定量衡量天线性能的尺度。我们有必要了解天线电参数，以便正确设计或选择天线。大多数天线电参数是针对发射状态规定的，以衡量天线把高频电流能量转变成空间电波能量以及定向辐射的能力。下面介绍发射天线的主要电参数，并且以电基本振子为例说明之。1.1.1方向函数天线辐射出去的电磁波虽然是一球面波，但却不是均匀球面波，因
2、此，任何一个天线的辐射场都具有方向性。所谓方向性函数，就是在相同距离r的条件下天线辐射场的相对值与空间方向（俯仰角θ、方位角φ）的关系f(θ,φ)，如图1所示。图1基本电振子1.1.2方向图将方向函数用曲线描绘出来，称之为方向图(FileldPattern)。方向图就是与天线等距离处，天线辐射场大小在空间中的相对分布随方向变化的图形。依据归一化方向函数而绘出的为归一化方向图。变化θ及φ得出的方向图是立体方向图。对于电基本振子，由于归一化方向函数F(θ,φ)=
3、sinθ
4、，因此其立体方向图如图2所示。图2基本振子立体方向图在实际中
5、，工程上常常采用两个特定正交平面方向图。在自由空间中，两个最重要的平面方向图是E面和H面方向图。E面即电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面；H面即磁场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面。方向图可用极坐标绘制，角度表示方向，矢径表示场强大小。这种图形直观性强，但零点或最小值不易分清。方向图也可用直角坐标绘制，横坐标表示方向角，纵坐标表示辐射幅值。由于横坐标可按任意标尺扩展，故图形清晰。如图3所示，对于球坐标系中的沿z轴放置的电基本振子而言，E面即为包含z轴的任一平面，例如yOz面，此面的方向函数FE(θ)=
6、sinθ
7、。而H
8、面即为xOy面，此面的方向函数FH(φ)=1，如图4所示，H面的归一化方向图为一单位圆。E面和H面方向图就是立体方向图沿E面和H面两个主平面的剖面图。图3电基本振子E平面方向图图4电基本振子H平面方向图有时还需要讨论辐射的功率密度（坡印廷矢量模值）与方向之间的关系，因此引进功率方向图（PowerPattern）Φ(θ,φ)。容易得出，它与场强方向图之间的关系为Φ(θ,φ)=F2(θ,φ)电基本振子E平面功率方向图也如图3所示。1.1.3方向图参数实际天线的方向图要比电基本振子的复杂，通常有多个波瓣，它可细分为主瓣、副瓣和后瓣，如
9、图5所示。用来描述方向图的参数通常有：(1)零功率点波瓣宽度（BeamWidthbetweenFirstNulls,BWFN)2θ0E或2θ0H(下标E、H表示E、H面，下同）：指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角。图5天线方向图的一般形状(2)半功率点波瓣宽度（HalfPowerBeamWidth,HPBW）2θ0.5E或2θ0.5H:指主瓣最大值两边场强等于最大值的0.707倍（或等于最大功率密度的一半）的两辐射方向之间的夹角，又叫3分贝波束宽度。如果天线的方向图只有一个强的主瓣，其它副瓣均较弱，则它的定向辐射性能的强弱
10、就可以从两个主平面内的半功率点波瓣宽度来判断。(3)副瓣电平（SideLobeLever,SLL）:指副瓣最大值与主瓣最大值之比，一般以分贝表示，即（1―2―8）式中，Sav,max2和Sav,max分别为最大副瓣和主瓣的功率密度最大值；Emax2和Emax分别为最大副瓣和主瓣的场强最大值。副瓣一般指向不需要辐射的区域，因此要求天线的副瓣电平应尽可能地低。（4）前后比:指主瓣最大值与后瓣最大值之比，通常也用分贝表示。1.1.4方向系数上述方向图参数虽能从一定程度上描述方向图的状态，但它们一般仅能反映方向图中特定方向的辐射强弱程度
11、，未能反映辐射在全空间的分布状态，因而不能单独体现天线的定向辐射能力。为了更精确地比较不同天线之间的方向性，需要引入一个能定量地表示天线定向辐射能力的电参数，这就是方向系数(Directivity)。方向系数的定义是：在同一距离及相同辐射功率的条件下,某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax（或场强
12、Emax
13、2的平方）和无方向性天线(点源)的辐射功率密度S0（或场强
14、E0
15、2的平方）之比，记为D。用公式表示如下：（1）1.1.5天线效率一般来说,载有高频电流的天线导体及其绝缘介质都会产生损耗，因此输入天线的实功率并不能全部
16、地转换成电磁波能量。可以用天线效率(Efficiency)来表示这种能量转换的有效程度。天线效率定义为天线辐射功率Pr与输入功率Pin之比，记为ηA，即1.1.6增益系数方向系数只是衡量天线定向辐射特性的参数，它只决定于方向图；天线效率则表示了天线在能量上的转换
