微波及天線筆記

1、 緒論微波：是電磁波中介于超短波與紅外線之間的波段，它屬于無線電波中波長最短（頻率最高）的波段。其頻率范圍從300Mhz（波長1m）至3000GHz（波長0.1m），分為分米波、厘米波、毫米波、亞毫米波。微波的特點：似光性、穿透性、寬頻帶特性、熱效應特性、散射特性、抗低頻干擾特性、視距傳播特性、分布參數(shù)的不確定性、電磁兼容和電磁環(huán)境污染。分析方法：場的分析方法，路的分析方法。（微波網(wǎng)絡） 第一章 1. 微波傳輸線是用以傳輸微波信息和能量的各種形式傳輸系統(tǒng)的總稱，作用：引導電磁波沿一定方向傳輸，因此又稱為導波系統(tǒng)，其所引導的電磁波被稱為導行波。一般將截面尺寸，形狀，媒介分布，材料及邊界條件均不變

2、的導波系統(tǒng)稱為規(guī)則導波系統(tǒng)，又稱為均勻傳輸線。2. 微波傳輸線分為三種類型，雙導體傳輸線：平行雙線、同軸線、帶狀線、微帶線；均勻填充介質的金屬波導管，又稱為波導:矩形、圓、脊形、橢圓波導；介質傳輸線，又稱為表面波波導：介質波導、鏡像線、單根表面波傳輸線；2.特性阻抗：傳輸線上導行波的電壓與電流之比，與工作頻率有關，負載，信源無關。Z0=U+/I+=-U-/I- 駐波比= 3. 傳播常數(shù)：y= 相速Vp= 波長 4. 輸入阻抗：Zin=Z0與工作頻率有關5. 無耗傳輸線阻抗具有重復性和阻抗變換特性；反射系數(shù)也具有重復性；5.反射系數(shù)： 6.行波狀態(tài)：U(z)=U+(z)= I(z)=I+(z)=

3、 T=0 結論：沿線電壓和電流振幅不變，駐波比為1；電壓和電流在任意點上都同相；傳輸線上各點阻抗均等于傳輸線特性阻抗7. 純駐波狀態(tài)：就是全反射狀態(tài)，即終端反射系數(shù)；包括：短路，開路，純電抗短路：沿線各點電壓和電流振幅按余弦變化，電壓和電流相位相差，功率為無功功率，即無能量傳輸；在z=(n=0.1.2)處電壓為零，電流的振幅值最大且等于,稱這些位置為電壓波節(jié)點；在（n=0.1.2）處電壓的振幅值最大且等于2|,而電流為零，稱這些位置為電壓波腹點；傳輸線上各點阻抗為純電抗，在電壓波節(jié)點處=0，相當于串聯(lián)諧振；在電壓波腹點處|，相當于并聯(lián)諧振；在0z內(nèi)，=jX,相當于一個純電感；在z內(nèi)，=-jX,

4、相當于一個純電容，從終端起每隔阻抗性質就變換一次，這種特性稱為阻抗變換性；8.行駐波：當cos()=1,電壓幅度最大，電流幅度最小，為電壓波腹點，Zmax= 當cos()=-1,相反，為電壓波節(jié)點，Zmin= Rmin*Rmax=Z029.阻抗匹配：負載阻抗匹配（無反射波），源阻抗匹配，共軛阻抗匹配阻抗匹配方法: 阻抗匹配法 支節(jié)調(diào)配器法10./4阻抗變換性：無耗傳輸線上距離為/4的任意兩點處的阻抗的乘積均等于傳輸線特性阻抗的平方。Rmin*Rmax=Z02 第二章1.對均勻填充的金屬波導管組 成的規(guī)則金屬波導，一般采用場分析法2.波導傳輸特性：波數(shù)： 相移常數(shù)：相速：波導波長：群速：波阻抗：

5、（空氣中波阻抗為120）傳輸功率:3. 導行波的分類：根據(jù)截至波數(shù)的不同將導行波分為下三種情況：（1） 此時為TEM橫電磁波，可用二維靜態(tài)場分析法或傳輸線方程法分析（2） 磁場純橫向波TM波：，邊界條件： 波阻抗：電場純橫向波TE波：，邊界條件： 波阻抗：(無論TE還是TM波，其相速均比無界媒質空間中的速度快，故稱之為快波)（3） 此時為慢波，只有當某種阻抗壁存在時才有這種可能；（以上三種情況實質上對應了三種波導結構：TEM傳輸線、封閉金屬波導、表面波導）4. 矩形波導：只有TE和TM波（主模為模（截止波長最長）最低次模：傳輸特性：TE和TM的截止波數(shù)均為：對應截止波長：相移常數(shù)： 衰減與波導

6、的材料有關；增大波導高度可以使衰減變小；波導尺寸一定時，隨頻率的提高衰減先減小出現(xiàn)極小點再穩(wěn)步上升；標準波導：5. 圓形波導：也只能傳輸TE和TM波（主模模）幾種常用模式：主模模、圓對稱模、低損耗的模6.激勵波導的方法：電激勵、磁激勵、電流激勵 第三章集成微波傳輸系統(tǒng)可以分為四大類：1、準TEM波傳輸線，主要包括微帶傳輸線和共面波導等；2、非TEM波傳輸線，主要包括槽線、鰭線等；3、開放式介質波導傳輸線，主要包括介質波導、鏡像波導，4、半開放式介質波導，主要包括H形波導、G形波導等。平面型傳輸線分為三類：帶狀線、微帶線、耦合微帶線。帶狀線又稱三板線，是由同軸線演化而來，由兩塊相距為b的接地板與

7、中間寬度為w、厚度為t的矩形截面導體構成，接地板之間填充均勻介質或空氣。帶狀線的傳輸特性參量主要有：特性阻抗、衰減常數(shù)、相速Vp和波導波長1、 特性阻抗;(式中，c為自由空間的光速)2、 帶狀線的衰減主要由導體損耗和介質損耗引起。（式中為帶狀線總的衰減常數(shù)；為導體衰減常數(shù)；為介質衰減常數(shù)）3、帶狀線傳輸?shù)闹髂門EM模，相速和波導波長: Vp=c/； /4、 帶狀線的尺寸選擇：帶狀線的主模為TEM模，但若尺寸選擇不當也會引起高次模TE模和TM模。各模中最低次模的截止波長： ；.為了抑制高次模，帶狀線的最短工作波長應大于最低次模的截止波長。微帶線有雙導體演化而來。微帶線的主要傳輸特性：1、特性阻

8、抗;(式中L、C分別為微帶線上單位場分布電感和電容）2、相速和波導波長：Vp=c/ ；/（：有效介電常數(shù)，取值在1與之間，具體數(shù)值由和邊界條件決定）3、對于均勻傳輸線，其介質衰減常數(shù)實際公式：（=為介質損耗角的填充系數(shù)）耦合微帶傳輸線簡稱耦合微帶線，它由兩根平行放置、彼此靠的很近的微帶線構成，有對稱和不對稱兩種結構，可用來設計各種定向耦合器、濾波器、平衡與不平衡變換器等。一般采用準TEM模的奇偶模法進行分析。波導專指各種形狀的空心金屬波導管和表面波波導（介質波導），前者將被傳輸?shù)碾姶挪ㄍ耆拗圃诮饘俟軆?nèi)，又稱封閉波導；后者將引導的電磁波約束在波導結構的周圍，又稱開波導。圓形介質波導有半徑為a、

9、相對介電常數(shù)為的介質圓柱組成。不存在純TEmn模和TMmn模。模的優(yōu)點:1、它不具有截止波長，而其它模只有當波導直徑大于0.0626時，才有可能傳輸；2、在很寬的頻帶和較大的直徑變化范圍內(nèi)，模的損耗較小；3、它可以直接由矩形波導的主模激勵，而不需要波形變換。介質鏡像線：在圓形介質波導的平面（兩側場分布具有對稱性）放置一金屬導電板而不致影響其電磁場分布，從而可以構成介質鏡像線。H形波導有兩塊平行的金屬板中間插入一塊介質條帶組成，與傳統(tǒng)的金屬波導相比，H形波導具有制作工藝簡單、損耗小、功率容量大、激勵方便等優(yōu)點。H形波導中傳輸?shù)哪Ｊ饺Q于介質條帶的寬度和金屬平板的間距。光纖是由折射率為n1的光學玻

10、璃拉成的纖維作芯，表面覆蓋一層折射率為n2（n2n1）的玻璃或塑料作為套層所構成，也可以在低折射率n2的玻璃細管內(nèi)充以折射率為n1的介質，包層除使傳輸?shù)墓獠馐芡饨绺蓴_之外，還起著控制線芯內(nèi)傳輸模式的作用。光纖的分類：1、按組成材料分類可分為石英玻璃光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層玻璃芯光纖和全塑料光纖。（石英玻璃光纖損耗最小，最適合長距離、大容量通信）2、按折射率分布形狀分為階躍型光纖和漸變型光纖；3、按傳輸模式分為多模光纖和單模光纖。單模光纖：只傳輸一種模式的光纖，傳輸頻帶很寬，容量很大。為避免高次模出現(xiàn)，單模管線的直徑D必須滿足：；（為工作波長）光纖的基本參數(shù)：1、對于傳導模，應滿足：,（

11、k=2/）;對應光波波長（為光纖的相移常數(shù)）2、相對折射率差=（）/,它反映了包層與光纖芯折射率的接近程度。3、折射率分布因子g是描述光纖折射率分布的參數(shù)。對階躍型光纖而言，g;對漸變型光纖，g為某一常數(shù)。當g=2時為拋物型光纖。4、數(shù)值孔徑NA是描述光纖收集光能力的一個參數(shù)，；光纖的傳輸特性：主要參數(shù)有光纖的損耗和色散。光線的損耗大致分為吸收損耗、散射損耗和其他損耗。光纖的損耗由以下原因造成：（1）光能量被光材料吸收變成熱能，（2）光纖結構的不均勻性，光波散射到光纖外面去（3）光纖的彎曲或連接致使光能量損耗。光纖的色散表現(xiàn)為光脈沖寬度展寬，可能使到達接收端的前后兩個脈沖無法分辨，會限制傳送數(shù)

12、據(jù)速率，限制通信容量。光纖色散主要有材料色散、波導色散和模間色散。材料色散是由于制作光纖的材料隨著工作頻率的改變而變化引起的；波導色散是由于波導的結構引起的；模間色散是由于光纖中不同模式有不同的群速度，在輸出端疊加形成展寬了的脈沖波形引起的，只有多模光纖才會存在模間色散。通常用時延差來表示色散引起的光脈沖展寬程度。材料色散：（L為光纖長度，為光源的相對普線密度，為材料色散系數(shù)）光線的損耗影響了傳輸距離，而光纖色散影響了傳輸帶寬和通信容量 第四章1. 等效電壓和等效電流：電壓U（z）和電流I（z）分別與Et和Ht成正比；電壓U（z）和電流I（z）共軛乘積的實部應等于平均傳輸率；電壓和電流之比應等

13、于對應的等效特性阻抗值；2. 模式等效傳輸線：不均勻性的存在使傳輸系統(tǒng)中出現(xiàn)多模傳輸，由于每個模式的功率不受其他模式的影響，而且個模式的傳播常數(shù)也各不相同，因此每個模式可用以獨立的等效傳輸線來表示。3. 阻抗矩陣：；Z11，Z22分別為端口1和2的自阻抗，Z12 Z21分別為端口1和2的互阻抗（轉移阻抗）；4. 導納矩陣：；Y11，Y22分別為端口1和2的自導納，Y12 Y21分別為端口1和2的互導納（轉移導納）；5. 轉移矩陣：；6. 散射矩陣：ai為入射波電壓歸一化值bi為反射波電壓歸一化值7. 傳輸矩陣：T總=T1T2Tn8. 多端口網(wǎng)絡的散射矩陣：性質：互易性：Sij=Sji;無耗性：

14、S+S=E;對稱性：Sij=Sji，Sii=Sjj; 第五章1. 線性互易元器件：只對微波信號進行線性變換而不改變頻率特性，并滿足互易定理，微波連接匹配元件，功率分配元件，微波濾波器件及微波諧振器件；2. 線性非互易元器件：主要指鐵氧體器件，它的散射矩陣不對稱，但仍工作在線性區(qū)域，隔離器，環(huán)形器；3. 非線性元器件：引起頻率的改變，從而實現(xiàn)放大，調(diào)制，變頻。微波電子管，微波晶體管，微波固體諧振器，微波場效應管，微波電真空器件。4. 終端負載元件：連接在傳輸系統(tǒng)終端實現(xiàn)終端短路，匹配或標準失配；1） 短路負載：扼流短路活塞的優(yōu)點損耗小，駐波比可以大于100，但頻帶較窄（10%-15%）。同軸S型

15、扼流短路活塞具有帶寬特性；2） 匹配負載（單端口）：同軸線匹配負載由在同軸線內(nèi)外導體間放置的圓錐形或階梯型吸收體而構成。微帶匹配負載用半圓形的電阻作為吸收體，頻帶寬，功率容量大。3） 失配負載（用于微波測量）：波導失配負載將匹配負載的波導窄邊b制成與標準波導窄邊b0不一樣，使之有一定的反射。5. 微波連接元件：二端口互易元件1） 波導接頭：平法蘭接頭：加工方便，體積小，頻帶寬，要求接觸表面光潔度高；扼流法蘭接頭由一個刻有扼流槽的法蘭和一個平法蘭對接而成，功率容量大，接觸表面光潔度要求不高，工作頻帶窄。2） 衰減元件和相移元件：用來改變導行系統(tǒng)中電磁波的幅度和相位。衰減器在矩形波導中平行于電場方

16、向放置吸收片而構成（固定和可變式）。在波導中改變介質片位置，會改變波導波長，而實現(xiàn)相位的改變。3） 轉換接頭：（微波從一種傳輸系統(tǒng)改變到另一種傳輸系統(tǒng)）如果變換器輸入端輸入的是線極化波，其TE11模的電場與慢波結構所在的平面成45。角，這個線極化分量將分解為垂直和平行于慢波結構所在平面的兩個分量EU和Ev，它們在空間相互垂直且都是主模TE11，只要螺釘數(shù)足夠多或介質板足夠長，就可以使平行分量產(chǎn)生附加90的相位滯后。在極化轉換器的輸出端兩個分量合成的結果是一個圓極化波。6. 阻抗匹配元件：消除反射，提高傳輸效率，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。螺釘調(diào)配器：（窄頻帶）深度不同等效為不同的電抗器件，為避免波導短路擊

17、穿，螺釘設計成容性（深度小于3b/4）。7. 定向耦合器：由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構成。性能指標：耦合度：隔離度： 定向度：輸入駐波比：波導雙孔定向耦合器：主副波導通過其公共窄壁上兩個相距d=(2n+1)g0/4的小孔實現(xiàn)耦合。雙分支定向耦合器：有主副線和兩條分支線組成。平行耦合微帶定向耦合器：反向定向耦合器，偶合輸出端與主輸入端在同一側面。8. 功率分配器：將一路微波功率按一定比例分成n路輸出的功率元件。兩路微帶功率分配器微帶環(huán)形電橋：有全長為3/2的環(huán)及與它相連的四個分支組成，分支與環(huán)并聯(lián)。9. 波導分支器：將微波能量從主波導中分路接出去。E-T分支：E面T型分支器在主波導寬邊面

18、上的分支，其軸線平行于主波導的TE10模的電場方向。H-T分支：在主波導窄邊面上的分支，其軸線平行于主波導的TE10模的磁場方向。匹配雙T：E-T分支和H-T分支合并，并在接頭內(nèi)加匹配以消除各路的反射。10. 多工器：無線系統(tǒng)中將一路寬帶信號分成幾路窄帶信號或將幾路窄帶信號合成一路信號。11. 微波諧振器：由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)而成。矩形空腔諧振器：由一段長為l，兩段短路的矩形波導組成。微帶諧振器（圓形，環(huán)形，橢圓形）損耗：導體，介質，輻射12鐵氧體器件隔離器：電磁波正向通行無衰減，反向通行衰減很大。諧振式隔離器：利用鐵氧體的鐵磁諧振效應和圓極化磁場的諧振吸收效應。場移式隔離器：根據(jù)鐵氧體對兩

19、個方向傳輸?shù)牟ㄐ萎a(chǎn)生的場移作用不同制成的。鐵氧體環(huán)形器：是具有非互易特性的分支傳輸系統(tǒng)。 第六章：1.用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。天線的功能:1)天線應能將導波能量盡可能多地轉變?yōu)殡姶挪芰?。這首先要求天線是一個良好的電磁開放系統(tǒng)，其次要求天線與發(fā))射機或接收機匹配。2）天線應使電磁波盡可能集中于確定的方向上，或對確定方向的來波最大限度地接收，即天線具有方向性。3）天線應能發(fā)射或接收規(guī)定的電磁波，即天線有適當?shù)臉O化。4）天線應有足夠的的工作頻帶。2.線天線由半徑遠小于波長的金屬導線構成，主要用于中波、長波、短波波段；面天線由尺寸大于波長的金屬或介質面構成，主要用于微波波段，超短波波段

20、則兩者兼用。3.把天線和發(fā)射機或接收機連接起來的系統(tǒng)稱為饋線系統(tǒng)。饋線的形式隨頻率的不同而分為雙導線傳輸線、同軸傳輸線、波導或微帶線等。天線+饋線系統(tǒng)=天饋系統(tǒng)4.電基本振子是一段長度l遠小于波長、電流I振幅均勻分布、相位相同的直線電流元。是線天線的基本組成部分。電基本振子的電磁場特性：近區(qū)場：1）在近區(qū)，電場E和Er與靜電場問題中的電偶極子的電場相似，磁場H和恒定電流場中的電流元的磁場相似，所以近區(qū)場稱為準靜態(tài)場。2）由于場強與1/r的高次方成正比，所以近區(qū)場隨距離的增大而迅速減小，即離天線較遠時，可認為近區(qū)場近似為0.3）電場與磁場相位相差90度，說明坡印廷矢量為虛數(shù)，也就是說，電磁能量在

21、場源和場之間來回振蕩，沒有能量向外輻射，所以近區(qū)場又稱為感應場。遠區(qū)場：1)在遠區(qū)，電基本振子的場只有E和H兩個分量它們在空間上相互垂直，在時間上同相位，所以坡印廷矢量S=1/2E*（H的共軛）是實數(shù)，且指向r方向。這說明電基本振子的遠區(qū)場是一個沿著徑向向外傳播的橫電磁波，故遠區(qū)場又稱輻射場。2）E/H=根號（0/0）=120是一常數(shù)，即等于煤質的本征阻抗，因而遠區(qū)場具有與平面波相同的特性。3）輻射場的強度與距離成反比，隨著距離的增大，輻射場減小。4）在不同的方向上，輻射強度是不相等的。說明電基本振子的輻射是有方向的。5.天線的電參數(shù)：方向圖：指在離天線一定距離處，輻射場的相對場強隨方向變化的

22、曲線圖。主瓣寬度：衡量天線的最大輻射區(qū)域的尖銳程度的物理量。旁瓣電平：指離主瓣最近且電平最高的第一旁瓣電平，一般以分貝表示。前后比：最大輻射方向電平與其相反方向電平之比。方向系數(shù)：在離天線某一距離處，天線在最大輻射方向上的輻射功率流密度Smax與相同輻射功率的理想無方向性天線在同一距離處的輻射功率流密度S0之比，記為D。天線效率：天線輻射功率與輸入功率之比，記為A。極化特性：天線在最大輻射方向上電場矢量的方向隨時間變化的規(guī)律。頻帶寬度：當工作頻率變化時，天線的有關參數(shù)不超規(guī)定范圍的頻率范圍稱為頻帶寬度。輸入阻抗：天線的輸入阻抗等于傳輸線的特性阻抗，天線才能獲得最大功率。有效長度:在保持實際天線

23、最大輻射方向上的場強值不變的條件上，假設天線上電流分布為均勻分布時天線的等效長度。6.從接收的角度講，對接收天線的方向性的要求：1）主瓣寬度盡可能窄，以抑制干擾。2）旁瓣電平盡可能低。3）天線方向圖中最好能有一個或多個可控制的零點，以便將零點對準干擾方向，且當干擾方向變化時，零點方向也隨之改變，這也稱為零點自動形成技術。7.按極化方式劃分，天線有哪幾種？天線按輻射電場的極化方式可以分為線極化天線、圓極化天線、橢圓極化天線。線極化可分為水平極化和垂直極化，圓和橢圓極化都可以分為左旋和右旋。 第七章1. 視距傳播：指發(fā)射天線和接收天線處于相互能看見的視線距離內(nèi)的傳播方式；地面通信、衛(wèi)星通信以及雷達

24、可以采用這種傳播方式，主要用于超短波和微波波段的電波傳輸（在大氣中傳播，有折射和衰減）習題1什么是天波傳播？簡述其特點？ 天波傳播通常是指自發(fā)射天線發(fā)出的電波在高空被電離層反射后到達接收點的傳播方式。 特點： 通信頻率必須選擇在最佳頻率附近，通信距離近的，最高可用頻率低，通信距離遠的，最高可以頻率高。天波傳播的隨機多徑效應嚴重，多徑時延較大，信道帶寬較窄天波傳播不太穩(wěn)定，衰弱嚴重電離層所能反射的頻率范圍有限，一般是短波范圍傳輸損耗較小，能以較小的功率進行遠距離通信天波通信建立迅速，機動性能好，設備簡單習題2.何謂天波傳播的靜區(qū)？ 電離層能把頻率為f的電波反射回來的最小入射角為，當入射角的電波不

25、能被電離層反射回來，使得以發(fā)射天線為中心，一定半徑的區(qū)域內(nèi)就不可能有天波到達，從而形成了天波的靜區(qū)。習題3.什么是地面波傳播？簡述地面波的波前傾斜現(xiàn)象？ 地面波傳播是指無線點播沿地球表面?zhèn)鞑サ膫鞑シ绞健５孛嫔弦恢绷⑻炀€，因為大地是非理想導電媒質，垂直極化波的電場沿地面?zhèn)鞑r，就在地面感應出與其一起移動的正電荷，進而形成電流，并沿地表形成較小的電場水平分量，致使波前傾斜。習題4.不均勻媒質傳播方式主要有哪些？簡述對流層散射傳播的原理？ 不均勻煤質的散射傳播分為電離層散射和對流層散射。 原理：一般情況下，對流層會形成不均勻的介質團，當超短波、短波折射到這些不均勻體上時，就會在其中形成感應電流，成為

26、一個二次輻射源，將入射的電磁能量像四面八方再輻射。于是，電波就到達不均勻介質團所能“看見”但發(fā)射點卻不能“看見”的超視距范圍。 第八章1、 對稱振子天線構成：由兩根寸線和長度都相同的導線構成，中間為兩個饋電端原理：若電線上的電流分布已知，則由電基本振子的輻射場沿整個導線的積分，便得到對稱振子的輻射場。實際上，細陣子天線可看成是開路傳輸線逐漸張開而成，而其電流分布與無耗開路傳輸線的完全一致，即按正弦駐波分布。用途：對稱振子分為半波對稱振子和全波對稱振子，半波對稱振子廣泛應用于短波和超短波波段，它既可以作為獨立天線使用，也可以作為天線陣的陣元，在微波波段還可以作為拋物面天線的饋源。特點：方向性比基

27、本振子的方向性稍強一些，平均特性阻抗z月底R和x隨頻率的變化越緩慢，其頻率特性越好。所以，欲展開對稱振子的工作頻帶，常利用加粗振子直徑的方法。當h=/4n時，其輸入阻抗是一個不大的純電阻具有很好的頻率特性，也有利于同饋線匹配，而在并聯(lián)諧振點附近是一個高阻抗且隨頻率變化劇烈，特性阻抗不好。2、 陣列天線構成：將若干輻射單元按某種方式排列所構成的系統(tǒng)。構成天線陣的輻射單元，稱為天線元或陣元。原理：天線的輻射場是各天線元所產(chǎn)生的矢量疊加，只要各天線元上的電流，振幅和相位為分布滿足適當?shù)年P系，就可以得到所需要的輻射特性特點：天線陣的主瓣寬度和旁瓣電平是既相互依賴又相互獨立的一對矛盾，天線陣方向圖的主瓣

28、寬度小，則旁瓣電平就高，反之，主瓣寬度大則旁瓣電平就低。均勻直線陣的主瓣很窄，但旁瓣數(shù)目多，電平高。二項式直線陣的主瓣很寬旁瓣就消失了，旁瓣分散了天線的輻射能量，增加接收的信噪比，但旁瓣又起到了壓縮主瓣寬度的作用。3、 直立天線振子構成：垂直于地面或導電平面架設的天線稱為直立振子天線原理：單極天線可等效為一對對稱振子，對稱振子可鄧等效為一二元陣，但此時等效只是在地面或導體的上半空間成立。理想導電平面上的單極天線的輻射場可時輻射電阻很低，直接應用到自由空間對稱振子黨的公式進行計算。用途：廣泛應用于長、中、短波及超短波段特點：當時輻射電阻很低，單極天線效率也很低，改善方法是提高天線的輻射電阻或降低

29、損耗電阻。4、 水平振子天線構成：水平振子天線又稱雙極天線，振子的兩臂由單根或多股銅線構成，為了避免在拉線上產(chǎn)生較大感應電流，拉線的長度應較小，臂和支架采用高頻絕緣子隔開，天線與周圍物體要保持適當距離，饋線采用600的平行雙導線原理：與直立天線的情況類似，無限大導電地面的影響可用水平振子天線的鏡像來代替，架設在理想導電地面上的水平振子天線的輻射場可以用該天線及其鏡像所構成的二元陣來分析，但應該注意該二元陣的天線元是同幅反相的用途：經(jīng)常用于短波通信電視或其他無線電系統(tǒng)特點：架設和饋電方便，地面電導率的變化對水平振子天線的影響較直立天線小，工業(yè)干擾大多是垂直極化波，因此，用水平振子天線可以減少干擾

30、對接收的影響5、 引向天線構成:又稱八木天線，它由一個有源振子及若干個無源振子組成，在無源振子中較長的一個反射器，其余為引向器用途：廣泛用于米波、分米波的通信、雷達、電視及其它無線電系統(tǒng)原理：引向天線實際上也是一個天線陣，與前述天線相比不同的是對其中一個振子饋電，其余振子則是靠與饋電振子之間的近場耦合所產(chǎn)生的感應電流來激勵的，而感應電流大小取決于振子長度及其間距。排陣可以增強天線的方向性，而改變各單元天線的電流分配比可以改變方向圖的形狀。特點：在引向天線中，無源振子雖然使天線方向性增強，但由于各振子之間的互相影響又使天線的工作頻帶變窄，輸入阻抗降低，不利于與饋線的匹配。為了提高同學的輸入阻抗和

31、展寬頻帶，引向天線的有源振子常用折合振子。6、 電視發(fā)射天線特點：1、頻率范圍寬2、覆蓋面積大3、有零輻射方向4、天線及其輻射電場平行于地面5、為了擴大服務范圍，發(fā)射天線必須架設在高大建設的頂端或專用黨的電視塔上，這就要求影響必須承受一定的風荷、防雷等。以上這些特點除了要求電視發(fā)射天線功率大、頻帶寬、水平極化，還要求天線在水平面內(nèi)無方向性，而在鉛垂平面有較強的方向性。7、 移動通信基站天線構成：VHF和UHF移動通信基站天線一般是有饋源和角形反射器兩部分組成，饋源一般采用并饋共軸陣列和串饋共軸陣列兩種形式，反射器可以采用條形結構。反射器與饋源組成扇形定向天線，3個扇形定向天線組成全向天線。原理

32、：由功分器將輸入信號均分，然后用相同長度的饋線將其分別送至各振子天線上。由于各振子天線電流等幅同相，根據(jù)陣列天線的原理，其遠區(qū)場同相疊加，因而其方向性得到加強。特點：體積小、增益高、垂直極化、水平面內(nèi)無方向性、天線與饋線良好匹配，具有足夠的機械強度和穩(wěn)定性；頂點激勵采用扇形天線；中心激勵采用全向天線用途：米波、分米波8、 螺旋天線構成:將導線制成螺旋形線圖而構成的天線稱為螺旋天線，通常它帶有金屬接地板，由同軸線饋電，同軸線的內(nèi)導體與螺旋線相接，外導體與接地板相連原理：由于法向模螺旋天線的電尺寸較小，其輻射場樂意等效為電基本振子與磁基本振子，輻射場的疊加且它的電流等幅同相特點：輻射效率和增益都較

33、低用途：主要用于超短波手持式通信機9、 行波天線構成：由導線和匹配負載構成原理：由導線末端節(jié)匹配負載來消除發(fā)射波，使天線上的電流分布式行波特點：具有較好的單向的輻射特性，較高的增益及較寬的帶寬，但效率不高。用途：廣泛用于短波和超短波波段10、 寬頻帶天線構成：形狀取決于角度，與其他尺寸無關，具有終端效應弱現(xiàn)象原理：當工作頻率變化時特性的尺寸隨之改變即保持電尺寸不變，則能在很寬頻帶范圍內(nèi)保持輻射特性特點：阻抗方向圖等電特性在一倍頻程或幾倍頻程內(nèi)無明顯變化用途：等角螺旋天線、對數(shù)周期天線在超短波和短波波段廣泛應用11、 縫隙天線構成：在同軸線波導管或空腔諧振器的導體壁上開一條或數(shù)條窄縫是電磁波通過

34、縫隙向外空間輻射而形成的一種天線。原理：對偶原理，理想縫隙天線的方向函數(shù)與同長度的對稱振子的方向函數(shù)E面和H面相互焦化。波導的內(nèi)壁上有電流分布，管壁上的縫隙天線切割電流線，縫隙受到激勵而向外產(chǎn)生輻射，形成波導縫隙天線。為加強縫隙天線的方向性，可以在波導上按一定規(guī)律，開一系列尺寸相同的縫隙，構成波導縫隙振。特點：縫隙天線具有輪廓底、重量輕、加工簡單、易與與物體共形、批量生產(chǎn)、電性能多樣化、寬帶和有源器件和電路集成為統(tǒng)一的組件等諸多特點，適合大規(guī)模生產(chǎn)，能簡化整機的制作與調(diào)試，從而大大的降低成本。厚度很小，結構牢固，饋電方便，但容量不高，頻帶較窄。用途：廣泛用于地面、艦載、機載、導航等各個領域，由

35、于縫隙陣列天線對天線口徑面內(nèi)的幅度分容易控制，口徑面利用率高，體積小，易于實現(xiàn)低或極低副瓣等特點，因而使其獲得廣泛應用。12.微帶天線構成：由一塊厚度遠小于波長的介質（介質基片）和覆蓋下它上面的金屬片構成的，其中完全覆蓋介質板一片稱為接地板，而尺寸可以和波長相比擬的另一片稱為輻射元。輻射元的形狀可以是方形、矩形和橢圓形。原理：由于基片厚度場沿h方向均勻分布，在最簡單的情況下，場沿寬度w方向也沒有變化，而僅在長度方向上有變化，在兩開路端的電場均可以分解為相對于接地板的垂直分量和水平分量，兩垂直分量的方向相反，水平分量相同，因而在垂直于地板的方向，兩水平分量電場所產(chǎn)生的遠區(qū)場同相疊加，量垂直分量電

36、場所產(chǎn)生的場反相相消，因此兩開路端的水平分量可以等效為無限大平面上同相機里的兩個縫隙即微帶天線可以等效為由兩個縫隙所構成的二元陣列。特點：體積小、重量輕、低剖面。波瓣較寬，方向系數(shù)較低，頻帶窄，損耗大、交叉極化大13、 智能天線構成：由天線陣和算法構成，是數(shù)字信號處理技術與天線有機結合的產(chǎn)物原理：它將每個用戶信號分為D路（D為天線單元數(shù)），并分別以加權，得到M*D路信號（M為用戶數(shù)），然后將相應的M路信號以不同的加權系數(shù)組合而成，因此信號的波形是不同的，從而構成了M個信道方向圖。特點：具有較高的接收靈敏度，使空分多址系統(tǒng)成為可能；消除在上下鏈路中的干擾；抑制多徑衰落效應；用途：提高移動通信的性

37、能。從以下方面出發(fā):1、提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用效率；2、增大基站的覆蓋面積3、提高數(shù)據(jù)傳輸速率4、降低基站發(fā)射功率，節(jié)省系統(tǒng)成本，減少了信號干擾與電磁環(huán)境污染8.1 什么是波長縮短效應？試簡要解釋其原因。答：對稱振子上的相移常數(shù)大于自由空間的波數(shù)k,亦即對稱振子上的波長短語自由空間波長，這是一種波長縮短現(xiàn)象，故稱n1=/k=/為波長縮短系數(shù)(和分別為自由空間和對稱振子上的波長)。 原因：（1）對稱振子輻射引起振子電流衰減，使振子電流相速減小，相移常數(shù)大于自由空間的波數(shù)k，致使波長縮短；（2）由于振子導體有一定的半徑，末端分布電容增大（稱為末端效應），末端電流實際不為零，這等效于振子長度增

38、加，因而造成了波長縮短現(xiàn)象。振子導體越粗，末端效應越顯著，波長縮短越嚴重。8.2什么是方向圖乘積定理？答：在各天線元為相似元的條件下，天線陣的方向圖函數(shù)是單元因子與陣因子之積。這個特性稱為方向圖乘積定理。8.11 設在相聚1.5km的兩個站之間進行通信，每個站均以半波振子為天線，工作頻率為300MHz。若一個站發(fā)射的功率為100w,則另一個站的匹配負載中能收到多少功率？解：設匹配負載吸收的平均功率為，則接收天線的有效接收面積為其中為發(fā)射天線的功率流密度: ；所以 又因為，因此 8.12 直立振子的高度h=10m,工作波長=300m時，求它的有效高度以及歸于波腹電流的輻射電阻。解：歸于波腹電流的

39、有效高度：由于h/=1/300.1,用近似公式：8.15 一架設在地面上的水平振子天線，工作波長=40m,若要在垂直于天線的平面內(nèi)獲得最大輻射仰角=30度，試計算該天線應架設多高。解:垂直于天線的平面內(nèi)的方向函數(shù)：當=30度時輻射最大，即=1；因而天線的架設高度：H=/2=20m 第九章1面天線，又稱為口徑天線，它所載的電流是沿天線體的金屬表面分布，且面天線的口徑尺寸遠大于工作波長。2.面天線的結構：包括金屬導體面S、金屬導體面的開口徑S及由S0=S+S所構成的封閉曲面內(nèi)的輻射源。3.旋轉拋物面天線的構成：其一是拋物線繞其焦軸旋轉而成的拋物反射面，反射面一般采用導電性能良好的金屬或在其它材料上

40、敷以金屬層制成。其二是置于拋物面焦點處的饋源，饋源把高頻導波能量轉變成電磁波能量并投向拋物反射面，而拋物反射面將饋源投射過來的球面波沿拋物面的軸向反射出去，從而獲得很強的方向性。4.拋物線的特性：1）拋物面為金屬面時，從焦點F發(fā)出的以任意方向入射的電磁波，經(jīng)它反射后都平行于OF軸，使饋源相位中心與焦點F重合。即從饋源發(fā)出的球面波經(jīng)拋物線反射后變?yōu)槠矫娌?，形成平面波束?）其上任意一點到焦點F的距離與它到準線的距離相等，即從焦點出發(fā)的各條電磁波射線經(jīng)拋物面反射后到拋物面口徑上的波程為一常數(shù)，等相位面為垂直于OF軸的平面，拋物面的口徑場為同相場，反射波為平行于OF軸的平面波。5.旋轉拋物面天線對饋源有哪些基本要求？1）饋源方向圖與拋物面張角配合，使天線方向系數(shù)最大；盡可能減少繞過拋物面邊