通信網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)

通信網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)第1頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日本課程教學(xué)方法:電化教學(xué)+傳統(tǒng)授課方式.成績評定:總評成績（100%）=平時成績（70%）+期末（開卷）成績（30%）平時成績包括：作業(yè)（10%）、出勤（２0%）（缺勤一次-2分）、撰寫一篇論文:（40%）要求同學(xué)們結(jié)合課程的學(xué)習(xí)，通過圖書館、網(wǎng)上、廣泛查閱資料，撰寫一篇論文。考核方式：開卷第2頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日論文參考題目：１．通信網(wǎng)中無線電磁波傳播特性研究２．天饋系統(tǒng)中的阻抗匹配技術(shù)及應(yīng)用研究３．發(fā)射天線的主要特性參數(shù)與通信網(wǎng)性能的關(guān)系研究４．提高天線有效長度的措施研究５．影響衛(wèi)星天線性能的有關(guān)因素及消除方法的研究６．天線在移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究７．地面對天線性能影響的分析與研究第3頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日８．智能天線方向特性的分析與應(yīng)用研究９．電波多徑傳播及衰落的分析與研究１0．電磁波折射、反射與繞射現(xiàn)象的分析與對通信性能影響的研究。１１．分集天線的分析與應(yīng)用研究１２．寬頻帶天線的分析與應(yīng)用研究１３．螺旋天線的工作原理與應(yīng)用研究１４．縫隙天線在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用研究１５．微帶天線在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用研究１６．旋轉(zhuǎn)場天線的性能分析與應(yīng)用研究第4頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日參考教材一：《天線與電波傳播》作者：宋錚出版社：西安電子科技大學(xué)出版社二：《天線技術(shù)》作者：許學(xué)梅、楊延嵩出版社：西安電子科技大學(xué)出版社三：天線與電波傳播》作者：王華芝出版社：北京郵電大學(xué)四：《天線與電波傳播》作者：周朝棟出版社：西安電子科技大學(xué)出版社五：《微波技術(shù)與天線》作者：劉學(xué)觀出版社：西安電子科技大學(xué)出版社第5頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日緒論

天線(antenna)在各種無線電通信系統(tǒng)中都是不可缺少的重要組成部分。在無線通信系統(tǒng)中，信息的傳輸是依靠無線電波(Wirelesswave)來工作的，因此需要有無線電波的輻射(transmitter)和接收設(shè)備(receiver)。用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。

第6頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日最基本的無線電通信系統(tǒng)如圖所示。天線(antenna)的作用：發(fā)射天線將發(fā)射機輸出的高頻電流能量（或?qū)Р芰浚?，轉(zhuǎn)換為電磁波能量并輻射到預(yù)定方向．接收天線將來自空間的電磁波能量又轉(zhuǎn)換為高頻電流能量，經(jīng)饋線送至接收機。第7頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日接收天線與發(fā)射天線的作用是一個可逆的過程。同一副天線用作發(fā)射和用作接收的特性參數(shù)(包括方向特性、阻抗特性及其他參數(shù))是相同的

第8頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日天線的分類：按用途分：通信天線、導(dǎo)航天線、廣播電視天線、雷達天線和衛(wèi)星天線等；按工作波長分：超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等；按輻射元的類型分：為兩大類：線天線和面天線。線天線是由半徑遠小于波長的導(dǎo)線或金屬構(gòu)成構(gòu)成，主要用于長波、中波和短波波段；面天線是由尺寸大于波長的金屬或介質(zhì)面構(gòu)成的，主要用于微波(microwave)波段；超短波波段則兩者兼用。第9頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日按天線特性分：例如從方向特性分，從極化特性分，從頻帶特性分，有窄頻帶天線、寬頻帶天線和超寬頻帶天線；按饋電方式分，有對稱天線、非對稱天線；按天線上電流分，有行波天線、駐波天線；按天線外型分：有V型、菱形、環(huán)行、螺旋天線、喇叭天線、反射面天線等等。第10頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第1章天線基礎(chǔ)知識1.1電基本振子的輻射1.1.1電基本振子的輻射1.1.2磁基本振子的輻射第11頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.1.1電基本振子的輻射電基本振子(Electricshortdipole)又稱電流元是一段載有高頻電流的短導(dǎo)線，其長度l<<波長λ。同時，沿振子各點電流Iejωt的振幅相等、相位相同。它是構(gòu)成各種線式天線的最基本單元。任何線式天線都可以看成是由許多基本振子組成的，天線在空間中的輻射場可以看作是由這些電基本振子的輻射場疊加得到的。因此，要研究各種天線的特性，首先應(yīng)了解電流元的輻射特性。第12頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日電磁場理論中，已給出了在球坐標(biāo)原點O沿z軸放置的電基本振子，在各向同性理想均勻無限大的自由空間產(chǎn)生的各個電磁場分量為：

(1-1-1)第13頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日式中β為相移常數(shù)，（β也是媒質(zhì)中電磁波的波數(shù)）。在自由空間中，媒質(zhì)的介電系數(shù)ε=ε0=10-9/36πF/m，導(dǎo)磁率μ=μ0=4π×10-7H/m，第14頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日圖1-2電基本振子與球坐標(biāo)系統(tǒng)圖1-1電基本振子的輻射r為坐標(biāo)原點O至觀察點M的距離，θ為射線OM與振子軸（z軸）間的夾角，為OM在xoy平面上的投影與x軸之間的夾角(方位角)，如圖1-2所示。λ為自由空間波長。

第15頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日電基本振子的電場只有和兩個分量，磁場只有即方向一個分量，這三個電場和磁場分量是相互垂直的。

第16頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日可以將電基本振子的場分為三個區(qū)域，即的近區(qū)、的遠區(qū)和兩者之間的中間區(qū)。主要討論近區(qū)和遠區(qū)。第17頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1．近區(qū)場由可知近區(qū)場是指既靠近電基本振子的區(qū)域，可認為。由于r很小，故只需保留式（1-1-1）中的1/r的高次項，得到電基本振子的近區(qū)場表達式為（1-1-3）

第18頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日由（1-1-3）式可以得出電場滯后于磁場90O，電場和磁場存在π/2的相位差，所以，坡印廷矢量是虛數(shù)，每周期平均輻射的功率為零。在此區(qū)域電磁能量在源和場之間來回振蕩，在一個周期內(nèi)，場源供給場的能量等于從場返回到場源的能量，能量在電場和磁場以及場與源之間交換，而沒有能量向外輻射，所以近區(qū)場也稱為感應(yīng)場。第19頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日2．遠區(qū)場對于天線來說，有實用意義的是遠區(qū)場，或稱輻射場。當(dāng)時，，電磁場主要是由r-1

項決定，由（1-1-1）式可得（1-1-4）式（1-1-4）第20頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日電基本振子的遠區(qū)場具有如下特點：1.在遠區(qū)場，只有和兩個分量，它們在空間上相互垂直，在時間上同相位，所以其坡印廷矢量是實數(shù)，且指向r方向；，，S三者構(gòu)成右手螺旋關(guān)系；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(TEM)，電磁能量離開場源向空間輻射，不再返回，所以遠區(qū)場又稱輻射場；第21頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日

(Ω)說明輻射場電場強度與磁場強度之比是一常數(shù)，稱為波阻抗，用Z0來表示。在研究電基本振子的輻射場時，只需討論兩者中的一個量就可以了.例如由就可得出。遠區(qū)場具有與平面波相同的特性。第22頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日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。輻射場是以球面波的形式向外擴散的，當(dāng)距離增大時，輻射能量分布到以r為半徑的更大的球面面積上第23頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日電基本振子在遠區(qū)的輻射場是有方向性的，其場強的大小與函數(shù)sinθ成正比。在θ等于0o和180o方向上，即振子軸的方向上輻射為零，而在通過振子中心并垂直于振子軸的方向上，即θ=90o方向上輻射最強。第24頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第25頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日其輻射的空間模型如圖1-3（a）所示第26頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日天線方向圖定義天線輻射場在空間不同方向上的分布情況，也就是指在離天線相同距離的不同方向上，天線輻射場的相對值與空間方向的關(guān)系，稱此為天線的方向性。將方向性用圖形描繪出來，稱為方向圖。第27頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日一般只繪出兩個互相垂直的典型平面的方向圖．１．與振子軸垂直（θ=90o）的平面，此平面是與磁場矢量平行的平面，稱為H面，２．包含振子軸的平面（=常數(shù)），此平面是與電場矢量平行的平面，稱為E面。用極坐標(biāo)繪出的電基本振子E面的方向圖為8字形，H面為一圓，第28頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日１.1.2磁基本振子的輻射磁基本振子(Magneticshortdipole)又稱為磁流元，實際上并不存在磁流元，但是很多種天線，如載流圓環(huán)或縫隙天線等，它們內(nèi)部及周圍的場，都相當(dāng)于一個磁流元的場。

第29頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日根據(jù)電與磁的對偶性原理，只要將電基本振子場的表達式(１-1-1)中的E換為H；H換為-E；將電偶極矩換為磁偶極矩．為磁荷。將電流I換為磁流Im，將介電系數(shù)ε0換為導(dǎo)磁率μ0，就可以得到第30頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日沿z軸放置的磁基本振子的輻射場：第31頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日與電基本振子做相同的近似得磁基本振子的遠區(qū)場為:(1-1-11)第32頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第33頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.2發(fā)射天線的主要特性參數(shù)1.2.1天線的方向函數(shù)某一恒定半徑的球面（處于遠區(qū)場）上,場強振幅分布的方向性函數(shù):天線在任意方向(θ，φ)上的輻射場強振幅天線在其最大輻射方向上的輻射場強振幅第34頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日線元的方向性函數(shù):它在子午面內(nèi)的方向圖呈“8”字形；在赤道內(nèi)為一圓，其歸一化方向性函數(shù)第35頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.2.2方向圖

(FiledPattern)由方向性函數(shù)，可繪出天線的空間方向圖.繪制立體方向圖比較困難，通常只研究兩個互相垂直的主平面上的方向圖----包括導(dǎo)線軸線的平面為XOZ及YOZ平面，和垂直于導(dǎo)線軸線的平面為XOY平面。第36頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日表示線元在子午面內(nèi)具有一定的方向性，而在赤道面內(nèi)為無方向性。第37頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第38頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第39頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第40頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.2.3方向圖參數(shù)實際天線的方向圖可能包含有多個波瓣，它們分別被稱為主瓣，副瓣及后瓣。第41頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1．主瓣寬度主瓣最大輻射方向兩側(cè)，半功率點之間的夾角。以表示?；驁鰪娊抵磷畲髨鰪娭档牡膬蓚€方向間的夾角,以表示2.零功率點波瓣寬度

主瓣最大方向兩側(cè)，第一個零輻射方向間的夾角.3.旁(副)瓣電平

最大旁瓣的極大值與主瓣最大值之比的對數(shù)值第42頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日（dB）或（dB）S1,S2最大副瓣和主瓣的功率密度最大值，E1,E0最大副瓣和主瓣的場強最大值．旁瓣（又稱副瓣）代表天線在不需要方向上的輻射或接收.雷達天線還可能引起測定目標(biāo)方向的錯誤。4.前后比:主瓣的功率密度最大值與后瓣的功率密度最大值之比第43頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.2.4．方向性系數(shù)(Directivity)方向圖雖然可以形象地表示天線的方向性，但是不便于在不同天線之間進行比較。為了定量地比較不同天線的方向性，引入“方向性系數(shù)”第44頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日方向性系數(shù)的定義：天線的輻射功率相等時，被研究天線在最大輻射方向上的功率密度（或場強的平方）與無方向性天線在同一點處輻射的功率密度（或場強的平方）之比:

第45頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第46頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日方向性系數(shù)D也可表示在輻射場同一點要獲得相同的場強EΣ=EΣ0時，有方向性天線的輻射功率PΣ應(yīng)比無方向性天線的輻射功率PΣ0節(jié)省的倍數(shù)。即：第47頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日由方向性系數(shù)的定義可得：

第48頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第49頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日１.2.５天線的效率

天線效率(antennaefficiency)定義為：天線輻射功率PΣ與輸入到天線的總功率Pi之比,記為ηΑ即：PL為損耗功率

第50頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日輻射電阻與輻射功率的關(guān)系為

即輻射電阻為同理：耗損電阻為

第51頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日得天線功率為

可見，要提高天線效率，應(yīng)盡可能提高輻射電阻RΣ，降低耗損電阻RL。注意，上式中RΣ和RL應(yīng)用同一個電流來歸算。第52頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日如果計入傳輸系統(tǒng)的效率，設(shè)為ηφ，則整個天饋系統(tǒng)的效率η為：

第53頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.2.6天線增益G天線的增益(gain)又稱增益系數(shù)（G）。定義是：在輸入功率相等（Pi=Pio）的條件下，天線在最大輻射方向上的某點功率密度和理想的無方向性天線在同一點處的功率密度（或場強振幅的平方值）之比。即：

第54頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日也可以定義為：在天線最大輻射方向上的某點，輻射場強相同時，無方向性天線所需要的輸入功率Pio與所研究的實際天線需要的輸入功率Pi之比,即：

輻射點場強相同第55頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日增益系數(shù)是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換和方向特性的參數(shù)，它是方向系數(shù)與天線效率的乘積，記為G，即：第56頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日得：由上式可得一個實際天線在最大輻射方向上的場強為第57頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.2.7天線的極化特性

極化指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。電場強度矢量的端點在空間描繪出的軌跡.電磁波的三種極化形式：線極化，圓極化和橢圓極化。天線所輻射的電場的極化形式，也可分為線極化、圓極化、橢圓極化天線。線極化又可分為水平線極化和垂直線極化；圓極化和橢圓極化又可分為左旋和右旋極化。第58頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.線極化

當(dāng)電場矢量大小隨時間變化取向不變，其端點的軌跡為一直線時，稱線極化。對線極化波，電場矢量在傳播過程中總是在一個確定的平面內(nèi)，這個平面就是電場矢量的振動方向和傳播方向所決定的平面，常稱為極化平面。線極化又稱為平面極化。當(dāng)電磁波的電場矢量與地面垂直時，稱為垂直極化；與地面平行時稱水平極化第59頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日當(dāng)電磁波的電場矢量與地面垂直時，稱為垂直極化；與地面平行時稱為水平極化

第60頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日2.圓極化——當(dāng)電場振幅為常量、矢量以角速度圍繞傳播方向旋轉(zhuǎn)，如果在垂直于傳播方向的某一固定平面上觀察電磁波的電場矢量，則其端點隨著時間變化在該平面上畫出的軌跡是一個圓，如果在某一時刻沿傳播方向把各處的電場矢量畫出來，則電場矢量端點的軌跡為螺旋線。矢量端點旋轉(zhuǎn)方向與傳播方向成右手螺旋關(guān)系的叫右旋圓極化波；成左手螺旋關(guān)系的叫左旋圓極化波。第61頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日(演示)第62頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日3。橢圓極化與圓極化定義類似。第63頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.2.8天線的有效長度

天線的有效長度Le定義：一電流分布不均勻的實際天線，可用個沿線電流為同相均勻分布，幅度等于實際天線輸入點的電流IA或波腹點電流Im的天線來等效。如果兩者在最大輻射方向上的輻射場強相同，則此等效天線的長度就是該實際天線的有效長度。如圖第64頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日對于全長為L，電流分布I(z)為不均勻的實際天線，最大輻射方向上的場強

第65頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日對于等效天線電流分布與電流元相同，其最大輻射方向的場強

第66頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日令上二式相等，（I=IA）可得天線的有效長度為由天線的有效長度,可寫出天線輻射場強的一般表達式:

第67頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.2.9天線的阻抗特性

1．輸入阻抗(InputResistance)Zin=Rin+jXin天線輸入阻抗具有電阻及電抗兩部分第68頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日2．輻射阻抗(TransmitResistance)如果把天線向外輻射的功率看作為被某個等效阻抗所吸收，則稱此等效阻抗為輻射阻抗。第69頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.2.10天線的頻帶寬度

天線的頻帶寬度的定義為：中心頻率兩側(cè)天線的特性下降到還能接受的最低限時兩頻率間的差值。第70頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.3接收天線的基本原理1.3.1天線接收無線電波的基本原理接收天線的主要功能是將無線電波能量轉(zhuǎn)化為高頻電流（或?qū)Рǎ┠芰俊．?dāng)一副天線處于外來電磁波的場內(nèi)時，天線導(dǎo)體在外電場激勵作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并在天線回路中產(chǎn)生電流，此電流流經(jīng)負載（接收機，接收是發(fā)射的逆過程。第71頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日接收天線與發(fā)射天線相距甚遠，因此到達接收天線上各點的波是均勻平面波。傳來的電磁波的入射電場可分為兩個分量：一個是垂直于入射線與天線軸所構(gòu)成平面的分量E1，另一個是在上述平面內(nèi)的分量E2。只有與天線軸線平行的電場分量才能在天線上激起電流，

第72頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日天線元dz上將感應(yīng)電動勢Ezdz，該電動勢在負載Z中產(chǎn)生電流為dI,則通過積分而得到在Z中產(chǎn)生的總電流，即為第73頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第74頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.3.2天線的有效接收面積表示接收天線接收空間中電磁波的能力.天線的最大接收功率為Pmax。設(shè)想此功率是由一塊與來波方向成垂直的面積所接收，則稱此面積為接收天線的有效面積Ae，定義為：

(1-3-1)接收點功率密度

第75頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日Ae也稱有效孔徑。由Ae的定義，可以導(dǎo)出有效面積Ae與方向性系數(shù)D之間的關(guān)系為該式說明，如果已知天線的方向性系數(shù)D，就可知道天線的有效接收面積Ae。第76頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.3.3等效噪聲溫度接收天線把從周圍空間接收到的噪聲功率送到接收機的過程類似于噪聲電阻把噪聲功率輸送給與其相連的電阻網(wǎng)絡(luò)。接收天線等效為一個溫度為Te的電阻，天線向與其匹配的接收機輸送的噪聲功率Pn就等于該電阻所輸送的最大噪聲功率，即

(1-3-7)

或

第77頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日式中，Kb=1.38×10-23(J/K)為波耳茲曼常數(shù)，而?f為與天線相連的接收機的帶寬。噪聲源分布在天線周圍的空間，Te愈高,天線送至接收機的噪聲功率愈大

等效噪聲溫度是反映天線接收微弱信號性能的重要電參數(shù).必須以天線輸送給接收機的信號功率與噪聲功率之比來衡量天線的性能。見(1-7-8)式第78頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.4對稱振子

又稱對稱天線，是一種應(yīng)用非常廣泛且結(jié)構(gòu)簡單的基本線天線，在無線電通信設(shè)備中，既可作單元天線單獨使用，也可作面天線的饋源或陳列天線的單元，可構(gòu)成組合天線或陳列天線使用。適用的頻率范圍很寬，包括短波、超短波和微波。

第79頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日對稱天線的輻射場，決定于其上的電流分布(它在周圍空間激發(fā)起的電磁場).

對稱天線的結(jié)構(gòu):把它看成是由一對終端開路的傳輸線，兩臂向外張開形成的第80頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.4.1對稱天線上的電流分布

駐波電流的分布規(guī)律，天線的終端電流為波節(jié)點。當(dāng)長度變化λ/2時，電流方向?qū)⒎聪?。?1頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日下圖繪出了不同l/λ值時，對稱天線上的電流分布。第82頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日天線上的電流振幅分布表示式為

(1-4-1)第83頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.4.2對稱天線的輻射特性將對稱天線分成許多小微段，把每一小微段看作一個電流元，微段上的電流在某一瞬間可認為是等幅同相的。于是對稱天線在空間任一點的輻射場強，就是由這許多電流元所產(chǎn)生的場強的疊加。第84頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日例：對稱振子天線沿z軸放置，如圖3-4所示。設(shè)其上的電流分布為(1-4-2)由單元電流Izdz產(chǎn)生的輻射場強為第85頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日稱天線產(chǎn)生的總場強可看成為是由許多單元電流所產(chǎn)生的輻射場疊加第86頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日r:觀察點P至單元電流Izdz的距離，θ為射線r與天線軸線間的夾角。r0:對稱振子的中點O與P點的距離。觀察點P是在遠區(qū):r1、r2、r0基本是平行的，因而θ1≈θ2≈θ0。于是這兩個電流元在P點的場可認為都是在方向。第87頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第88頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日遠區(qū)場時，在（1-4-4）式的振幅因子中，可假定分母中的r1=r2=r0，但在相位因子中，r1、r2、r0之差：即r1-r0與r2-r0的值可能很小，但引起的相位差β(r1-r0)與β(r2-r0)卻可能很大。對稱天線在遠區(qū)電場只有Eθ分量，在不同的θ方向上是不同的，因此它是有方向性的。

第89頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日對稱天線的方向函數(shù)也是E面的方向函數(shù)(1-4-5)第90頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日方向性函數(shù)不含，表明對稱振子的輻射場與無關(guān)，也就是說對稱振子在與它垂直的平面（H面）內(nèi)是無方向性的。即θ=90°，F(xiàn)（θ,）=常數(shù)，方向性圖是一個圓對稱天線的方向特性

不同長度的對稱振子有不同的方向性。對稱振子的E面方向性圖隨l/λ變化的情況如圖1-1-4所示(p22)。第91頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第92頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日演示第93頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第94頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第95頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第96頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日（E面）內(nèi)的方向圖隨l/λ而變化的物理原因，是由于不同長度的對稱振子上電流分布不同引起的。最常用的對稱振子是2l=λ/2的半波振子或半波對稱天線，由1-4-5式得其方向性函數(shù)為(1-4-6)第97頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.4.3對稱天線的阻抗特性1.對稱天線的輻射電阻

常用的半波振子的輻射電阻R∑=73.1歐，全波振子的輻射電阻R∑=200歐

2.對稱天線的輸入阻抗工程上用等效傳輸線法計算，將對稱天線看作由開路傳輸線張開180°構(gòu)成的。借助傳輸線的阻抗公式來計算對稱振子的輸入阻抗，但注意對稱振子與終端開路的長線兩者間的差別。第98頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第99頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日（1）特性阻抗由傳輸線理論知，平行雙線傳輸線的特性阻抗沿線是不變化的，等于：式中，D為兩導(dǎo)線間距；a為導(dǎo)線半徑。而對稱振子兩臂上對應(yīng)線段之間的距離是變化的，其特性阻抗沿線也是變化的。設(shè)對稱振子兩臂上對應(yīng)線段（對應(yīng)單元）之間的距離為2z，則對稱振子在z處的特性阻抗為：

式中，a為對稱振子的半徑。第100頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日將Z0(z)沿z軸取平均值即得對稱振子的平均特性阻抗(Ω)在l一定時，a越大，則平均特性阻抗越小。第101頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日計算對稱振子的輸入阻抗很繁瑣，對于半波振子，在工程上可按下式作近似計算當(dāng)振子臂長在0≤l/λ≤0.35和0.65≤l/λ≤0.85范圍時，計算結(jié)果與實驗結(jié)果比較一致。與全波對稱振子比較，其輸入電阻受β的影響較小且隨頻率的變化較平緩，頻帶較寬。

第102頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.5天線陣的方向特性隨著對稱天線臂的電線長度l/λ的增大，其方向圖的主瓣變窄、方向性系數(shù)D有所增加，約由1.5增加到3.2；當(dāng)l/λ>0.5時，天線上出現(xiàn)了反向電流，使主瓣變小，副瓣增大；當(dāng)l/λ>0.625以后，隨著l/λ增加，方向性系數(shù)D反而下降.單靠增加天線長度來提高天線的方向性是行不通的

第103頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日1.5.1二元天線陣的方向性1．天線陣的作用

天線陣：將若干個相同的天線按一定規(guī)律排列起來組成的天線陣列系統(tǒng),稱天線陣。天線陣的天線單元或陣元,可以是任何類型的天線:對稱振子、縫隙天線、環(huán)天線或其它形式的天線。同一天線陣的陣元類型是相同的，在空間擺放的方向也相同。按陣元在空間的排列方式可組成直線陣列，平面陣列，空間陣列（立體陣列）等第104頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日天線陣的作用就是用來增強天線的方向性，提高天線的增益系數(shù)，得到所需的方向特性。第105頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日討論最簡單的二元陣,其原理適用多元陣.1.方向性相乘原理

第106頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第107頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日空間任一點P的輻射場是兩振子輻射場的矢量和.天線Ⅰ和天線Ⅱ在觀察點產(chǎn)生的電場矢量E1和E2方向相同，且相應(yīng)的方向性函數(shù)相等.

見(1-5-2~6式)第108頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日相位差第109頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日對應(yīng)的二元陣合成場的方向性函數(shù)為

為單元天線的方向性函數(shù)與陣因子的乘積

第110頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日2．舉例分析幾種情況：（1）電流等幅同相激勵[例1]試求兩個沿x方向排列、間距d為λ/2且平行于z軸放置的對稱半波振子天線在電流為等幅同相激勵時的H面方向圖。第111頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日解：由題意知,d=λ/2，ψ=0,m=1，，將其代入相應(yīng)公式,得二元陣的H面方向圖函數(shù)為常數(shù)，所以單元天線為無方向性的點源，其方向性函數(shù)的圖形為一個圓。H面θ=900第112頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日由于=1

由于得得：

陣因子第113頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日第114頁，共136頁，2023年，2月20日，星期日[例2]其它條