第1章天线基础知识 课件.ppt

第 1 章 天线基础知识 为了便于比较不同天线的方向性，常采用归一化 方向函数，用 F ( θ,φ ) 表示，即 m a x m a x ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) E f F f E ?? ?? ?? ?? ? ? 第 1 章 天线基础知识 式中， f max ( θ,φ ) 为方向函数的最大值； E max 为最大辐射方 向上的电场强度 ; E ( θ,φ ) 为同一距离 ( θ,φ ) 方向上的电场强 度。 归一化方向函数 F ( θ,φ ) 的最大值为 1 。因此，电基本 振子的归一化方向函数可写为 F ( θ,φ )=|sin θ | 为了分析和对比方便，今后我们定义理想点源是无 方向性天线，它在各个方向上、相同距离处产生的辐射 场的大小是相等的，因此，它的归一化方向函数为 F ( θ,φ )=1 第 1 章 天线基础知识 1.2.2 方向图 天线的方向函数，它与 r 及 I 无关。将方向函数用 曲线描绘出来，称之为方向图。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)=|sin θ | ，因此其立 体方向图如图 1 ― 2 ― 2 所示。 第 1 章 天线基础知识 图 1―2―2 基本振子立体方向图 y z I x 第 1 章 天线基础知识 在实际中，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 1 ― 2 ― 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， 第 1 章 天线基础知识 此面的方向函数 F E ( θ )=|sin θ | 。而 H 面即为 xOy 面，此面 的方向函数 F H (φ)= 1 ，如图 1 ― 2 ― 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。 第 1 章 天线基础知识 图 1―2―3 电基本振子 E 平面方向图 y z O 功 率 方 向 图 场 强 方 向 图 |sin ? | ? 第 1 章 天线基础知识 图 1 ― 2 ― 4 电基本振子 H 平面方向图 z x y ? |sin 90 | ＝ 1 ° 第 1 章 天线基础知识 但是要注意的是，尽管球坐标系中的磁基本振子方 向性和电基本振子一样，但 E 面和 H 面的位置恰好互换。 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（ Power Pattern ） Φ ( θ,φ ) 。容易得出，它与场强方向图之间的关 系为 Φ ( θ,φ )= F 2 ( θ,φ ) 电基本振子 E 平面功率方向图也如图 1 ― 2 ― 3 所示。 第 1 章 天线基础知识 1.2.3 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 图 1 ― 2 ― 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 2 θ 0 E 或 2 θ 0 H ( 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