下面表格中黑色字体是天线常规指标，蓝色字体是衡量每个天线厂家，天线产品性能好坏的指标。下面列出每种天线特有的指标，没有列出是其它天线通用指标。
双极化天线指标：端口隔离度Isolation （dBi）
交叉极化鉴别率Cross Polar Discrimination（dBi）
全向天线指标：不圆度Poattern Ripple （dBi）
赋形天线指标：第一上副瓣抑制：First Upper Sidelobe Level（dBi）
第一下零深填充：第一下零深填充 First Lower Null Fill （dBi）
和常规天线相比增益会降低。
固定电下倾天线指标：电下倾 Electrical Downtilt （0）电下倾天线增益会降低。
Axial Ratio 这种天线在基站天线中很少用。
抛物面天线的工作原理 普通抛物面天线的结构如图3-1所示。馈源是一种弱方向性天线，安装在抛物面前方的焦点位置上，故普通抛物面天线又称为前馈天线。由馈源辐射出来的球面波被抛物面往一个方向(天线轴向)反射，形成尖锐的波束，这种情况与探照灯极为相似。 图 3-1 普通抛物面天线的结构图图 3-2 普通抛物面天线的几何关系图 抛物面是由抛物线绕它的轴线(z轴)旋转而成的，如图3-2所示。在yoz平面上，以F为焦点，O 为顶点的抛物线方程为： 相应的立体坐标方程为： 为了便于分析，也可引入极坐标。令极坐标系(ρ，ψ) 的原点与焦点F重合，则相应的旋转抛物面的方程可表示为： 设D为抛物面口径的直径，为口径对焦点所张的角(简称口径张角)，由上述关系式可导出决定抛物面口径张角的抛物面焦径比： 焦径比的大小表征了抛物面的结构特征，f/D越大，口径张角越小，抛物面越浅，加工就容易，但馈源离主反射面越远，天线的抗干扰能力就越差，反之亦然。 抛物面具有如下重要的几何光学特性：由焦点发出的各光线经抛物面反射，其反射线都平行于z轴；反之，当平行光线沿z轴入射时，则被抛物面反射而聚焦于F点。其原因是，由焦点发出的各光线经抛物面反射后到达口径面的行程相等（这一结论可利用抛物线的以下性质来证明：从抛物线任一点到焦点的距离等于该点到准线的距离）。
微波的传播特性与光相似，因此，位于焦点F的馈源所辐射的电磁波经抛物面反射后，在抛物面口径上得到同相波阵面，使电磁波沿天线轴向传播。如果抛物面口径尺寸为无限大，那么抛物面就把球面波变为理想平面波，能量只沿z轴正方向传播，其它方向辐射为零。但实际上抛物面的口径是有限的，这时天线的辐射是波源发出的电磁波通过口径面的绕射，它类似于透过屏上小孔的绕射，因而得到的是与口径大小及口径场分布有关的窄波波束。 3.2.2 偏馈天线 前馈抛物面天线的馈源位于天线的主波束内，因而对所接收的电磁波形成了遮挡，其结果降低了天线的增益，增大了旁瓣。将馈源移出天线反射面的口径，可消除馈源及其支撑物对电磁波的遮挡。图3-3示出了偏馈反射面天线的结构示意图。 实际上，偏馈反射面是在旋转抛物反射面上截取一部分而构成的。它同样可将焦点发出的球面波转换成沿轴向传播的平面波。馈源的相位中心仍放在原抛物面的焦点上，但馈源的最大辐射须指向偏馈反射面的中心。尽管反射面的轮廓呈椭圆型，但它的口径仍是一个圆。此外，对于偏馈天线而言，电磁波的最大辐射方向并不在偏馈反射面的法向，而是与法向成一定的夹角。这一特点也是偏馈天线的另一特 色，如图3-4所示。对于偏馈天线有式中，ψo是抛物面轴线与焦点到反面中心联线的夹角。反射面在这条中心两旁张成2ψe的角度。 图 3-3 偏馈天线的结构图 图 3-4 偏馈反射面天线的几何关系图
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－５０９Ｘ．２０１５．０８．０１３ 模块化雷达天线座结构设计 孟 鹏 （中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西西安 ７１００６８） 摘要：基于模块化、系列化的方法，研究确定方位－俯仰型雷达天线座的模块化结构形式。针对不同功能需求与工作环境，选配相应的功能模块。在满足基本功能要求的前提下，实现天线座结构模块化、系列化。 关键词：天线座；模块化设计；方位；俯仰 中图分类号：ＴＨ１２２ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５－５０９Ｘ（２０１５）０８－００６２－０３ 天线座是支撑天线探测目标的装置，它通过天 线控制系统，使天线能够按照预定的规律运动，准 确指向目标，并精确测出目标的方位［１－２］。 模块化设计是在一定范围内的不同功能或相 同功能、不同性能和不同规格的产品进行功能分析 的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模 块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场 不同需求的设计方法［３－５］。 1 天线座模块化设计方案 天线座模块化设计时需综合考虑结构隐身性、 通用性和整体造型，在满足雷达功能要求的前提 下，对方位传动模块与俯仰传动模块进行设计改 进。 图１所示为经典的方位－俯仰型天线座三维 模型，图２、图３所示分别为俯仰传动模块与方位 传动模块三维模型。图１ 方位 －俯仰型天线座图 ２ 方位传动 图３ 俯仰传动 方位传动模块及俯仰传动模块设计涉及２个方面的内容：１）功能技术设计。模块设计在适应环境条件的前提下，要保证满足天线的转动范围、天线转动的角速度和角加速度、伺服系统的精度、天线座的刚度和强度、系统要求的外形尺寸和质量等要求，在本着经济性、通用性原则的基础上，最终实现设 备使用方便、维修容易、可靠性高、寿命长等目的。 收稿日期：２０１５－０５－１５ 作者简介：孟鹏（１９８６—），男，陕西蒲城人，中国电子科技集团公司第二十研究所助理工程师，硕士，主要研究方向为电子结构设计。?２６?２０１５年８月 机械设计与制造工程 Ａｕｇ．２０１５第４４卷第８期 ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．８
1、增益是用来表示天线集中辐射的程度。其在某一方向的定义是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。增益的单位用“dBi”或“dBd”表示。 2、天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要是依靠减少垂直面向辐射的波束宽度，而在水平面上保持全向的辐射特性。天线增益对移动通信系统运行极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。 可以这样来理解增益的物理含义------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W 的输入功率，而用增益为G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是dBd 。半波对称振子的增益为G=0dBd （因为是自己跟自己比，比值为 1 ，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为G=8.15–2.15=6dBd 。 对于水平极化方式的天线来讲，通常以一个半波水平放置的偶极子天线为标准天线，其增益为0dB（实际指dBd）。调频二偶极子反射板天线的增益通过计算和实验数据，其结果基本一致。相对于半波偶极子天线的增益最高只能做到7.5dB。当天线在进行组阵时，天线系统增益为7.5dB。计算推论如下：总功率在一层四面分配时，天线功率将损失6dB，此时天线增益为7.5-6.5=1.5dB；再根据天线层数增加一倍时天线系统增益将增加3dB的原理，因此两层天线增益就为1.5+3=4.5dB；当天线层数为四层时，天线系统增益就为1.5+3+3=7.5dB，故四层四面调频二偶极子板天线系统增益也只能做到7.5dB。 若天线为全波长二偶极子板天线时，其单片天线增益可以做到8-8.5dB，四层四面分配组阵时，其单片天线增益为8-8.5dB。 目前使用的天线增益，一般在0dBi到20dBi之间 室内：一般采用0 - 8 dBi增益的天线 室外：一般采用9 - 18 dBi增益的天线 高速公路：一般采用20dBi增益的天线 天线增益的若干计算公式 1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益： G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）} 式中，2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度； 32000 是统计出来的经验数据。 2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益： G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2} 式中，D 为抛物面直径； λ0为中心工作波长； 4.5 是统计出来的经验数据。 3）对于直立全向天线，有近似计算式 G（dBi）=10Lg{2L/λ0}
四分之一振子及对称振子天线的一些基本问题 本文是本人的一些个人见解，基本问题是根本问题。由于水平有限，如有不当、错误之处敬请指点。 对于很多教材，特别是天线教材对四分之一振子及对称振子天线的解惑基本上都是由电流的分析入手的，问题是为什么要分析这两种天线呢？从多个方面来解释一下。 一、关于传输线的50、75欧的由来 对于同轴线的的使用过程来看，它是最先应用到无线通信中的，直到现在，它的应用最为广泛。 对于同轴线，我们主要关心功率的传输及在传输过程中的能量衰减这两个问题。 为了能使同轴线传输的功率最大，就要使同轴线的内外导体有一个比值，对于空气为介质的同轴线来说，外半径/内半径=常数E开方时，传输的功率为最大，此时的特性阻抗为３０Ω。外半径/内半径=3.59时,这是的衰减为最小，此时的特性阻抗为７７Ω。为了二者兼有，折中取值为５０Ω，当然现在一些设备中７５Ω的同轴线也在使用中，比如有线电视系统中。 二、关于空气阻抗 电磁波在空气（真空）中传播时，这也是最为广泛应用的电磁传播，由于电场与磁场的存在，它们的比值为一个定值为１２０π，也正是这个值的存在，阻碍了电磁波的无阻挡传播。 三、天线的作用
由于空气阻抗的存在，如何把高频电流变成电磁波传播出去，这中间就需要一个器件，当然，这个器件就是天线了。天线也就可以认为是波源与空间的连接器了。正如前面所述，为了能很好地把高频电流的能量传输出去，且要传输功率要高、衰减要小，天线的阻抗就要在７７Ω与３０Ω二者之前选择。在这种情况下，对称振子的阻抗是７５Ω左右，四分之一单极天线的阻抗为３６Ω左右，在此，我们不得不承认大自然的力量之伟大。这种情况下，也决定了这两种天线是一种基本天线了，可以说是“命中注定”。 即然，要用这种天线了，那么，它们可不可以承担使命呢，通过实验证明，它不但可以，而且非它莫属，以下图为证。
天线与电波教学实验指导书 实验三 天线增益测量 3．1实验内容和目的： 用绝对测量法（即测传播损耗的方法）和相对测量法（即比较法）测量喇叭天线的增益，掌握天线增益的一般测量方法。 3．2测量原理 1．天线增益的绝对测量 根据福里斯公式，当发射功率为P t ，发射天线增益为G t ，接收天线增益为 G r ，收发天线相距 R ，则位于远场区的接收天线的最大接收功率为 2244??? ? ??=?=R G G P A R G P P r t t r er t t r πληπ 当收发天线完全相同即G t =G r =G 时，接收功率为 2244??? ? ??=?=R G P A R G P P t r er t t r πληπ 由此可求出每个天线的增益为 G P P R r t =?4πλ 如用dB 表示，则为 ??? ? ???+??? ??=t r P P R dB G lg 10214lg 10)(λπ 因此,如果测出收发电平差、工作频率和收发距离，即可通过上式求出被测天线的增益。 2．天线增益的相对测量 被测天线增益G 和参考天线增益G 0间存在简单的关系： G=gG 0 式中，g 是被测天线相对于参考天线的增益。
因此如果参考天线的增益已知，只要测出g ，即可按上式求出被测天线的增益。 用比较法测天线增益，常用半波对称振子(或折合振子)作线天线的标准增益天线（其增益约为1.64或2.15dB ）；常用按最佳方向性系数设计的标准增益喇叭作面天线的增益标准天线，其增益理论设计值和实际值相当吻合，可按下式估算： )(4lg 102dB Ak D G λ π≈≈ 式中，A 是喇叭口面面积，k 是口面利用率。对角锥喇叭天线k 取0.51。 3. 天线增益的综合测量 设三个不同天线的增益分别为G G G 010203、、,先用比较法测得1和2对3的相对增益 03 02 203011G G G G G G ==， 当G 03已知时，则 03 20203101G G G G G G ==，， 用dB 表示,即 ) ()()()()()(0320203101dB G dB G dB G dB G dB G dB G +=+=， 当G dB 03()未知时，可用上述1项（天线增益的绝对测量）的方法测出G dB G dB 0102()()+，与上两式联立求出G dB 03()。 3．3 测量方框图： 3．4主要测试设备： 发射源：厘米波分频锁相源（带隔离器，具连续波或1KHz 内方波调制输出，带数字频率指示和功率相对指示，工作频率11GHz ±250MHz ，输出功率连续可调，
天线是卫星通信系统的重要组成部分，是地球站射频信号的输入和输出通道，天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。地球站与卫星之间的距离遥远，为保证信号的有效传输，大多数地球站采用反射面型天线。反射面型天线的特点是方向性好，增益高，便于电波的远距离传输。 反射面的分类方法很多，按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线；按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线；按频段可分为单频段天线和多频段天线；按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。下文对一些常用的天线作简单介绍。 1．抛物面天线 抛物面天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点F上，馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列，如图1所示。发射时信号从馈源向抛物面辐射，经抛物面反射后向空中辐射。由于馈源位于抛物面的焦点上，电波经抛物面反射后，沿抛物面法向平行辐射。接收时，经反射面反射后，电波汇聚到馈源，馈源可接收到最大信号能量。
图1 抛物面天线 抛物面天线的优点是结构简单，较双反射面天线便于装配。缺点是天线噪声温度较高；由于采用前馈，会对信号造成一定的遮挡；使用大功率功放时，功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。 2．卡塞格伦天线 卡塞格伦天线是一种双反射面天线，它由两个发射面和一个馈源组成，如图2所示。主反射面是一个旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面，馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上，抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合，即都位于F2点。从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面，在主反射面上再次被反射。由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合，经主副反射面的两次反射后，电波平行于抛物面法向方向定向辐射。对经典的卡塞格伦天线来说，副反射面的存在遮挡了一部分能量，使得天线的效率降低，能量分布不均匀，必须进行修正。修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后，天线效率可提高到0.7—0.75，而且能量分布均匀。目前，大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。 卡塞格伦天线的优点是天线的效率高，噪声温度低，馈源和低噪声放大器可以安装在天线后方的射频箱里，这样可以减小馈线损耗带来的不利影响。缺点是副反射面极其支干会造成一定的遮挡。
SAS-58x (标准增益喇叭天线组) 标准增益天线组，用于在1GHz-40GHz频率范围内进行辐射和敏感度测试。每个天线都经过线性极化，具有中等增益，低VSWR和恒定的天线因子。标准增益喇叭的性能是非常精确的，能由设计参数进行预测。天线因子和增益的实测值和计算值之间的误差为+/-0.5 dB。所以，这组天线能当作标准参考，类似于1GHz以下的共鸣偶极子天线一样。同轴到波导的适配器，是整个天线上唯一对功率有限制的元件，如果需要很大的场强，可以把这个适配器去掉。每个标准增益天线都可以安装到标准三角架上【?-20母螺纹】。通过旋转三角架上的天线，可以得到水平和垂直极化。 增益：15dB，也有10dB的和20dB的。 标准增益喇叭天线组包括： 型号频率范围说明增益 SAS-580 1.12 GHz - 1.70 GHz 喇叭天线，标准增益14.7 SAS-581 1.70 GHz - 2.60 GHz 喇叭天线，标准增益14.5 SAS-582 2.60 GHz - 3.95 GHz 喇叭天线，标准增益15.1 SAS-583 3.95 GHz - 5.85 GHz 喇叭天线，标准增益14.5 SAS-584 5.85 GHz - 8.20 GHz 喇叭天线，标准增益14.8 SAS-585 8.2 GHz - 12.4 GHz 喇叭天线，标准增益15.6 SAS-586 12.4 GHz - 18.0 GHz 喇叭天线，标准增益14.9 SAS-587 18.0 GHz - 26.5 GHz 喇叭天线，标准增益14.8 SAS-588 26.5 GHz - 40.0 GHz 喇叭天线，标准增益14.6
面天线的结构和工作原理 一、抛物面天线 （一）抛物面天线的结构 常用的抛物面天线从结构上看，主要由两部分组成： 照射器，由一些弱方向性天线来担当，想短电对称振子天线，喇叭天线。 作用：是把高频电流转换为电磁波并投射到抛物面上。 抛物面，它一般有导电性能较好的铝合金板构成，其厚度为1.5-3（mm），或者用玻璃钢构成主抛物面，然后在其内表面粘贴一层金属网或金属栅栏。网孔的最大值要求小于λ/8-λ/10，过大将造成对电磁波的漏射现象，影响天线的正常工作性能。 作用：构成天线辐射场方向性的主要部分。 图 1-1 普通抛物面天线的结构图图 1-2 普通抛物面天线的几何关系图（二）工作原理 抛物面具有如下重要的几何光学特性：由焦点发出的各光线经抛物面反射，其反射线都平行于z轴；反之，当平行光线沿z轴入射时，则被抛物面反射而聚焦于F点。其原因是，由焦点发出的各光线经抛物面反射后到达口径面的行程相等（这一结论可利用抛物线的以下性质来证明：从抛物线任一点到焦点的距离等于该点到准线的距离）。 微波的传播特性与光相似，因此，位于焦点F的馈源所辐射的电磁波经抛物面反射后，在抛物面口径上得到同相波阵面，使电磁波沿天线轴向传播。如果抛物面口径尺寸为无限大，那么抛物面就把球面波变为理想平面波，能量只沿z轴正方向传播，其它方向辐射为零。但实际上抛物面的口径是有限的，这时天线的辐射是波源发出的电磁波通过口径面的绕射，它类似于透过屏上小孔的绕射，因而得到的是与口径大小及口径场分布有关的窄波波束。 二、卡塞格伦天线
（一）卡塞格伦天线的结构 卡塞格伦天线是一种双反射面天线，其主反射面是旋转抛物面，副反射面是旋转双曲面。卡塞格伦天线的结构与普通抛物面天线的差别，不仅在于多了一个副反射面，而且把馈源安装到了主反射面后面上，如图1-3所示。故有时也把卡塞格伦天线称为后馈天线。 图 1-3 卡塞格伦天线的结构图 （二）卡塞格伦天线的工作原理 卡塞格伦天线的工作原理是，根据双曲面的性质，由F2发出的电磁波被副面反射，其反射的电磁波方向可以看成是共轭焦点F1发出的射线方向。又因为F1是抛物面的焦点，所以，由F2发出的电磁波经副反射面和主反射面反射后，在口径面形成同相场，从而得到平行于轴向的电磁辐射波。 双反射面的优点之一在于可以采用赋形技术。如果修正旋转双曲面的形状，使口径场分布符合要求，同时适当地修改主面以校正由于副面改变而引起的口径场相位差，那么，卡塞格伦天线将有较高的电性能。但卡塞格伦天线的副面直径一般要取较大，这在小口径天线中会造成较大的遮挡，所以在小天线中很少采用卡塞格伦结构方案。
第一章绪论 一、绪论 1.1 课题的研究背景及意义 自古至今，通信无时无刻不在影响着人们的生活，小到一次社会交际中的简单对话；大到进行太空探索时，人造探测器与地球间的信息交换。可以毫不保留地说，离开了通信技术，我们的 生活将会黯然失色。近年来，随着光纤技术越来越成熟，应用范围越来越广。在广播电视领域， 光纤作为广播电视信号传输的媒体，以光纤网络为基础的网络建设的格局已经形成。光纤传输系统 具有的传输频带宽，容量大，损耗低，串扰小，抗干扰能力强等特点，已成为 城市最可靠的数字电视和数据传输的链路，也是实现直播或两地传送最经常使用的电视传送 方式。随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的现代通信技 术引起了人们的极大关注，我国在移动通信技术方面投入了巨大的人力物力，我国很多地区的电力通信专用网也基本完成了从主干线向光纤过度的过程。目前，电力系统光纤通信网已成为我国规模较大，发展较为完善的专用通信网，其数据、语音，宽带等业务及电力生产专业业务都是由光纤通信承载，电力系统的生产生活，显然，已离不开光纤通信网。 无线通信现状另一非常活跃的通信技术当属，无线通信技术了。无线通信技术包括了移动通信技术和无线局域网（ WLAN ）技术等两大主要方面。移动通信就目前来讲是 3G时代，数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。目前，移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通 信阶段。无线局域网可以弥补以光纤通信为主的有线网络的不足，适用于无固定场所，或有线局域网架设受限制的场合，当然，同样也可以作为有线局域网的备用网络系统。WLAN ，目前广泛应用 IEEE802.11 系列标准。其中，工作于 2.4GHZ频段的 820.11可支持 11Mbps 的共享接入速率；而802.11a 采用 5GHZ 频段，速率高达 54Mbps ，它比802.11b 快上五倍，并和 820.11b兼容。给人们的生活工作带来了很大的方便与快捷。 在整个无线通信系统中，用来辐射或接收无线电波的装置成为天线，而通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备都是通过无线电波来传递信息的，均 需要有无线电波的辐射和接收，因此，同发射机和接收机一样，天线也是无线电技术设备的一个重要组成部分，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波，但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低，要能够有效地辐射或接收电磁波，天线在结构和形式上必须满足一定的要求。快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能 (多频段、多极化 )、高性能的天线。微带天线作为天线 家祖的重要一员，经过近几十年的发展，已经取得了可喜的进步，在移动终端中采用内置微带天线，不但可以减小天线对于人体的辐射，还可使手机的外形设计多样化，因此内置微带天线将是未来天线技术的发展方向之一，设计出具有小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而且具有重要的应用价值，这也成为当前国际天线界研究的热点之一。
8.5 对称振子天线的辐射 1.什么是对称振子？ 2.对称振子的辐射特性 3.半波振子的辐射特性
1. 什么是对称振子？ 两段长度为的直导线，从中间对称馈电，就构成对称振子。 l 如图所示: 对称振子上的电流分布为： 0sin (||) I I k l z =-2/2l λ=23/4l λ=2l λ=23/2 l λ=
在振子上取一小段d z ，将其视为电偶极子，其辐射场为： 2. 对称振子的辐射场 j 0sin (||)e d j sin d 2kR I k l z E z R θηθλ' --=?' 该对称振子的辐射场就是整个振子 长度上的积分: d l E E θθ =?因为：R l >>//R R '||cos R R z θ'≈-R R '≈在分母上 在指数上
j j ||cos 0j sin e sin[(||)]e d 2l kR k z l I k l z z R θηθλ--=-?辐射电场为：d l E E θθ = ?0j -j cos 0j cos 0 j sin e {sin[()]e d 2sin[()]e d } kR kz l l kz I k l z z R k l z z θ θ ηθλ--=++ -?? j 0e cos(cos )cos() j [] 2πsin kR I kl kl R θηθ --=?
对称振子的辐射场： j 0e cos(cos )cos() ?j []2πsin kR I kl kl E a R θθηθ --=?j 0e cos(cos )cos() ?j []2sin kR I kl kl H a R ?θπθ --=?cos(cos )cos()()sin kl kl F θθθ -= 对称振子的方向性函数：
1 课题背景 喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单，频带宽，功率容量大，调整与使用方便。合理地选择喇叭天线尺寸，可以获得很好的辐射特性、相当尖锐的主瓣、较小副瓣和较高的增益。因此，喇叭天线应用非常广泛，它是一种常见的天线增益测试用标准天线。 喇叭天线就其结构来讲可以看成由两大部分构成：一是波导管部分，横截面有矩形，也有圆形；二是真正的喇叭天线部分。 波导部分相当于线天线中的馈线，是供给喇叭天线信号和能量的部分。对工作于厘米波或毫米波段内的面天线，如采用线状馈线，将因馈线自身的辐射损耗太大不能把能量传送到面天线上，所以，必须采用自身屏蔽效果很好的波导管作馈线。普通喇叭天线结构原理图如1.1所示。 图1.1 普通喇叭天线结构原理图 HFSS全称为High Frequency Structure Simulator，是美国Ansoft公司（注：Ansoft公司于2008年被Ansys公司收购）开发的全波三维电磁仿真软件，也是世界上第一个商业化的三维结构电磁仿真软件。该软件采用有限元法，计算结果
精准可靠，是业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。 HFSS采用标准的Windows图形用户界面，简洁直观；拥有精确自适应的场解器和空前电性能分析能力的功能强大后处理器；能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场；自动化的设计流程，易学易用；稳定成熟的自适应网格剖分技术，结果准确。使用HFSS，用户只需要创建或导入设计模型，指定模型材料属性，正确分配模型的边界条件和激励，准确定义求解设置，软件便可以计算并输出用户需要的设计结果。 HFSS软件拥有强大的天线设计功能，可以提供全面的天线设计解决方案，是当今天线设计最为流行的软件。使用HFSS可以仿真分析和优化设计各类天线，能够精确计算天线的各种性能，包括二维、三维远场和近场辐射方向图、天线的方向性系数、S参数、增益、轴比、输入阻抗、电压驻波比、半功率波瓣宽度以及电流分布特性等。
天线原理设计说明书 矩形喇叭天线 学生姓名：李帅学号：1205094219 学生姓名：王涛学号：1205094221 学生姓名：唐毓孝学号：1205094230 学院：信息与通信工程学院 专业：信息对抗技术 指导教师：姚金杰 2015年 6 月15日
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一、题目要求以及研究背景意义 1.1题目要求 设计一个（4GHz-6GHz）频段最佳增益矩形喇叭天线，其在5GHz时的增益需要大于15dB，喇叭采用WR430矩形波导来馈电，输入阻抗50欧。 （1）建立天线结构； （2）完成天线的设计与仿真； （3）完成仿真结果参数的分析。（频率、带宽、输入阻抗、方向图等） 1.2研究背景意义 喇叭天线是面天线，波导管终端渐变张开的圆形或矩形截面的微波天线，是使用最广泛的一类微波天线。它的辐射场是由喇叭的口面尺寸与传播型所决定的。其中，喇叭壁对辐射的影响可以利用几何绕射的原理来进行计算的。如果喇叭的长度保持不变，口面尺寸与二次方相位差会随着喇叭张角的增大而增大，但增益则不会随着口面尺寸变化。如果需要扩展喇叭的频带，则需要减小喇叭颈部与口面处的反射；反射会随着口面尺寸加大反而减小。喇叭天线的结构比较简单，方向图也比较简单而容易控制，一般作为中等方向性天线。频带宽、副瓣低和效率高的抛物反射面喇叭天线常用于微波中继通信。 喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。合理的选择喇叭尺寸，可以取得良好的辐射特性：相当尖锐的主瓣，较小副瓣和较高的增益。因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛，是一种常见的测试用天线。喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的，由于是波导开口面的逐渐扩大，改善了波导与自由空间的匹配，使得波导中的反射系数小，即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去，反射的能量很小。从原理上来说，波导开口端和喇叭天线是很简单的天线，但严格求解它们的口径场及外场却相当困难。首先，波导开口端面上与喇叭口面上的场分布与无限长波导内的场分布不同，而且空间传播的TEM波也不同，是结构较为复杂的波。其次，在口面上除了入射波，还有反射波。再次，在口面上除了主波以外，还有高次波型。此外由于波导和喇叭的开放性结构，波导开口和喇叭开口边缘处和外壁上都有电流存在，它们也参与辐射。 由于喇叭天线结构简单和方向图易于控制，通常用作中等方向性天线，如标准喇叭，最常见的是用作反射面的馈源。当它用作独立天线时，一般都加上校正相位的反射面或透镜。喇叭－抛物反射面天线具有频带宽、副瓣低和效率高等特性，常用于微波中继通信。而透镜因其重量较重和结构复杂等原因，已很少用作喇叭的相位校正。 喇叭天线常用于如下几个方面：1大型射电望远镜的馈源，卫星地面站的反射面天线馈源，微波中继通讯用的反射面天线馈源；2相控阵的单元天线；3在天线测量中，喇叭天线常用作对其它高增益天线进行校准和增益测试的通用标准等。 二、矩形喇叭天线设计方案 2.1设计原理 啊啊1、矩形喇叭天线的口面场结构为了说明喇叭天线的口面场结构，可用一个矩形喇叭来说明。图画出了一个矩形扇形喇叭天线的场分布图。
超宽带天线的研究与设计 中文摘要 近几年来，超宽带天线的研究已经成为热潮。本文的思想也是研究小型化超宽带平板天线，让其在生活中的硬件设计产品中满足超宽带天线的技术需要。因为超宽带天线在WiMAX和WLAN的窄带系统和装载切口天线设计结构上产生的影响。实现WiMAX和WLAN频带的双凹槽在超宽带天线结构设计。在设计过程中主要是使用HFSS软件进行天线结构的仿真优化。主要利用了HFSS软件仿真和天线结构的优化设计过程。我们针对其超宽带天线的性能参数，相应的提升平面单极子天线的基础研究。传统平面单极子天线与狭槽，狭槽装载方法的横截面，提出了几种平面单极子天线从频域和时域研究，从而从单极子天线的相关性能参数出发，研究平面单极子天线在频率范围为3.1GHZ-11GHZ，使超宽带天线能够达到市场对硬件方面的应用需求。 关键词：平面单极子天线；超宽带；HFSS仿真 I
Research and design of ultra-wideband antenna Abstract In recent years, the research of ultra-wideband antenna has become a boom. Thought of this paper is to study ultra-wideband planar antenna miniaturization, let the life in the hardware design of the product satisfy the need of ultra-wideband antenna. Because of ultra-wideband antenna in WLAN and WiMAX narrowband systems and the impact loading of incision on the antenna design. Both WiMAX and WLAN band grooves in the ultra-wideband antenna structure design. In the design process is mainly using HFSS software for simulation of antenna structure optimization. Mainly using HFSS software simulation and optimization of the antenna structure design process. We according to the performance of ultra-wideband antenna parameters, the corresponding increase of planar monopole antenna of basic research. Traditional planar monopole antenna and the slot, slot loading method of cross section, and puts forward several planar monopole antenna from frequency domain and time domain research, thus starting from the related performance parameters of monopole antenna, the planar monopole antenna in the frequency range of 3.1 GHZ - 11 GHZ, the ultra-wideband antenna can meet the market demand for hardware applications. Key words: Planar monopole antenna; Ultra-Wideband; HFSS simulation 目录 I
h t t p ://w w w. m s c b s c .c o m h t t p ://w w w. m s c b s c .c o m /a s k p r o / 本文档来源于移动通信网(mscbsc)技术问答，原文地址：https://www.doczj.com/doc/db959518.html,/askpro/question5283 天线增益是什么意思? 对天线增益概念理解有点模糊,哪位给详解一下? --------------- 提问者：chgfagy 提问时间：2009-05-19 18:14:00———————————————————————————— 答： 1、增益是用来表示天线集中辐射的程度。其在某一方向的定义是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比。增益一般与天线方向图有关，方向图主瓣越窄，后瓣、副瓣越小，增益越高。增益的单位用“dBi”或“dBd”表示。 2、天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要是依靠减少垂直面向辐射的波束宽度，而在水平面上保持全向的辐射特性。天线增益对移动通信系统运行极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。 可以这样来理解增益的物理含义 ------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要 100W 的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为 G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为 G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源 )。如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是 dBd 。半波对称振子的增益为 G=0dBd （因为是自己跟自己比，比值为 1 ，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为 G=8.15–2.15=6dBd 。 对于水平极化方式的天线来讲，通常以一个半波水平放置的偶极子天线为标准天线，其增益为0dB（实际指dBd）。调频二偶极子反射板天线的增益通过计算和实验数据，其结果基本一致。相对于半波偶极子天线的增益最高只能做到7.5dB。当天线在进行组阵时，天线系统增益为7.5dB。计算推论如下：总功率在一层四面分配时，天线功率将损失6dB，此时天线增益为7.5-6.5=1.5dB；再根据天线层数增
馈源方向图可以作为激励引入。 大型抛物面天线的FEKO仿真计算 发表时间：2009-8-8 作者: 陈鑫*余川来源: 安世亚太 关键字: FEKO 仿真抛物面天线方向图 本文利用FEKO 软件仿真计算得到了抛物面天线的方向图。在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图做为激励加入， FEKO 软件的这一特点不但提高了计算速度、节约了所需要的系统资源，也为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。 1 前言 在电子对抗、跟踪遥测等工程应用领域内，由于抛物面天线具有发射功率大、副瓣较低、结构简单易加工、相关技术较成熟等优点，常常被选做发射天线或者阵列单元。 在频率较高频段，特别是C 波段以上的频段，其波长已经在10 厘米以内，对于直径在一米以上的大型抛物面天线或者天线阵列来说，市面上其他电磁场仿真软件在对于电大天线的仿真计算能力很弱，有些根本无法计算，而FEKO 软件恰恰弥补了这一空白。 本文利用FEKO 软件仿真计算得到了直径为110 厘米的抛物面天线方向图（X 波段），在仿真过程中将喇叭馈源生成的方向图数据文件做为激励加入，抛物面表面采用PO 算法，大大提高了计算效率，节省了所需硬件资源，为进一步对抛物面天线阵的仿真打下了基础。 2 馈源仿真计算 对于传统前馈抛物面的仿真，一般都是将喇叭馈源和抛物面整体建模、整体计算的方法。在计算机硬件资源和时间允许的情况下，其优点是操作简单，直接得出计算结果；但是如果需要计算天线阵列或者更大的抛物面天线，也许对于计算机资源要求就太高，往往无法满足需要。因此，我们首先用SABOR 软件快速设计喇叭几何尺寸，计算喇叭的大致远场方向图和增益（图1）。在FEKO 中用MLFMM 计算该尺寸的喇叭方向图，如图2 所示，计算结果与设计一致，满足下一步计算要求。
第四章 增益测量 第一节 引言 天线的方向增益（通常称方向性系数）是表征天线所辐射的能量在空间分布情况的量，定义为在相同辐射功率情况下，该天线辐射强度),(?θp 与平均辐射强度之比，即 0p 0 ) ,(),(p p D ?θ?θ= （4﹒1） 由于辐射强度正比于电场强度的平方，因此，方向性系数也可写为 2 2),(),(E E D ?θ?θ= （相同辐射功率） （4﹒2） 式中，),(?θE 是该天线在),(?θ方向产生相同电场强度的条件下，点源天线的总辐射功率与该天线的总辐射功率之比，即 ) ,(),(0?θ?θT T P P D = （相同电场强度） （4﹒3） 一般情况均指最大辐射方向的方向性系数，因此，式（4﹒1）、（4﹒2）、（4﹒3）可写为 2 02 0E E p p D m m m == （相同辐射功率） mT oT P P = （相同电场强度） （4﹒4） 方向性系数是以辐射功率为基点，没有考虑天线能量转换率。为了更完整地描述天线的特性，我们以天线输入功率为基点，将该天线与点源天线作比较，于是，仿照方向性系数所定义的量就叫做天线的功率增益（通常称为增益系数），即 2 2),(),(E E G ?θ?θ= （相同输入功率） （4﹒5） 或 ) ,(),(0?θ?θin in P P G = （相同电场强度） （4﹒6） 式中，和in P 0),(?θin P 分别是点源天线和该天线的输入功率。 若指天线最大辐射方向的增益，则式（4﹒5）和（4﹒6）可写为 2 2E E G m m = （相同输入功率）
inm in P P 0= （相同电场强度） （4﹒7） 将式（ 4﹒7）进行简单的换算，则有 A m inm mT mT oT oT in inm oin m D P P P P P P P P G ηη??=? ?== 00 （4﹒8） 式中，0η和A η分别是点源天线和某天线的效率。 令点源天线效率10=η，并因一般谈及方向性系数或增益系数均指最大发射方向，为简化书写，我们将足标“”去掉，于是式（4﹒8）就变为 m D G A η= （4﹒9） 可见，天线的增益系数等于天线的效率与方向性系数之积。如果天线效率为100%，则天线的方向性系数也就是天线的增益系数了。 天线增益的测量可以根据定义测取相对功率或相对场强而得到，基本方法有两大类：一类是比较法，另一类是绝对法。 第二节 比较法测天线增益 比较法是将待测天线与一已知增益的标准天线进行比较而测得其增益值的。定义增益时，以点源天线作比较标准，但辐射球状方向图的标准点源天线实际上难以实现。因此，测量时，通常是用有方向特性的天线（如半波偶极天线或喇叭天线等）作比较标准，相对于标准天线增益的待测天线增益则为 s G G P P G G s s = （相同电场强度） （4﹒10） 或 2 2s s E E G G = （相同输入功率） （4﹒11） 为了简单，式中功率P 和场强E 的足标已省掉。按式（4﹒10）或式（4﹒11）用比较法进行天线增益测量时，可以有多种方案。 一、标准天线和待测天线作发射 1． 相对功率法 测试电路如图4﹒1所示，步骤如下： ⑴辅助天线接入发射端，并调整匹配，是输出功率最大； ⑵辅助天线接入接收端，并使其最大辐射方向与发射天线的最大辐射方向对准； ⑶调节可变衰减器，使接收端指示器指示适当的值A，记下功率计读数； s P
天线增益的计算及单位转换 增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义 ------ 为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要 100W 的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100 / 20 = 5W 。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为 G=2.15dBi。4 个半波对称振子沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为 G=8.15dBi( dBi 这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源 )。 如果以半波对称振子作比较对象，其增益的单位是 dBd 。 半波对称振子的增益为 G=0dBd （因为是自己跟自己比，比值为 1 ，取对数得零值。）垂直四元阵，其增益约为 G=8.15 – 2.15=6dBd 。 天线增益的若干计算公式 1）天线主瓣宽度越窄，增益越高。对于一般天线，可用下式估算其增益： G（dBi）=10Lg{32000/（2θ3dB,E×2θ3dB,H）} 式中， 2θ3dB,E与2θ3dB,H分别为天线在两个主平面上的波瓣宽度； 32000 是统计出来的经验数据。 2）对于抛物面天线，可用下式近似计算其增益： G（dBi）=10Lg{4.5×（D/λ0）2} 式中， D 为抛物面直径； λ0为中心工作波长； 4.5 是统计出来的经验数据。 3）对于直立全向天线，有近似计算式 G（dBi）=10Lg{2L/λ0} 式中， L 为天线长度； λ0 为中心工作波长； 关于天线的db, dBi，dBd等单位 有些朋友往往比较容易混淆这些单位，dB取的都是以对数值为基础的。