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1、8Lm:g 出寸02“s吟 g 寸slzogslI 朋 猎 思(I)wlHelfilu s二一D-R能 SI swtf swtf 五 睫1LIS 目 INI1 si电磁场与电磁波综述报告摘要：在无线通信系统中，与外界传播媒介接口是天线系统。天线的选取和 设计直接关系到整个网络的质量。天线是大三下学期所学课程电磁场与电 磁波里新添加的内容，它是本课程的一个典型应用例子。天线的作用就是 辐射和接受电磁波，天线的技术性能优劣不同，必须规定一些能够表征天线 性能的参数，以下我所介绍的参数就可以说明天线的性能优劣，帮助我们了 解天线的性能。1. 概述天线（ant enna）是一种变换器，它把传输线上传播
2、的导行波，变换成在 无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无 线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、 导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息 的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能 量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天 线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。 这就是天线的互易定理。天线应用于广播和电视、点对点无线电通信、雷达和太空探索等系统。 天线通常在空气和外层空间中工作，也可以在水下运行，甚至在某些频率下 工作于土壤和岩
3、石之中。从物理学上讲，天线是一个或多个导体的组合，由它可因施加的交变电 压和相关联交变电流而产生辐射的电磁场，或者可以将它放置在电磁场中， 由于场的感应而在天线内部产生交变电流并在其终端产生交变电压。2. 天线参数2.1天线增益增益是天线系统的最重要参数之一，天线增益的定义与全向天线或半波 振子天线有关。全向辐射器是假设在所有方向上都辐射等功率的辐射器，在 某一方向的天线增益是该方向上的场强。定向辐射器在该方向产生辐射强度 之比，天线增益是无源现象，天线并不增加激励，而是仅仅重新分配而使在 某方向上比全向天线辐射更多的能量。如果天线在一些方向上增益为正，由 于天线的能量守恒，它在其他方向上的增
4、益则为负。因此，天线所能达到的 增益要在天线的覆盖范围和它的增益之间达到平衡。比如，航天器上碟形天 线的增益很大，但覆盖范围却很窄，所以它必须精确地指向地球；而广播发 射天线由于需要向各个方向辐射，它的增益就很小。碟形天线的增益与孔径（反射区）、天线反射面表面精度，以及发射/接 收的频率成正比。通常来讲，孔径越大增益越大，频率越高增益也越大，但 在较高频率下表面精度的误差会导致增益的极大降低。“孔径”和“辐射方向图”与增益紧密相关。孔径是指在最高增益方向 上的“波束”截面形状，是二维的（有时孔径表示为近似于该截面的圆的半 径或该波束圆锥所呈的角）。辐射方向图则是表示增益的三维图，但通常只 考虑
5、辐射方向图的水平和垂直二维截面。高增益天线辐射方向图常伴有“副 瓣”。副瓣是指增益中除主瓣（增益最高“波束”）外的波束。副瓣在如雷达 等系统需要判定信号方向的时候，会影响天线质量，由于功率分配副瓣还会 使主瓣增益降低。22方向图天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。用 辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相 位表示的称为相位方向图。天线方向图是空间立体图形，但是通常应用的是 两个互相垂直的主平面内的方向图，称为平面方向图。在线性天线中，由于 地面影响较大，都采用垂直面和水平面作为主平面。在面型天线中，则采用 E平面和H平面作为两个主平面。归一化
6、方向图取最大值为一。在方向图中， 包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。主瓣之外 的波瓣叫副瓣或旁瓣或边瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣。2.3输入阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线 的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈 线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较 平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽 可能地接近馈线的特性阻抗。“阻抗”类似于光学中的折射率。电波穿行于天线系统不同部分（电台、 馈线、天线、自由空间）是会遇到阻抗差异。在每个接口处，取决于阻抗匹
7、配，电波的部分能量会反射回源，在馈线上形成一定的驻波。此时电波最大 能量与最小能量比值可以测出，称之为驻波比（SWR）。驻波比为1:1是理想 情况。1.5:1的驻波比在能耗较为关键的低能应用上被视为临界值。而高达 6:1的驻波比也可出现在相应的设备中。极小化各处接口的阻抗差（阻抗匹 配）将减小驻波比并极大化天线系统各部分之间的能量传输。2.4极化极化是描述电磁波场强矢量空间指向的一个辐射特性，当没有特别说明 时，通常以电场 矢量的空间指向作为电磁波的极化方向，而且是指在该天线 的最大辐射方向上的电场矢量来说的。电场矢量在空间的取向在任何时间都保 持不变的电磁波叫直线极化波，有时以地面作参考，将
8、电场矢量方向与地面 平行的波叫水平极化波，与地面垂直的波叫垂直极化波。由于水平极化波和 入射面垂直，故又称正交极化波；垂直极化波的电场矢量与入射平面平行， 称之平行极化波。电场矢量和传播方向构成平面叫极化平面。电场矢量在空 间的取向有的时候并不固定，电场失量端点描绘的轨迹是圆，称圆极化波； 若轨迹是椭圆，称之为椭圆极化波椭圆极化波和圆极化波都有旋相性。不论 圆极化波或椭圆极化波，都可由两个互相垂直线性极化波合成。若大小相等 合成圆极化波，不相等则合成椭圆极化波。天线可能会在非预定的极化上辐射 不需要的能量。这种不需要的能量称为交叉极化辐射分量。对线极化天线而 言，交叉极化和预定的极化方向垂直。对于圆极化天线，交叉极化与预订极 化的旋向相反。所以交叉极化称正交极化。3总结电磁场与电磁波这门课的学习对于我来说是比较困难的，因为这里面牵 涉的知识很多也很复杂，特别是如果数学学习的不够好的同学，在处理这些问题 时会感觉到很困难，但是只要能够培养出自己的兴趣，乐于思考其中的问题，多 多了解电磁场与电磁波的知识，例如像天线这一类的，就会逐步加深对于这些知 识的了解，成绩也会逐步的提高。
