天线原理与设计_讲义2.pdf

《天线原理与设计》是关于无线通信领域中天线理论和设计的教材，主要探讨了天线如何辐射和接收电磁波。其中，天线的方向图是描述天线辐射特性的关键，它显示了天线在空间不同方向上的功率或场强分布。天线的方向图类型包括功率方向图和相位、极化方向图，但后两者通常在特殊应用中使用。 第一章主要介绍了几种基础的直线天线和阵列天线的方向图，以及地面对这些方向图的影响。直线天线如元天线、单线行波天线和对称振子天线等，阵列天线则涵盖了由相同类型的天线构成的二元阵、三元阵和多元阵。阵列天线的方向图可以通过方向图相乘原理来理解。 元天线是分析天线的基础，它被视为一个无穷小的直导线，上面均匀分布着电流。在给定的坐标系中，元天线的矢量位可以用麦克斯韦方程来求解，进而得到电场强度E和磁场强度H的表达式。这些表达式依赖于距离、角度和介质参数，如介电常数ε和磁导率μ。通过这些公式，可以计算出在不同位置和距离下元天线的电磁场分布。 天线的辐射场可以被划分为近场区、中场区和远场区。近场区（1rβ <<）中，电磁场的分量Eθ、E_r和Hϕ可以用近似表达式表示，这个区域的电磁场具有振荡性，但时间平均功率流为零，意味着没有能量辐射出去，因此也称为感应场或无功功率区。 中场区和远场区是天线辐射能量的主要区域。在远场区（1rβ >>），天线的辐射效应可以按照Fraunhofer衍射理论进行处理，这个区域的电磁场表现为波动传播，能够有效地传输能量。 阵列天线的方向图受到阵列元素间相互作用的影响，通过调整元素的相对相位和距离，可以控制阵列的方向图形状，实现更精确的方向性和增益。 《天线原理与设计》的内容深入浅出地解释了天线的工作原理和设计方法，对于理解无线通信系统中信号的传输和接收至关重要。无论是微波通信还是其他频段的无线通信，天线的设计和性能优化都是确保通信质量的关键因素。通过学习这些基础知识，工程师可以更好地设计和优化天线系统，以满足特定的应用需求。