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天线与微波技术国防科技重点实验室西安电子科技大学第一章绪论西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang天线概念一二天线的发展简史三天线的类型四天线的应用西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang什么是天线？•把从导线上传下来的电信号做为无线电波发射到空间…...•收集无线电波并产生电磁信号Blahblahblahblah西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang§1.1天线概念天线是无线系统的重要部件,它是现代信息社会的电子眼,顺风耳。天线定义——用来辐射或接收电磁波的装置；一种导行波与自由空间波的转换器件或换能器。天线的作用在于辐射和接收无线电波，然而能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用作天线，因为效率可能很低。要有效地辐射或接收电磁波，天线在结构和形式上应满足一定的要求。西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang§1.2天线简史1、1887,赫兹(HeinrichRudolfHertz,1857-1894)1831年法拉第(MichaelFaraday,1791-1867)发现1873年麦克斯韦(JamesClerkMaxwell,1831-1879)完成的电磁理论，由德国的赫兹首次在实验室证实。赫兹的实验采用终端加载的半波偶极子作为发射天线，半波谐振方形环作为接收天线。感应线圈的作用是在偶极子的间隙处产生火花，从而使几米远处的环天线的间隙处产生火花。这是世界上第一次的无线电波连接，偶极子和环是世界上的第一个天线系统。赫兹的实验不仅证实麦克斯韦的电磁理论，更为无线电、电视和雷达的发展找到了途径。赫兹西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang2、1901,马可尼(Guglielmomarconi,1874-1937,1909年诺贝尔物理学奖)1901年马可尼成功实现横穿大西洋(英国-加拿大)的无线电通信。位于英国Poldhu的发射天线由约50根斜拉导线组成,用悬于60米高的木塔间的钢索支撑。位于加拿大Newfoundland的接收天线是200米长的导线,由风筝牵引。西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang马可尼，享有“无线电之父”的美誉。在发明后，由于“共和国号”和“泰坦尼克号”海难事件，其发明表现在海事上的价值使马可尼被奉若神明。因为在无线电问世前，船舶在海上是完全孤立的，即使是岸上或临近船舶上的人也无法给予提醒。马可尼的方锥天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang3、雷达的发展随着二战期间雷达的出现,无线电频谱才得到了更为充分的利用。战时的雷达催生了大批现代天线如巨大的反射面天线、相控阵雷达、透镜天线及波导缝隙天线阵。波导缝隙天线阵反射面天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang4.移动通信GSM900/1800：824-960MHz/1710-1880PCS通信系统的频段：1850MHz~1990MHzUMTS:1710-2170MHz三大运营商制式（3G）：电信：CDMA2000(FDD)825-835MHz,870-880MHz联通：WCDMA(FDD)1920-2170MHz移动：TD-SCDMA(TDD)1880-1920MHz,2010-2025MHzLTE(移动4G)中国移动分别为1880-1920MHz、2320-2370MHz、2575-2635MHz；中国联通获得分别为2300-2320MHz、2555-2575MHz；中国电信获得分别为2370-2390MHz、2635-2655MHz移动基站天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang移动通信天线类型全向天线定向天线微带贴片半波振子缩短套筒振子常规套筒振子西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang数值方法计算方法:矩量法(MothodofMomentMoM、有限差分法(FiniteDifferenceMethod,FDM)、有限元法(FiniteelementMethod,FEM)、几何绕射理论(GeometricalTheoryofDiffraction,GTD)和物理绕射理论(PhysicalTheoryofDiffraction,PTD)等的引入大大推进了天线技术的发展,促进了天线分析和设计技术的逐渐成熟。现在天线的设计不再是修修补补(cutandtry)的方法,已经跨入了一个整体系统级的设计阶段(各种计算软件CST、HFSS、FEKO等)。西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang§1.3天线类型为了满足不同的用途和要求，出现了种类繁多，形式多样，性能各异的天线。天线按波段、外形、工作原理、使用范围等分成不同种类。用途：发射天线，接收天线，收发共用。范围：通信，雷达，导航，测向，广播，电视特性：方向——定向，全向；波束——针形波束，扇形波束；极化——线，圆，椭圆极化；频带——宽带，窄带；电流分布——行波，驻波。形状：菱形，鱼骨形，环形，螺旋形，喇叭，反射面等西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang水平面H面垂直面E面立体图方向图象一个“汽车轮胎”后向功率前向功率西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang1、线天线(WireAntennas)偶极子(Dipole)、单极子(Monopole)、环(Ring)和螺旋(Helix)天线等。西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang2、口径天线(ApertureAntennas)矩形波导(RectangularWaveguide)、角锥喇叭(PyramidalHorn)、圆锥喇叭(ConicalHorn)等西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang3、微带天线(MicrostripAntennas)矩形贴片(RectangularPatch)、圆形贴片(CircularPatch)、缝隙微带天线(SlotCoupledPatch)西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang4、阵列天线(ArrayAntennas)八木－宇田阵列(Yagi-UdaArray)、口径阵列(ApertureArray)、微带贴片阵列(MicrostripPatchArray)和波导缝隙阵列(Slotted-WaveguideArray)西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang5、反射面天线(ReflectorAntennas)前馈抛物面(ParabolicReflectorwithFrontFeed)、卡赛格伦抛物面(CassegrainParabolicReflector)、角反射器天线(CornerReflector)西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang6、透镜天线(LensAntennas)凸透镜(Convex-Plane)、双凸透镜(Convex-Convex)、凹透镜(Concave-Plane)、双凹透镜(Concave-Concave)。还可以分为Rotman透镜天线、龙伯透镜天线和介质透镜天线。西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang波段长波中波短波超短波微波常用名低频LF中频MF高频HF甚高频VHF超高频UHF特高频SHF超极高频EHF波长千米百米十米米分米厘米毫米亚毫米频率30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz300-3000MHz3-30GHz30-300GHz300-3000GHz用途导航信标AM广播短波广播(BBC)FM，TVTV，LAN，蜂窝，GPS雷达，GSO卫星，数据通信雷达，汽车，数据通信卫星§1.4电磁波段波段：应用于不同波段的天线可按波段起名，如表1。西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang波段频率波长波段频率波长L1-2GHz30X8-12GHz3.75S2-4GHz15Ku12-18GHz2.5C4-8GHz7.5K18-27MHz1.67通信卫星：上行3.75-4.2下行5.925-6.425Ka27-40GHz1.11-0.75表2常用微波波段天线发展趋势：高增益、小型化、宽频带、多频段、高频率和集成化等方向。西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang§1.4天线应用机载天线（预警机）西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang舰载天线（052C驱逐舰）西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang车载天线（坦克）车载鞭天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang车载一维相扫波导裂缝天线阵西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang中国红旗9相控阵雷达制导车（防控导弹）西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang航母天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang舰载相控阵天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang预警机2000西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang澳大利亚购买的预警机西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang波导裂缝天线(蘑菇、盘子、鼓包、背鳍、平衡木)X波段相控阵雷达“X波段雷达”被视为全世界最先进的军用雷达，可以预先探知导弹的发射，并追踪导弹的轨迹，诱导反导系统摧毁敌方导弹西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhangF-22（共形天线）西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang直19-武装侦察直升机西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang武直十西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang美国无人侦察机西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang星载抛物面天线星载圆环天线阵西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang空空导弹地空导弹西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang多馈源卫星电视接收天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang电视接收天线（八木天线）西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang车载GPS天线（圆极化微带天线）西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang点对点微波接力天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang普通基站天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang8防雷保护器主馈线（7/8“）5馈线卡6走线架4接地装置3接头密封件绝缘密封胶带，PVC绝缘胶带1天线调节支架GSM/CDMA板状天线抱杆（50~114mm）2室外馈线9室内超柔馈线7馈线过线窗基站主设备基站天线天馈系统西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang仿生树基站天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang空调美化天线小区蘑菇天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang小区路灯美化天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang室内分布天线无线局域网天线西安电子科技大学第一章绪论ByZhiyaZhang脊喇叭天线(天线测量)