天线绪论

绪论天线原理与设计主讲张弘地址：川大基础教学楼B-604Email:[e-mail]绪论天线：能有效地发射或接收电磁波的装置。注意：不是所有能发射或接收电磁波的装置都可作为天线。绪论绪论一、天线的作用在无线电通信、广播、电视以及雷达、导航等系统中，均需利用无线电波来传递信息，而天线是这些系统中用以辐射或接收无线电波的部件。天线是任何无线电系统或设备中不可缺少的基本组成部分。绪论发射机接收机发射天线接收天线作用：传输线中的导行电磁波与自由空间电磁波转换。换能器：高频电流电磁波电流的出口和入口，导波和辐射波的变换装置。绪论天线应具有一定的方向性：定向辐射或接收无线电波。有效地利用天线的辐射功率或提高天线的信噪比，方向性是天线的一个重要技术指标，根据任务的不同而不同。绪论天线又是一个极化器件，在同一系统中收、发天线应具有同一极化形式，若不一致，则会产生极化失配，将降低传输效率。绪论二、天线的应用涉及飞机、宇宙飞船、舰船或者陆上交通工具的移动通信时需要使用天线；移动电话也需要使用天线；对于广播电台、电视台，一个传输终端可以支持不限数量的接收用户，而这些用户可能是移动中的，此时通常要采用天线。绪论应用于遥感和遥测等领域遥感系统既可以有源(如雷达)也可以无源(如辐射计)，并且各自接收来自物体的散射和固有辐射，接收信号经过处理后产生关于物体或环境的信息。绪论三、天线的发展历史与无线电电子学的发展同时并进，并很大程度上取决于无线电电子学技术的研究成果及其应用范围。1873年，麦克斯韦方程组（天线的理论基础)。绪论1886年，赫兹用实验证明了麦克斯韦关于电磁波传播的预言。（8m波长，终端加载偶极子、半波谐振环天线，最早的天线）绪论1901年，马可尼建造了第一个跨越大西洋的无线电通信用的发射天线，采用70kHz的火花发射器连接到一个由50根垂直导线组成的高48m的单极天线。（1905年，波长1000米，方锥天线）绪论1920年，电子三极管发明后，其产生的连续波信号频率可达1MHz，通信、广播使用于中波波段（300KHz～3MHz），各种谐波天线得以进一步发展。1925年，利用电离层进行短波远距离通信，天线功率减小，方向集中指向空中，短波天线，如：半波振子、菱形、V形天线等。1930年，电视、调制广播的出现，工作频段进入超短波，蝙蝠翼天线。绪论30～40年代，微波速调管、磁控管振荡器以及波导管和二战中雷达的出现，促进了喇叭天线、抛物面天线、透镜天线和波导阵列天线等微波天线的迅速发展。还出现了许多特殊功能的天线。如单脉冲、电扫描、多波束、合成孔径、自适应天线等。微波天线逐渐成为天线中的一个重要分支。绪论60～70年代，天线发展的鼎盛时期，出现了卡塞格伦天线、相控阵天线等。70年代以后，无线电技术向毫米波、亚毫米波发展，要求天线小型、轻便、平面化，出现了有源天线、微带天线、开槽天线、表面波天线等。随着信息技术、计算机技术和空间技术的迅猛发展，促进了许多新型天线的诞生。绪论1980年，美国国立射电天文台，采用厘米波长的甚大阵由27个直径25m可转向抛物面天线组成，观测数亿光年以远的射电源。绪论24颗GPS天线，波长20cm，20000m高空，精度优于1m。绪论多频多极化的微带天线，体积小、剖面低、便于集成；电扫描和多波束天线能同时跟踪多目标，适应现代化军事技术的要求；自适应天线能大大地提高接收信号的信噪比。绪论2002年，美国阿拉斯加半岛的巨型天线阵，采用180根天线，每根几十米高，发射功率3.6MW。利用高频电磁波束对极地地球环境进行大规模试验，将对地球大气的对流层、同温层、中间层和电离层发生直接作用。该试验项目一旦成功，不仅可以用来干扰无线电通信和无线电定位系统，造成卫星、宇宙飞行器、导弹、飞机、地面雷达、指挥控制通信系统和计算机网络的瘫痪，而且能使输电网络、石油和天然气管道、隧道等设施遭到毁灭性破坏。绪论绪论绪论四、天线的分类1、作用：接收、发射天线；2、波段：超长波、长波、中波、短波、超短波和微波天线；3、目的：通信、广播、电视、雷达、导航和测向天线等；4、特性：线极化、圆极化（左、右）、椭圆极化（左、右）、窄带、宽带、非频变天线以及数字波束天线等；绪论5、外形：偶极子天线、T形、菱形、环形、螺旋、喇叭、反射面以及透镜天线等等。6、结构：线天线（导线或金属棒构成）、面天线（金属面或介质面构成）。线天线主要用于长波、短波和超短波；面天线主要用于微波波段。为便于分析和讨论天线性能，一般按天线的结构形式分类。绪论天线具有可逆性，即同一副天线既可作接收天线，也可作发射天线。使用的场合不同，对天线的要求也有所不同。例如，发射天线需考虑功率容量问题，而接收天线则需考虑噪声问题，因此，在设计中各有所侧重。求解天线问题实质上就是求解满足特定边界条件的麦克斯韦方程组的解。绪论天线不可能像电子学中一样被缩小到一个芯片所代替。传统类型的天线在将来仍会继续使用，如：1927年出现的短波八木天线。新的使用要求将引发天线系统的革命。绪论五、本课程的特点：公式多、图多、天线形式多，繁杂。注意掌握天线的基本理论、基本概念和基本分析方法以及最常用的典型天线的工作原理与电特性，避免繁琐的数学推导。