天线原理与设计题库.docx

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1、一、填空题1.天线的主要作用是一天线原理与设计复习2.天线辐射方向图一般是一个空间三维的曲面图形，但工程上为了方便常采用通过一.方向的两个正交平面上的剖面来描述天线的方向图。对于线极化天线，这两个正交的平面通常取为面和_.面。3.天线方向图的E面是指通过.方向且平行于_.的平面。4.设某天线的远区辐射电场表示为E=E。三Ef（0&），E广0 E= 0w，则坡印亭矢量表示为，其辐射功率表示为 r5.半功率波瓣宽度指方向图主瓣上之间的夹角，或场强下降到最大值的.处或分贝值从最大值下降处对应两点之间的夹角。6.设某天线的辐射电场主瓣最大值为 max，副瓣最大值为 ESmax，则其副瓣电平定义式为(d

2、B)。7.天线方向性系数D是用来表征天线辐射能量集中程度的一个参数。若已知自由空间的方向图函数为f （0 & ），则最大指向（气,甲妇上的D二若已知对称振子天线的辐射电阻为r，则D二.，若已知天线的效率如a，则增舞=8.半波对称振子的带宽决定于.，而对数周期振子天线的带宽则是由决定。9.理想点源天线是指的假想点源天线，其辐射方向图在空间是面。10.在某方向（00,中0）上，设理想点源天线的电场强度为E0,某天线的电场强度为E（00,，则天线的方向性系数割0。，和增益G(0 & )E2(0 & )/E2 00的定义表达式均可写作 o 00它们的定义区别为前者是为条件，后者是.为条件。11.如果某

3、天线为圆极化天线，在球坐标系下该天线的远区辐射电场应该有两个分量，且这两个分量在最大辐射方向上应满足的条件。对线极化天线来说交叉极化是指极化，对圆极化天线来说交叉极化是指.极化。12.设某天线的方向图函数为f （0，中），则在（00, %）方向上的方向性系数表达式为.。同样在（0,甲0 ）方向上由天线辐射电阻r和f （0,中）表示的方向性系数为。工程上，一般是采用在最大辐射方向上的方向性系数。设天线的有效面积为七，在其最大辐射方向上的方向性系数为13.如果不计天线损耗，作发射时，在,条件下天线的辐射功率只有信号源所能供给的总功率的一半，另一半将以热损耗的形式消耗在上。14.作接收时，在天线与接

4、收机负载的最佳情况下，传送至接收机的功率是天线感应或截获到的总功率的一半，另一半则被间距d二，馈电电流相位差以的二元阵阵方向图形状是，其最大辐射方向指向方向。15.用两个正交的对称振子获得圆极化辐射的条件是16.天线口径场出现线性相位分布时，对天线辐射性能的主要影响是，而随着平方率相位分布的增大，其主要影响是掉了。V17.设平面口径天线的物理面积为S, 口径效率为，则其增益为，若口径场为均匀分布，则其口径效率为，若口径场为余弦分布，则其口径效率为18.天线远区辐射场的振幅随距离r 按-变化。若设天线的最大尺寸为D，则其远区距离r应满足关系，这是在源点到远区某点的相位与坐标原点到远区，它是根据.

5、原理得到的。21.计算对称振子天线的辐射场时应知道天线上电流分布，对于沿z轴放置的长为2 的对称振子，其上电流分布可近似为22.沿z轴放置的元天线的方向图函数为；在xy平面的惠更斯面元的方向图函数为；沿z轴放置的对称半波振子方向图函数为23.设二元阵单元间距为d射线与阵轴的夹角为，则等幅同相时的阵因子为f （6 ）=等幅反相时的阵因子为f (0)=a阵因子为心脏形的条件是：两单元天线的电流相位差为以 一,间距为d=，其表达式为 f.24.谐振振子天线的判定条件是：在一定长度下其输入阻抗。半波谐振天线的实际长度比工作波长的一半略短些，这是所谓的 效应，振子截面半径愈大，则谐振振子的长 愈多。长度

6、大于半波谐振长度的振子天线的输入阻抗呈 性。25.对称振子输入阻抗虚部为零时对应的长度称为 长度，比半波谐振子长度短的对称振子其输入阻抗呈 性。26.设单元天线的方向图函数为fo（0，甲），阵因子为f（0，甲），则天线阵的方向图函数为f （0，中）=27. 设阵轴与射线间的夹角为，均匀直线式天线阵的最大辐射方向可由公式 m 计算，对侧射阵，两单元间的馈电相位差 以 =，其m ，对端射阵6m。为不出现栅瓣，阵元间距应满足的条件是d 口25）在长焦距下，有一个使G5佳D值.若从。出发，可以确定口径d，再选择合适的D，则抛物面的形状就确定了，即可确定w o，则馈源所需的照射角为y o，再根据最佳照射

7、电平便可以设计馈源。附表：半波振子互阻抗表H=0H=0.5dRXRX0.251I4-192.21：7-：90.2540.8-28.310.65-12.450.512.5-29.9-11.9-7.91.04.017.79.08.9解：(1)二元阵总场方向图函数为其中半波振子单元方向图函数为：cos（兀 cose /2）sms二元阵因子方向图函数为：f (e,甲)=2cos(w /2) V = Pd sine sin中+以 P = 2兀 /人 a =n /2a冗C=2cos （sine sin 中 +1）4=兀e住(=兀/2/2 f (e) = c皿 co；e 2cosU (sin e+1)方向图

8、函数为：)e、/sine4兀，)方向图函数为：f聊)=2cos?(siW+1)(2) 面方向图H面方向图(3) 1号单元的辐射阻抗由下式表示Z = Z11 + L Z121其中I2/I =ej/2 = j Z - 73. + j42.5互/2可查表得:Z* / d / 25)=。.“得：Z= 73.1 + j42.5 + j (40.8 - j28.3)Q2, 计算架高为/ 2的水平半波天线在垂直于天线轴平面(H面)的最大辐射方向 A m和该方向上的方向性系数D。(设地面为理想导电无限大平面，计算时可参考第一题附表)解：水平半波天线在H面的方向图函数为f (0) = 2sin( P h cos

9、 0) . h = X /2=2sin(兀 sin 中)令 sin(兀 sin 中)=1得 sin 甲=1/ 2 即 A =甲=30o由方向性系数公式D 12吟Dmax式中，得：f = 2 R = Re(Z )maZ = Z Z rZ = 73.1 + j 42.5Z = 69.1 + j24.8 O，为辐射电阻，可查表求得。Z (H / X = 0, d / X = 1)=124 + j17.7R = 69.1 ORA水平半波天线在H面的最大辐射方向m上的方向性系数为D=120X4/69.1=6.95A = 30o3. 有一架高为h的近地水平半波天线如图所示。要求在垂直于天线轴平面(H面)的

10、最大辐射方向m，计算天线的最小架高和该方向上的方向性系数D。(设地面为理想导电无限大平面，计算时可参考第一题附表)解：水平半波天线在H面的方向图函数为f (0) = 2sin(P h cos 0)=2sin(手 h sin A )2兀lsin(； h sin A )1= 12n +1h sin A =兀2由最大辐射方向可知：2兀T，可得n = 0, 土 1, 2,，且取n=0，得到A = 30o sin A = 1/ 2h = X / 2D12由方向性系数公式DmaxRr式中，fmax = 2，ReZ,)为辐射电阻，可查表求得。Z = Z ZZ = 73.1 + #2.5 Z （H /人=0,

11、 d / 人=1） =得：Z = 69.1 + j 24.8 Q R = 69.1 QA水平半波天线在H面的最大辐射方向m上的方向性系数为0=120X4/69.1=6.954. 理想导电地面上有一4的垂直接地天线，如图所示。要求：(1) 给出方向图函数并绘出其E面和H面方向图；(2) 计算其辐射阻抗；(3) 计算出最大辐射方向上的方向性系数。解：(1)采用镜像法后，的垂直接地天线就可看作是自由空间中的一个半波振子天线。E面方向图函数如下，方向图如图所示。f (9) = 皿 co； ,0 0K/2,Esin 0H面方向图函数为其图形为一个圆。垂直接地振子天线的辐射阻抗为：己r = 2 Z11 =

12、2=36.55+j21.25。(3)最大方向上的方向性系数为：D 120 七DmaxRr竺=3.2836.55比自由空间半波振子天线的方向性系数大一倍。5,地面上的二元垂直接地天线阵如下图所示，两单元间距d=/4，馈电电流等幅但 1的相位滞后于2 900即 泓”，可采用镜像法分析。要求:写出二元阵的方向图函数;利用方向图相乘原理绘出其E面和H面方向图；计算阵列中1号单元的辐射阻抗。cos0）sin 0f0（0，甲）=间距为，相位差为的二元阵阵因解：采用镜像法考虑镜像后，垂直接地二元阵就变为二元半波振子阵问题。总场方向图函数为式中，单元半波振子方向图函数为a =一兀 /2子为以f12（0，中）=

13、2C0七COS0 *Hz0ZrH05R12X12R12X12d=0.251.4一19 215.7-8.9d=0.2540.8165-12.45d=0.3029-34 45.2-14.5d=0.50-12.5一-14.97 9d=1.0017.7兀=2cos (sin9 sin中 +1)4 E面(yz平面，甲=n/2)方向图函数为f (9) = f (9，甲)1ET中=兀/2f (9) = f (9,甲)1 HT9= /2有此画出的方向图为 H面(xy平面，= 2)方向图函数为cos( cos9)_sin 92- 2cos (sin 9 +1)4.1 x 2cos(sin 甲 +1)4由此画出的

14、方向图就是心脏形，与上面中间的图完全一样。单元天线1的辐射阻抗Z = Z +1Z121=Z11 + Z12 幻/2对垂直接地天线z = 2 z 1 = 2( Z11+Z12 幻-/2)Z11 = 73.1 + j42.5 (。)Z12 = 40.8 - j28.3 (Q)Z =上73.1 + j42.5 + j(40.8-j28.3) QI22 二/2 I= I6.在自由空间中，沿z轴排列的半波振子二元阵如图所示。已知：， 21。要求(1)写出E面和H面方向图函数；用方向图相乘原理，绘出E面和H面方向图；(3)计算其中一个振子的辐射阻抗Z尸。附表：半波振子互阻抗表解：二元阵的总场方向图函数为f

15、 (9) = f (9) f (9)T0 a附表：半波振子互阻抗H/入=0H/ 入=0.5D/X_1R12X12t表073.142.526.420.20.2540.8-28.310.65-12.450.512.5-29.9-11.9-7.91.04.017.79.08.9(4) 证明这样的二元阵与一个全波振子的辐射方向图是相同的，并计算二元阵的方向性系数D。cos(2cos0)f (0 )=八其中，0sin 0f (0) = 2cos( -d cos0) I气2，-，兀C、I= 2cos(cos 0)d=人/22(1) E面方向图函数为cos2( cos0)f (0) = f (0) = 2e

16、 tsin 00= /2(2) E面和H面方向图如下Z = Z + n Z = Z + ZI 121112ml由 r 11其中，Z11 = 73-1 + 冷级查表得 Z12 = 26.4 + j20.2Q得 Z = 73.1 + j42.5 + 26.4 + j20.2 = 99.5 + j62.7Qf(0 )_cos( P cos0) - cos( P )由f (sin 0=X/2 f(0) = cs( c&0) +1对全波振子，八/sin 02cos 2(工)=1 + cos(2 x)由三角函数的半角公式，可得全波振子的方向图函数为：f (0) = 2cos2(cos0)sin 0，与共轴半波振子二元阵的方向图函数完全一样。1