学院 系 级电子 班
一、前言
无线通信系统中，与外界传播媒介接口是天线系统。天线辐射和接收无线电波：发射时，把高频电流转换为电磁波；接收时把电磁波转换为高频电流。天线的型号、增益、方向图、驱动天线功率、简单或复杂的天线配置和天线极化等都影响系统的性能。 现在天线已随处可见，它已与我们的日常生活密切相关。例如，收听无线电播的收音机需要天线，电视机需要天线，手机也需要天线。在一些建筑物、汽车、轮船、飞机上等都可以看见各种形式的天线。收音机、电视机使用的天线一般是接收天线，广播电视台的天线则为发射天线。而手机天线则收发共用，但须经过移动通信天线转收和转发。
二、主要内容
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，见图1。
图1 增益比较
dBi 表示天线增益是方向天线相对于全向辐射器的参考值，dBd是相对于半波振子天线参考值。
2、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。
图2：全向天线水平波瓣和垂直波图，其天线外为圆柱型；
图3：定向天线水平波瓣和垂直波瓣图，其天线外形为板状。
图2 全向天线波瓣示意图
图3 定向天线 波瓣示意图
通常会用到天线方向图的以下一些参数：
（1） 主瓣宽度，指主瓣最大辐射方向两侧的两个半功率点的矢径之间的夹角，记为θ0.5主瓣宽度越小，说明天线辐射的电磁能量越集中，定向性越好。
（2）副瓣电平，指副瓣最大辐射方向上的功率密度和主瓣最大辐射方向上的功率密度之比。
（3） 前后向抑制比，后瓣最大辐射方向上的功率密度主瓣最大辐射方向上的功率密度之比。
3、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。
4、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。
5、天线的种类
天线按方向性划分有定向天线和全向天线；按极化形式分有单极化和双极化天线。在不同场合、不同地形、不同用户分布等情况时应采用不同的天线形式。天线的种类（型号）很多，目前天线的主要种类如下：
（1）全向中增益（8-9dBi）、高增益（大于9dBi）普通天线（无零点填充、无
赋形技术）
（2）全向中增益（螺钉输送机8-9dBi）、高增益（大于9dBi）赋形天线（零点填充）
（3）全向高增益（大于9dBi）普通波束下倾天线（无零点填充，2°-6°）
（4）全向高增益（大于9dBi）赋形波束下倾天线（零点填充5%-25%、下倾
1.25°-6°）
抗裂网片（5）水平面半功率波束宽度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大于16dBi）
普通天线
（6）水平面半功率波束宽度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大于15dBi）
普通天线
（7）水平面半功率波束宽度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大于16dBi）
赋形天线（零点填充，上第一副瓣抑制）
（8）水平面半功率波束宽度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大于15dBi）
赋形天线（零点填充，上第一副瓣抑制）
（9）水平面半功率波束宽度65°定向中（13-16dBi）、高增益（大于微型电风扇16dBi）
固定电下倾天线（6°/9°），这种天线无赋形技术
（10）水平面半功率波束宽度90°定向中（12-15dBi）、高增益（大于15dBi）
6、天线阵
许多天线按照一定的规律放在一起就构成了天线阵。这种天线阵的方向图可把各天线的方向图叠加在一起求得。因此天线阵的方向图与每一天线的型式、取向以及天线上电流分布的大小与相位等有关。调整天线之间的相对位置和电流关系，可以得到各种形状的方向图。
组成天线阵的独立单元为阵元或天线单元，如果阵元排列在一条直线或者一个平面上，称为直线阵或者平面阵。
（1）二元天线阵
P点的合成场强为
（2）均匀直线式天线阵
定义：指各元天线除了以相同的取向和相等的间距排列成一直线外，它们的电流大小相等，而相位则以均匀的比例递增或递减。
P点的合成场强为
式中
阵函数 ，最大值条件为
7、面天线基本理论
应用数学物理方法分析研究面天线问题的理论。面状天线（简称面天线）包括：①声学型，如叭天线和开口波导辐射器；②光学型，如抛物面反射器天线和透镜天线；③表面波型，如介质棒天线和各种形式的平面形结构表面波天线。
电磁场的边值问题
对于标量亥姆霍兹方程，有11个可分离变量的坐标系,对于矢量亥姆霍兹方程有6杏仁脱皮机个可分离变量的坐标系。当天线的外表面能与某个可分离变量坐标系中的一个坐标面重合时，就可用分离变量法来求解。或者，当某个可分离变量坐标系中的几个坐标面的各一部分或全部与天线的外表面重合时（即这些坐标面将天线包围），也可用分离变量法求解。使用这种方法时，首先根据所研究的天线外形，选择一个合适的可分离变量的坐标系，再用坐标面将天线的表面包围起来，将外部空间按坐标面分成若干区，然后用本征模函数表示各区的场和源，根据问题的边界条件来定本征值，并根据各区之间的边界条件求本征模函数的系数。这种分析方法仅适用于极少数的天线问题，例如用球面坐标系解球面反射镜天线。这种方法未能推广的原因是由于数学上的困难。对于绝大多数天线来说，很难到合适的可分离变量的坐标系，另一方面，即使有了合适的坐标系，其解的表达式也非常复杂。
波动光学近似法 当任一封闭面上的电磁场已知时，即可用惠更斯－基尔霍夫积分公式严格求出面外的场。根据这一理论得出了求解面天线的波动光学近似法，它在面天线分析中得到广泛应用。具体步骤是：首先求解封闭面上的场，即所谓“内场”，然后根据封闭面上的场求解面外的场，即所谓“防盗车牌架外场”。例如抛物面天线可用它的外表面作为封闭面，或者用它的口径面和背后的表面作为封闭面，先用几何光学法求出馈源照射面上的感应电流，或求出口径场，然后在计算外场时，假设天线背面（馈源照射不到的面）的电流为零。又如叭天线，通常用它的口径面和外表面作为封闭面，将输入波近似当作口径场以求外场，这时假设叭外表面上的电场和电流分布都等于零。在反射面天线中，通常将面电流积分法称为物理光学法，而把口径场积分法称为口径场法。虽然物理光学的近似性还未经过严格证实，但实践表明，它是一个非常有效的近似方法，已成功地用于反射面天线的分析中，非凡是对聚焦或接近聚焦情况的计算。对于仔细设计的抛物面天线，用物理光学法计算方向图时，其精度可达主瓣峰值的-40分贝。用口径场法计算抛物面天线方向图主瓣时，其精度与物理光学法接近，但在远离抛物面轴线的方向上则会产生严重的程长偏差，而使计算精度下降。非凡是当馈源偏差较大时，主瓣的计算精度也大为降低。
三、总结
天线是大三上学期所学课程《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，以上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。天线的发展，从以前的收音机，到现在的对讲机、手机等电子产品，都明显的体现出来了。一直在发展应用天线的技术，说明天线的重要性以及实用性。
我本人也是比较喜欢天线的，以前在家捣鼓着收音机上的那个可以伸缩的小棒，感觉很有趣，天真的想着它是干嘛的，后来知道是天线，接收信号的。但是，接收信号怎么就有声音了呢？声音哪里来的呢？再后来，才慢慢明白里面的奥妙…现在有机会好好学习天线了，我自然不会放过了，上网查阅了一些关于天线的资料，又结合书本上的知识，写了这篇综述，由于对于天线的认识还不是很深，所以综述写的可能不是很全面规范，有些理论知识不是很了解，相信经过接下来的学习以后，我会更加熟悉天线。阻焊油墨
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