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第10章 天线
电磁波是通信、雷达、遥感、遥控、导
航、目标探测与定位、环境监测、资源
勘探、灾害预报等的理论和技术基础，
是现代能源（电能）的重要组成部分。
涉及人类生活的各个方面，经济建设的
各个部门，科技发展的各个领域。
监
测
沙
尘
暴
灾
害
作为信息的载体广泛
应用于通信、电视等
电
磁
波
作为探测的手段广泛
应用于雷达、遥感等
电磁波能量广泛应用
社会、经济方方面面
电磁波的产生: 电磁波应用的基础
磁
场
力
线
J r ,t 
电场力线
电磁波
时变电流或加速运动的
电荷向空间辐射电磁波
不同时变电流的空间分布
将辐射不同分布的电磁波
为获得各种不同应用要求的电磁波，需要设计不
同时变电流的空间分布。这种用于产生或接受特
殊要求的电磁波的装置称为——天线。
微带天线
线电
偶
极
子
天
面天线
缝隙天线
相控阵天线
卫星天线
10.1 概述


天线：辐射和接收电磁波的装置
天线的作用：
 发射天线：把高频电流能量转化为在预定方向的电磁波
 接收天线：把空间的电磁波转化为高频电流电压

天线的地位：
 高频电流能量和电磁波的接口
 无线电波的出口和入口

天线的分类：
 按用途：通信天线、导航天线、雷达天线、广播天
线
 按波段：长波天线、中波天线、短波天线、超短波
天线、微波天线
 按频宽：窄带天线、宽带天线、超宽带天线
 按功能：发射天线、接收天线
 按极化方式：线极化天线、圆极化天线、椭圆极化
天线
 按时用环境：基地站天线、移动台天线
 按方向性：全向天线、定向天线、强方向性天线、
弱方向性天线
 按结构：线天线、口径天线
 按工作原理：驻波天线、行波天线、阵列天线、漏
波天线

对天线的要求：
 有较强的辐射电磁波能力
 一定的方向性
 高的转换效率
 一定的极化方式
 一定的带宽

天线常用的性能指标：
 方向性图
 方向性系数
 增益
 输入阻抗
 驻波系数
 效率

影响天线性能指标的关键因素
 天线电尺寸
 天线的形状和结构
10.2 电流元辐射
电流元：
长度远小于波长的一段电流，电流均匀分布，天线
可看成由电流元组成。
天线的辐射可由各电流元的辐射叠加产生
电流元辐射等同于电偶极子辐射
q(t )   i(t )dt 
I

sin t  q sin t
电流元辐射的计算
m
qm 
I
j
磁场只有分量，电场有r和分量
I
qm 
j
电场与q(t )  qm sin t的电偶极子的场相同。
磁场与恒定电流元的恒定磁场相同。
E由电荷感应产生，H由电流感应产生。
没有电磁相互作用。
E  r 3 , H  r  2，很快衰减。
E、H相位差90o , 坡印亭矢量为近似虚数。
辐射不占优势，电磁能量互相转化，为储能区。
只有E 和H  分量，电磁场互相垂直。
E、H  r 1 , E、H  1
电磁互相产生
E、H同相，坡印亭矢量为实数。
辐射占优势，辐射方向为r方向。
E / H 
沿r方向辐射波。
辐射场与方向有关。
方向性函数f（，） sin 
E面方向性图为8字形，
H面方向性图为圆形（轴对称）
中间区：介乎远场区与近场区之间，储能与辐射都不占优势。
对于天线问题，我们主要关心远场辐射区
磁流磁荷不存在，引入后
令其为0，不影响方程
电荷电流产生的场
（J e  0, J m  0)的场方程
E
 Je
t
H
 E  
t
 H  
磁荷磁流产生的场
（J m  0, J e  0)的场方程
E
t
H
 E  
 Jm
t
 H  
电流产生的场的场方程经过变量代换变为磁流产生的场的场方程
磁流产生的场的场方程经过变量代换变为电流产生的场的场方程
电流产生的场分布经过变量代换变为磁流产生的场分布
磁流产生的场分布经过变量代换变为电流产生的场分布
磁流元的辐射场可从电流元的辐射场作变量代换得到
电流元辐射
磁流元辐射
方向特性与电流元辐射相同
f ( ,  )  sin 
变量代换
j 0 IS
半径为a、电流为I的小电流环等效于I m 
的磁流元
dl
磁流元辐射
j 0 IS
代入I m 
dl
磁流元、电流环辐射与电流元辐射的方向特性相同
f ( ,  )  sin 
对称振子上电流近似为正弦分布，
末端为0。
对称振子上电荷近似为余弦分布，
末端最大。
方向性函数
方向性函数：辐射场与方向之间的
关系函数。
方向性图：用图形表示的方向性函数
天线增益通常也以分贝表示，即
GdB  10 lg G
目前卫星通讯地面站使用的大型抛物面天线，方向性很强，且效率
也很高，其增益通常高达50dB以上。
3. 对称天线辐射
对称天线是一根中心馈电的，长度可与波长相比拟的载流导线，
如下图示。
其电流分布以导线中点为对称，因此被称
z
为对称天线。
若导线直径 d << ，电流沿线分布可以近
Im
L
y
x
L
似认为具有正弦驻波特性。
因为对称天线两端开路，电流为零，形成
d
电流驻波的波节。电流驻波的波腹位置取决于
对称天线的长度。
设对称天线的半长为L，在直角坐标系中沿 z 轴放置，中点位于坐
标原点，则电流空间分布函数可以表示为
I  I m sin k ( L | z |)
式中 Im 为电流驻波的空间最大值或称为波腹
z
电流，常数 k  2π 。

Im
L
y
x
既然对称天线的电流分布为正弦驻波，对
L
称天线可以看成是由很多电流振幅不等但相位
d
相同的电流元排成一条直线形成的。
这样，利用电流元的远区场公式即可直接
计算对称天线的辐射场。
已知电流元 Idz产生的远区电场强度应为
dE  j
ZIdz  sin   jkr 
e
2 r 
z
P
dz'
z'
由于观察距离
r'
z'cos
，可以认为组成对称
天线的每个电流元对于观察点P 的指向是相同
r

r  L
y
的，即 r  // r ，如左图示。 那么，各个电流元
在 P 点产生的远区电场方向相同，合成电场为
x
各个电流元远区电场的标量和，即
ZIdz  sin   jkr 
E   j
e
L
2r 
L
考虑到
L  r  ，可以近似认为
代替 r，由于 r  // r，可以认为
1 1
 。但是含在相位因子中的不能以r
r r
r   r  z  cos
对称天线
电流分布
I  I m sin k ( L | z |)
z
z
P
Im
L
z'
y
x
r'
dz'

若周围媒质为理想介质，那么
远区辐射电场为
r
z'cos
y
E  j
L
x
60 I m cos( kL cos  )  cos kL  jkr
e
r
sin 
d
方向性因子为
f ( ) 
cos(kLcos )  cos kL
sin 
由此可见，对称天线的方向性因子与方位角 无关，仅为方位
角 的函数。
四种长度的对称天线方向图
半波天线

全波天线
2L = /2
π

cos cos  
2

f ( ) 
sin 
2L = 
f ( ) 
2L = 2
2L = 3/2
 3π

cos cos  
 2

f ( ) 
sin 
cos( π cos  )  1
sin 
f ( ) 
cos2π cos    1
sin 
l   / 4：半波振子，l   / 2：全波振子
辐射功率：天线向外辐射的电磁功率


1
P   Re E  H * dS
s2
S可取以天线为球心，半径远大于波长的大球面。
对于高频电流来说，天线相当于一个负载，天
线辐射出去的能量相当于该负载在消耗能量。
辐射电阻：一个等效电阻，当天线上的电
流流过该电阻时所消耗的功率等于天线的
辐射功率。
1 2
1
I Rr  Pr   Re E  H * dS
s2
2

2 Pr
Rr  2
I

I
Rr
I
Xr
辐射电阻的大小反映
天线辐射能力强弱
如果天线上的电流分布不均匀时，辐射电阻的计算与所取的电流有关。
 dl 
辐射电阻   

2
天线电尺寸越大，辐射能力越强
对称振子辐射电阻随长度振荡
上升，长度越长，辐射能力越
强，当出现反向电流时辐射抵
消，辐射电阻下降。
半波振子：l /   0.25，Rr  73
全波振子：l /   0.5，Rr  200

10.6 发射天线的基本电参数
天线的方向性图
天线的方向性系数
天线的增益
天线的效率
天线的工作带宽
天线的极化特性
天线的输入阻抗
天线的辐射电阻
10.6.1天线的方向性图
方向性图：图形表示的方向性函数，表示天线辐射电磁波的能力
与方向之间的关系。
可以用直角坐标或极坐标表示。
可以用线性标度或分贝标度。
可以是二维表示或三维表示。
用二维表示时需要表明是在哪个平面上的方向性图
已知电流元的方向性因子为 f ( ,  )  sin  ，其最大值 f m  1，所以该
电流元的归一化方向性因子为
F ( ,  )  sin 
若采用极坐标，以 为变量在任何  等于常数的平面内，函数 F ( ,  )
的变化轨迹为两个圆，如左上图示。
由于与 无关，在  π 的平面内，以
z
2
为变量的函数的轨迹为一个圆，如左下图
y
示。
z
电流元
将左上图围绕 z

r
轴旋转一周，即构成
H
E
y
H
E
x
x
三维空间方向图。

y
主瓣：辐射最大的波瓣
副瓣、旁瓣：其余的波瓣
（1）主瓣宽度：
半功率宽度：主瓣中两个半功率点的夹角2 0.5
零瓣主瓣宽度：主瓣两边零辐射方向之间的
夹角2 0
10dB主瓣宽度：主瓣两边比最大辐射值低10dB
点之间的夹角2 0.1
主瓣宽度越小，辐射能量越集中，方向性越强。
（2）副瓣电平
副瓣为不需要的辐射，副瓣电平越低越好
前后比：主瓣最大值与后瓣最大值之比
下图以极坐标绘出了典型的雷达天线的方向图。方向图中辐射最强
的方向称为主射方向，辐射为零的方向称为零射方向。具有主射方向的
方向叶称为主叶，其余称为副叶。
副叶
后叶
零射方向
1
2
2 0 2 0.5
零射方向
z
主叶
主射方向
1
1
2
x
y
为了定量地描述主叶的宽窄程度，通常定义：场强为主射方向上场
强振幅的
1
2
倍的两个方向之间的夹角称为半功率角，以2 0.5 表示；两个
零射方向之间的夹角称为零功率角，以 2 0 表示。
10.6.2 天线的方向性系数
无方向性天线
E02 ( ,  )
S0 
2
定义：在相同的辐射功率下，有方向
性的天线在给定方向上的辐射功率密
度与假想的无方向性的“点源”天线
的辐射功率密度的比值。
定向天线
定量地表示能量在给定方向集束程度，
可以定量反映方向性的强弱。
1
EH*
2
E 2 ( ,  )

2
S ( ,  ) 
定义：在相同的辐射功率下，有方向
性的天线在给定方向上的辐射场强的
平方与假想的无方向性的“点源”天
线的辐射场强平方比值。
无方向性天线
E02 ( ,  )
E 2 ( ,  )
D( ,  ) 
Pr  Pr 0
E02
由
定向天线
E 2 ( ,  )
E 2 ( ,  )
P
 D( ,  ) r 2
240
4r
E 2 ( ,  )
P
 D( ,  ) r 2
240
4r
无方向性天线
E0
Pr 0
定向天线
E ( ,  )  E0
方向性系数：在产生相同的辐射场强的条
件下，无方向性的“点源”天线所需的辐
射功率与定向天线所需的辐射功率之比。
Pr
方向性系数的计算
对于电流元辐射，
F ( ,  )  sin 
D  1.5
或
DdB  10 log D  1.76dB
对于半波振子
F ( ,  ) 
2  

 4 2
D  1.64或DdB  2.15dB
l 
E ( ,  )  Emax F ( ,  )
cos( l cos  )  cos l
sin 
10.6.3天线的效率与增益
天线的效率等于辐射功率与输入功率的比值
（2）天线的增益
无方向性天线
定义：在相同的输入功率下，有方向
性的天线在给定方向上的辐射功率密
度与假想的无方向性的“点源”天线
的辐射功率密度的比值。
E02 ( ,  )
定向天线
定义：在相同的输入功率下，有方向
性的天线在给定方向上的辐射场强的
平方与假想的无方向性的“点源”天
线的辐射场强平方比值。
E 2 ( ,  )
定义：在产生相同的辐射场强的
条件下，无方向性的“点源”天
线所需的输入功率与定向天线所
需的输入功率之比。
无方向性天线
E0
Pr 0
天线的增益表示在相同的输入功率条
件下，定向天线辐射能流密度比无方
向性天线增大的倍数。
天线的增益表示在产生相同的场强条
件下，定向天线与无方向性天线相比
可以节省的输入功率的倍数。
定向天线
Pin
天线的增益等于天线的效率乘以方向性系数
电流元：G  1.5或1.76dB
半波振子：G  1.76或2.15dB
E ( ,  )  E0
10.6.4 天线的输入阻抗
天线的输入阻抗：输入端电压与电流的比值
计算方法：
1、等值传输线法：
把对称振子天线等效为非均匀有耗平行双线，
天线的输入阻抗等于等值平行双线的输入阻抗。
2、感应电动势法
3、矩量法：NEC、IE3D、MWO、Ensemble
4、有限元法：HFSS
5、有限差分法
6、FDTD：Fidelity、XFDTD
对称振子的输入阻抗
等值传输线的结果：
天线越细，阻抗越大，带宽越小；天线越粗，阻抗越小，带宽越大
单臂长为4分之1波长整数倍附近电抗为0，天线谐振。
谐振长度：天线谐振时（电抗为0）天线的长度。
半波振子天线的谐振长度略小于半波长
原因：
1、导线中的波长小于自由空间波长
2、天线输入端和末端分布电容效应
10.6.5 天线的极化特性
天线的极化特性：天线在最大辐射方向辐射的电磁波的极化方式。
直线极化天线：辐射的电磁波为直线极化。
电场矢量平行地面的为水平极化天线。
电场矢量垂直地面的为垂直极化天线。
圆极化天线： 辐射的电磁波为圆极化。
辐射的圆极化波为右旋的为右旋圆极化天线。
辐射的圆极化波为左旋的为左旋圆极化天线。
椭圆极化天线：辐射的电磁波为椭圆极化。
辐射的圆极化波为右旋的为右旋椭圆极化天线。
辐射的圆极化波为左旋的为左旋椭圆极化天线。
接收天线的极化特性：天线在最大接收方向输出最大时的入射电磁
波的极化方式。
为了有效通信，收发天线的极化方式应该相同，即极化匹配
天线的工作带宽：
天线的性能指标满足要求的频率范围。
根据指标要求，带宽也不同。常用的有阻抗带
宽、增益带宽、前后比带宽、轴比带宽等等
通常取最小的带宽作为天线的工作带宽
表示方式：
绝对带宽
f  f max  f min
相对带宽
f / f0
上下限频率比
f max / f min
10.7 接收天线
接收天线：把电磁波的能量转换为高频电流的能量。
接收天线的参数：
方向性函数、方向性图、方向性系数、增益、效率、输入阻抗、
极化特性
天线的互易性：
一根天线作发射天线用时和作接收天线用时其电参数相同。
10.7.1 天线的有效长度
（1）发射天线的有效长度
对称振子的有效长度：
30 I 0 dz
sin 900 e  jr
r
30 I 0 he  jr
 j
e
r
E假想   j
假想天线：
长度he，
电流均匀分布，大小I 0。
待研究天线：
I in  I 0
当 E假想  E待研究
he为待研究天线的有效长度。
E对称振子
l
 j
l
30 I M sin  (l  z )dz
sin 900 e  jr
r
（2）接收天线的有效长度
E
UA
he 
UA
E
he E  U A
接收天线的有效长度等于天线输出最大的电动
势除以接收点的电场强度。
接收天线把空间间距为he的两点电压感应出来。
由天线的互易性，接收天线与发射天线的有效长度相同
U A  U max F ( ,  )  Ehe F ( ,  )
在最大接收方向
p  E 2 / 240
有效面积：
流过这一截面的电磁功率
等于天线的最大输出功率。
把天线看成面积等于有
效面积的一个截面，把流过
的电磁功率全部吸收。
Se
Z L  Z A*
Pmax  pSe
接匹配电阻后，输出噪声功率为
T可以反映噪声功率的大小
天线的噪声温度：
如果天线的最大输出噪声功率与温度为T一个电阻的最大
输出热噪声功率，则这个电阻的温度T为天线的噪声温度。
10.8 线天线阵
天线阵列：
若干个天线辐射单元（阵元）按照一定方式排列和
馈电，以获得所需的辐射特性，这样的天线系统称为天
线阵列。
天线阵列的分类：
1、按排列方式：直线阵、面阵、圆形阵、立体阵列
2、按间距：均匀阵列、非均匀阵列
3、按馈电方式：并馈阵、串馈阵、相控阵
4、按馈电的调整方式：固定阵列、自适应阵列
我们研究均匀直线天线阵
阵因子
f n ( ,  ) 
1  m cos 2  m sin  2
  d cos   
m  1时，两天线电流幅度相同
天线阵因子与阵元排列方式与馈电方式有关，与阵元结构无关。
E C
I
F1 ( ,  ) f n ( ,  )
r
天线阵列的方向性函数等于阵元
的方向性函数与阵因子相乘
f n ( ,  )  2 cos
1
d cos    
2
最大辐射方向：
1
d cos  m     n
2
 2n   

 m  arccos
n  0,1,2,...
 d 
n取
2n  
 1的整数
d
等幅同相阵
。
最大辐射方向垂直于添天线阵，为侧射阵
等幅反相阵
m  1,    d
 2 n   

 m  arccos
 d 
  d  0
 
 arccos
 d  
最大辐射方向为天线阵的一端，故
为端射阵
相控阵
m  1, 相位可控
 2n   
 
  arccos

 m  arccos
 d 
 d 
最大辐射方向可由馈电相位控制，故为相控阵列
均匀直线天线阵
N各阵元等间距排列在一条直线
上，幅度相同，相邻阵元相差相同。
均匀直线阵的阵因子
通过控制相位可以控制主瓣方向
旁瓣位置：
 2N 1

  d cos  N  cos  m 
 2 
可确定旁瓣方向
 m  90o 或270 o
 m  90o 或270 o
最大辐射方向垂直于阵列，
为边射阵或侧射阵
m  1,    d
 
  d  0


 
 m  arccos   arccos
 d 
 d  
最大辐射方向为天线阵的一端，故为端射阵。
天线阵方向性图相乘原理：
天线阵列的方向性图由阵元方向性图与阵因子相乘得到。
半波振子沿z轴方向
把每一列（沿x轴）的M个半波振
子为一组，其方向性函数为：
为阵因子
各组沿y方向组阵，其阵因子为：
天线的子阻抗与互阻抗
I2
I1
U1
可以把二元天线等效为一个二端
口网络。
Z11 
U1
U
, Z 22  2
I1 I 2  0
I 2 I1  0
每个天线的输入阻抗：
U2
Z11、Z 22：自阻抗
Z 21 =Z12：互阻抗
1、感应电动势法
2、矩量法：NEC、IE3D、MWO、
Ensemble
3、有限元法：HFSS
4、有限差分法
5、FDTD：Fidelity、XFDTD
感应电动势法的结果
I1  I 2  I 3  I 4  I
U1  Z11I1  Z12 I 2  Z13 I 3  Z14 I 4
  Z11  Z12  Z13  Z14  I
Z1  Z 4 
U1
 Z11  Z12  Z13  Z14
I
U 2  Z 21I1  Z 22 I 2  Z 23 I 3  Z 24 I 4
  Z 21  Z 22  Z 23  Z 24  I
Z 2  Z3 
U2
 Z 21  Z 22  Z 23  Z 24
I
把地面当作理想导体，反射
面影响可用镜像天线的作用
等效。
放在地面上的天线可用二元天线阵等效。
垂直放置：镜像天线为正像，可用等幅同相二元阵来计算。
水平放置：镜像天线为负像，可用等幅反相二元阵来计算。
方向性图可用方向性图相乘原理来计算
驻波天线：
天线上的电流以驻波方式存在。电长度随频率变化，带宽小，只
有百分之几到百分之几十。如对称振子天线。
行波天线：
天线上的电流以行波方式传输。如单导线行波天线、菱形天线、
轴向模螺旋天线。
行波天线的优点：
输入阻抗不随频率变化，频带很宽。
行波天线的缺点：
为了形成行波，常常需要电阻吸收部分能量，故效率较低。
 0.5 
 m  arccos 1 

l


输入阻抗与频率无关，带宽
宽，方向行图随频率改变，
效率低
频带宽（3：1）
结构简单，安装调试方便
有一定仰角，适合短波通信
增益高
面积大、副瓣多、效率低（60%-70%）
D
时，E
E
水平极化
U1  Z11I1  Z12 I 2
0  Z 21 I1  Z 22 I 2
I2
Z
  21
I1
Z 22
l2比 / 2大5  10%时，I 2超前I1 90o
l2比l1多走 / 4，带来90o的相位滞后
前向同相，后向反向，起反射器的作用
U1  Z11I1  Z12 I 2
0  Z 21 I1  Z 22 I 2
I2
Z
  21
I1
Z 22
l2比 / 2小10  20%时，I 2落后I1 90o
l2比l1少走 / 4，带来90o的相位超前
前向同相，后向反向，起引向器的作用
0  Z11 I1  Z12 I 2  Z13 I 31  ...  Z1N I N
U  Z 21 I1  Z 22 I 2  Z 23 I 3  ...  Z 2 N I N
0  Z31 I1  Z 32 I 2  Z 33 I 3  ...  Z 3 N I N
0  Z N 1 I1  Z N 2 I 2  Z N 3 I 31  ...  Z NN I N
求出电流后可计算出方向性图和
输入阻抗
折合阵子
I2
I1
I2
I1
I1
I1
I1  I 2
目的：把信号源的功率尽可能通过天线辐射出去。
由于信号源与天线不在一个位置上，需要传输线把信号源与天
线连接
为了有效传输
1、源与负载共轭匹配
2、传输线终端阻抗等于特性阻抗
为此在源端和天线端都需要匹配网络
常用馈线
匹配网络
I /2
2U
Z左 
 4Z右
I /2
I /2
I
U
2U
I /2
I
U
I /2
I /2
U
10.14 面状天线
特点：具有面状结构，存在由一个口径面，多用于微波频段
如喇叭天线、抛物面天线、卡塞格伦天线、透镜天线
通常由两部分组成：
初级馈源：把高频电流转化为弱方向性电磁波辐射
口径面：用于形成所需的方向性。
（1）惠更斯——费聂耳原理
惠更斯原理：
波动中任何波前（等相面）上的
每一点都可以看作新的波源，由此产
生的次波。在任意时刻，这些次波源
的次波包络就是新的波前。
惠更斯——菲涅尔原理：
波动中任何波前上的每一点都可以
看成是新的波源，由此产生次波。空间
中任意一点的波幅大小等于各次波源产
生的次波传到该点的波幅的叠加。
口径面所产生的辐射场的计算：
可以把口径面上的每一点都当作一新的小辐射源，每个小辐
射源都发出球面波，这些球面波的场在P点的叠加即为口径面在P
点的辐射场。
对于面状天线的分析可以分两步：
1、求内场：求出开口面上场的分
布。
2、求外场：由开口面上的场应用
惠更斯——菲涅尔原理求辐射
场。
求内场时，不考虑外场的影响。
求外场时，只考虑开口面上的场，
导体的影响忽略。
开口面上E / H  
（2）等效原理
由唯一性定理，在给定区域（如远
场），不同的源可以产生相同的场，只
要不同的源满足：1、求解区域内源分
布不变；2、边界条件不变。
如果两个源在给定区域产生的场事项同
的，则这两个源是等效的。
求外场时不必知道时记得场源，也可以
由等效的场源计算。
采用等效场源可以使计算简化。
等效源可以有多种。
Je  n  Hs
J m   n  Es
等效源的计算：
有一辐射源在口径面上产生Es 和H s
构造一个等效源：
Je  n  Hs
J m   n  Es
口径面包围区域内E  0、H  0
面上有等效电流和磁流
Je  n  Hs
J m   n  Es
这个等效源在求解区域外，边界面上场不
变。产生辐射场与原来的源相同。
面状天线的计算可以分两步：
1、求内场：计算口径面上的场，从而计算出等效电流和磁流。
2、求外场：由等效等效电流和磁流计算辐射场。
计算外场时：
把口径面分解为许多面元组成，面元等效为电流元和磁流元，由电流元
辐射和磁流元辐射公式可计算出面元的辐射，面状天线的辐射等于面元辐射
的叠加。
面元的辐射
空间的场由电流元和磁流元的场叠加
S
口径利用率：v 
1
Se
2
Se  D
4
电尺寸越大，波瓣越窄。
幅瓣电平不变0.212
口径面得场分布不均匀，波瓣变宽，副瓣下降，增益下降，口
径利用率降低。
口径分布越不均匀，主瓣越宽，副瓣越低，口径效率越低。
方向图旋转对称
尺寸越大，波瓣越窄，增益越
高。
均匀分布，口径利用100%
口径分布越不均匀，主瓣越宽，副
瓣越低，口径效率越低。
口径分布越不均匀，主瓣越宽，副瓣越低，口径效率越低。
相位直线律偏移时，
方向性图形状不变，最大
辐射方向发生偏转
相位分布越
不均匀，主瓣越
宽，副瓣越高，
口径利用率越低，
增益下降。
相位偏差太
大时，主瓣会分
裂。
口径面上相
位分布越均匀越
好。
喇叭天线由
波导口逐步扩大
而成。
喇叭天线可
直接辐射，也可
作为反射面天线
的馈源。
直接波导口辐射的缺点：
1、为了单模传输，口径不能加大，增益不高
2、波导口有突变，反射大，匹配不好。
喇叭天线的优点：
1、口径逐步扩大，
不产生高次模，口
径面场分布均匀。
2、口径逐步扩大，
反射少，匹配好。
3、扩大口径后，波
瓣窄，增益高。
内场的求解：喇叭口面场
近似方法：假定喇叭无限长，当作渐变波导分析
口径面上还是TE10波的场分布，但为柱面波，口径上相位不均
匀
口径面上还是TE10波的场
分布，但为柱面波，口径上相
位不均匀。
角锥喇叭：
口径面上还是TE10波的场
分布，但为柱面波，口径上相
位不均匀。
辐射场的求解：
喇叭天线的辐射相当于一个相位平方律分布、幅度余弦分布矩形
口径面的辐射。
口径越大，波瓣越窄，方向性图越尖锐，增益越高，方向性越强。
张角越大，相位分布越不均匀，波瓣越宽，增益越低、副瓣越大。
张角太大，波瓣分裂。
l / 为常数的情况下，最佳喇叭天线的增益
v  0.51
由照射器和放射面组成：
照射器：
产生弱方向性的球面波
反射面：
旋转抛物面，反射照射器发出的球面波形成方向性尖锐的平面波。
优点：
增益高，方向性图尖锐，副瓣电平低，广泛用于微波频段。
特点：
1、由焦点发出的光线经抛物面反射后
平行于轴线。
2、由焦点发出并经过反射后到达口径
面所走的路程相等。
入射波反射波幅度相等
越靠近边沿，
口径场越弱
张角变小，馈源照射变得均匀，主瓣变窄，副瓣升高。
n越大，馈源方向性越强
口径张角越大，口径场分布越不均匀，口径利用率越低。
口径张角越大，截获的能量越多，截获效率越高。
馈源方向性越强，口径场分布越不均匀，口径利用率越低
馈源方向性越强，泄漏的能量越小，截获效率越高。
给定一个馈源，有一最佳张角。
馈源方向性越强，最佳张角越小。
馈源方向性越弱，最佳张角越大。
在最佳张角时，g=0.83
卡塞格伦天线由三部分组成：
1、主反射面（旋转抛物面）
2、副反射面（双曲面）
3、馈电喇叭
副反射面的虚焦点与主反射
面的焦点重合。
副反射面的实焦点与馈电喇
叭的相位中心重合。
双曲面的特性：
1、实焦点发出的光线经双曲面反射
后，反射线的反向延长线经过虚焦
点。
2、双曲面上任一点到两焦点之间的
距离差为常数。
FM  F M  2a
FM  MM   MM   F M  2a
 F M   2a
从馈源中心发出的射线经过两
个反射面反射后到达口径面的距离
不变。
从馈源相位中心发出的球面波等
效于虚焦点发出一样。
卡塞格伦天线等效一个馈源放在
双曲面虚焦点的旋转抛物面天线。只
是虚馈源的尺寸比真实馈源缩小了。
从馈源中心发出的球面波，经
过副反射面和主反射面反射后，变
成平面波。
等效抛物面：
从馈源相位中心发出的射线的延长线与射线经过副反射面和主
反射面反射后的射线相交点连接而成的面。
卡塞格伦天线形成的口面场与等效抛物面形成的口面场相同，辐
射特性相同，通过对等效抛物面的分析，即可得到卡塞格伦天线的
性能特性。
卡塞格伦天线的优点：
1、口面场分布可最佳化，提高口
径利用率。
2、结构紧凑，馈电方便。
3、匹配好。
4、纵向尺寸短。
U ( z )  U m sin  (l  z )
E( z) 
U ( z) U m

sin  (l  z )
w
w
J m ( z )  n  E( z )
J m ( z)  E( z) 
Um
sin  (l  z )
w
I m ( z )  J m ( z )w  U m sin  (l  z )
缝隙天线相当于对称磁流振子天线
I m (z )
对称振子天线辐射：
I m (z )
对称磁流振子辐射场：