1、.C天線原理與設(shè)計復(fù)習(xí)一、填空題1.天線的主要作用是 _,_。2.天線輻射方向圖一般是一個空間三維的曲面圖形，但工程上為了方便常采用通過_ 方向的兩個正交平面上的剖面來描述天線的方向圖。對于線極化天線，這兩個正交的平面通常取為_ 面和_面。輻射功率表示為p _ .6.設(shè)某天線的輻射電場主瓣最大值為Emax，副瓣最大值為Esmax，則其副瓣電平定義式為 _(dB)。若已知對稱振子天線的輻射電阻為Rr，則D=_，若已知天線的效率為a，則增益G=_。8._半波對稱振子的帶寬決定于 _ ，而對數(shù)周期振子天線的帶寬則是由決定。9.理想點源天線是指 _ 的假想點源天線，其輻射方向圖在空間是 _ 面。10.

2、在某方向(0,0)上，設(shè)理想點源天線的電場強度為E0,某天線的電場強度為E(0,0),則天線的方向性系數(shù)D (0,0)和增益2 2G(0,0)的定義表達式均可寫作，它們的定義區(qū)別為前者是 _ 為條件，后者是_為條件。11.如果某天線為圓極化天線，在球坐標系下該天線的遠區(qū)輻射電場應(yīng)該有_ 兩個分量，且這 兩個分 量在最大 輻射方向上應(yīng)滿足_ , _的條 件。對 線極化天線來說交叉極化 是指 極化，對圓極化天線來說交叉極化是指 _ 極化。12.設(shè)某天線的方向圖函數(shù)為f(,)，則在(0,0)方向上的方向性系數(shù)表達式為 _。同樣在(0,0)方向上由天線輻射電阻Rr和f (,)表示的方向性系數(shù)為 _。工

3、程上，一般是采用在最大輻射方向上的方向性系數(shù)。設(shè)天線的有效面積為Se，在其最大輻射方向上的方向性系數(shù)為_ 。13.如果不計天線損耗，作發(fā)射時，在 _ 條件下天線的輻射功率只有信號源所能供給的總功率的一半，另一半將以熱損耗的形式消耗在上。作接收時，在天線與接收機負載 _的最佳情況下，傳送至接收機的功率是天線感應(yīng)或截獲到的總功率的一半，另一半則被_掉了。14.間距d=/ 4，饋電電流相位差_90的二元陣陣方向圖形狀是 _，其最大輻射方向指向方向。15.用兩個正交的對稱振子獲得圓極化輻射的條件是 _, _ 。16._天線口徑場出現(xiàn)線性相位分布時，對天線輻射性能的主要影響是 _，而隨著平方率相位分布的

4、增大，其主要影響是 _ 。17.設(shè)平面口徑天線的物理面積為S, 口徑效率為V，則其增益為 _ ，若口徑場為均勻分布，則其口徑效率為 _，若口徑場為余弦分布，則其口徑效率為_ 。18._天線遠區(qū)輻射場的振幅隨距離r按_ 變化。若設(shè)天線的最大尺寸為D,則其遠區(qū)距離r應(yīng)滿足關(guān)系3.天線方向圖的E面是指通過 _ 方向且平行于.的平面。4.設(shè)某天線的遠區(qū)輻射電場表示為Ef()，E 0，Er0，則坡印亭矢量表示為w_，其5.半功率波瓣寬度指方向圖主瓣上之間的夾角，或場強下降到最大值的_ 處或分貝值從最大值下降處對應(yīng)兩點之間的夾角。7.天線方向性系數(shù)D是用來表征天線輻射能量集中程度的一個參數(shù)。若已知自由空間

5、的方向圖函數(shù)為f()，則最大指向(m,m)上的D=_.c_，這是在源點到遠區(qū)某點的相位與坐標原點到遠區(qū).c22._沿z軸放置的元天線的方向圖函數(shù)為_ ；在xy平面的惠更斯面元的方向圖函數(shù)為；沿z軸放置的對稱半波振子方向圖函數(shù)為_ ，輻射電阻為Rr_23.設(shè)二元陣單元間距為d,射線與陣軸的夾角為，則等幅同相時的陣因子為fa()_， 等幅反相時的陣因子為fa()。陣因子為心臟形的條件是：兩單元天線的電流相位差為_ 間距為d=_，其表達式為f c( )_,a /24._諧振振子天線的判定條件是：在一定長度下其輸入阻抗 _。半波諧振天線的實際長度比工作波長的一半略短些，這是所謂的 _ 效應(yīng)，振子截面半

6、徑愈大，則諧振振子的長度_ 愈多。長度大于半波諧振長度的振子天線的輸入阻抗呈 _ 性。30.按下面的分類，每類至少列出三種天線。寬帶天線：籠形天線、雙錐天線、盤錐天線、等角螺旋天線、阿基米德天線、對數(shù)周期天線等二圓極化天線：十字形振子旋轉(zhuǎn)場天線、軸向模圓柱螺旋天線、等角螺旋天線和阿基米德天線。行波天線：偶極子電阻加載天線，菱形天線，八木天線與返射天線，圓柱螺旋天線，平面等角螺旋天線，阿基米德天線和對數(shù)周期天線。31.行波天線的最大輻射方向是指向 _ ，而漢森一吳特亞特條件的含義是指 _的條件。32.圓柱螺旋天線產(chǎn)生軸向模輻射的條件是 _，而產(chǎn)生法向模輻射的條件則是 _。33.細直線對稱半波振子

7、的輸入阻抗Zd _，則半波諧振窄縫的輸入阻抗Zs _。某點的相位之差不超過的條件下得出的公式。19.長為2的細線振子(如圖1所示)，當2/10時，其上電流分布近似為三角形分布，表達式為|(Z)20.元天線的方向圖函數(shù)為f( )。半波振子的方向圖函數(shù)為f()Rr21計算對稱振子天線的輻射場時應(yīng)知道天線上電流分布，對于沿z軸放置的長為2 的對稱振子，其上電流分布可近似為I(z)_ ，它是根據(jù)_ 理得到的。25.對稱振子輸入阻抗虛部為零時對應(yīng)的長度稱為_長度，比半波諧振子長度短的對稱振子其輸入阻抗呈_ 性。26.設(shè)單元天線的方向圖函數(shù)為fo()，陣因子為fa(,)，則天線陣的方向圖函數(shù)為f (27.

8、設(shè)陣軸與射線間的夾角為，均勻直線式天線陣的最大輻射方向可由公式_計算，對側(cè)射陣，兩單元間的饋電相位差_，對端射陣_。為不出現(xiàn)柵瓣，陣元間距應(yīng)滿足的條件是d_28.鏡像法分析近地天線是把地面看作是 _ 。對于垂直振子，其鏡像點電流與原電流_ ，而水平振子的鏡像點的電流與原電流_ 29.工程上近似計算天線輸入阻抗的三種方法是：坡印亭矢量法、_法和_法。其中_ 方法不能計算阻抗的虛部。輻射電阻為.c34.自補結(jié)構(gòu)的等角螺旋天線是指 _ ，而互補的平面天線則為 _ 。35.波導(dǎo)縫隙天線的開槽原則是 _，一般開窄縫，縫長約為 _ ，設(shè)其互補對稱振子的輻射阻抗為Zd，則諧振縫隙天線的輻射阻抗為Zs -。3

9、6.天線陣中，每個陣元的輻射阻抗都是由 _ 和_ 兩部分組成。37.半波窄縫隙天線的縫口面電場近似為 _分布，其輻射方向圖形狀與 _的相同，但兩者的電磁場空間極化方向正好相差 _ 度，而且兩者的輻射阻抗的積為_ 。38.口徑天線分析中的等效原理是把口徑面上的電磁場Es和Hs等效為電磁流Js和Ms，設(shè)口徑面S的外法向單位矢量為n?，則Js=_，Ms=_。計算惠更斯元輻射場時，若已知口徑電場為Esy，則口徑磁場Hsx_。39.最佳角錐喇叭天線是指_ ，其口徑效率 等于_。40.旋轉(zhuǎn)拋物面天線的效率因子主要由 _和_ 的乘積決定。41.標準卡塞格倫天線由主、副反射面和饋源組成，主反射面為 _副反射面

10、為 _ ，饋源一般用喇叭，置于主副反射面之間的 _ 上。42._計算線天線輻射場的已知條件是 _，而計算口徑天線輻射場的已知條件則是_，43.已知旋轉(zhuǎn)拋物面天線的焦距為f.口徑直徑為D.口徑角為0.則三者的關(guān)系為。若焦徑比f/D 0.385，則20=度；空間衰減因子S.A.=_dB;若D 75cm，工作頻率F=12GHz，總效率g=50%，則天線的增益G=_ dB,為獲得最高效率，饋源歸一化方向圖20寬度的邊緣電平應(yīng)為_dB。有關(guān)。(近地水平振子呢)卡塞格倫天線的空間衰減因子與旋轉(zhuǎn)拋物面天線的相比要_，其原因是_44.開槽天線與其互補天線的阻抗Zs和Zd滿足的關(guān)系是(28)ZsZd/ 4 xy

11、平面的等角螺旋天線的方向圖函數(shù)近似為(29)_cos、如果設(shè)計成自補形式其輸入阻抗約為(30)_ -60_ _(188.5) _Q。45.圓柱螺旋天線的三種模式分別是(18)法向模 、(19)軸向模和(20)圓錐模 46.采用鏡像法寫出近地垂直振子天線的輻射阻抗的表達式_振子截面半徑_和離地高度_ 及頻率47.旋轉(zhuǎn)拋物面天線分為長焦0表示的對應(yīng)條件分別為12/248._為了得到最高的口徑效率，天線的口徑場分布應(yīng)為 _ 均勻分_，為了降低天線旁瓣，口徑場分布應(yīng)為錐削分布49.臂長為/ 4的垂直接地振子天線的輸入阻抗為_36.55+j21.25_，其方向性系數(shù)為_2X1.64(5.16)_dB。5

12、0.收發(fā)天線極化匹配是指接收天線的極化與發(fā)射天線輻射的電場矢量方向完全一致當發(fā)射天線為水平線極化，接收天線為左旋圓極化時，其極化失配因子為_0.551.分析卡塞格倫天線的口徑場法分 _虛饋源法_和_等效拋物面法 _兩種。52.旋轉(zhuǎn)拋物面天線焦距為f, 口徑直徑為D，最大增益時的效率g=_0.83_。54.構(gòu)成軸向模螺旋天線的條件是_一圈周長約等于一個波長_，它輻射的是_圓_極化波。55.二元天線陣的陣因子與 _單元間距d_, _相位_和_工作波長_有關(guān)。53. H面扇形喇叭波的等相位面是一個_圓弧柱面。當喇叭長度RH一定時，過度增大口徑寬度DH，會使(23)_增益 _下降，這是由于(24)_口

13、徑場平方率相位分布增大的緣故。喇叭口徑寬度給定時,H面扇形喇叭的最佳長度為RHop56.有一架設(shè)在理想地面上的水平半波振子天線，其工作波長40m，若要在垂直于天線軸的平面獲得最大輻射仰角o30，天線架設(shè)高度應(yīng)為20_m。4sin57.某矩形口徑天線的振幅為余弦分布，與均勻分布相比，其方向圖主瓣要.寬一些，口徑效率要_低些，副瓣電平要低些。58. xy平面的惠更斯元的歸一化方向圖函數(shù)是_1 COS_，方向圖形狀為 _心臟形二、簡答題1.簡要回答何謂天線輻射方向圖及E面和H面方向圖。答：天線方向圖是指天線 輻射特性與空間坐標之間的函數(shù)圖形。天線方向圖一般是一個三維空間的曲面圖形，但工程上為了方便，

14、常采用通過最大輻射方向的兩個 正交平面上的剖面圖來描述天線的方向圖。這兩個相互正交的平面稱之為主面，對于線極化天線來說通常取為E面和H面。E面：指通過天線最大輻射方向并平行于電場矢量的平面。H面：指通過天線最大輻射方向并平行于磁場矢量的平面。2.對線極化天線常在其兩個主面(E面和H面)描述其方向圖，簡要回答什么是E面和H面。對如圖所示的八木天線和矩形波導(dǎo)(寬邊為a,窄邊為b)主模饋電的角錐喇叭天線分別指出它們的E面和H面。答：E面：指通過天線最大輻射方向并平行于電場矢量的平面。H面：指通過天線最大輻射方向并平行于磁場矢量的平面。對如圖所示的八木天線，其E面為yz平面，H面為xy平面。對如圖所示

15、的角錐喇叭天線，.CVb.C3.簡述分析對稱振子輻射場的步驟。答：假定對稱振子上為正弦電流分布I (z)10sin (I | z |)，| z l；(2)將長為2|的對稱振子等分成長為dz的許多小段，每小段可看作一個元天線，從而可寫出元天線的遠區(qū)輻射場；(3)以天線中點為參考，考慮天線上某個元天線的空間波程差，并把元天線到遠區(qū)某點的距離R近似為天線中點到遠區(qū)某點的距離r,即1/ R 1/ r；(4)把天線上的這些元天線的遠區(qū)輻射場疊加起來，即對天線長度積分得到對稱振子的遠區(qū)總場；4.對稱振子輻射電阻的含義是什么？在天線無耗情況下，寫出它與輸入電阻的簡單關(guān)系。Rr吸收，該電阻稱為輻射電阻，它上面

16、流過的電流為波腹電流|m。在天線無耗的情況下，天線輻射功率與輸入的有功功率相等，即2imRr21對于電流為近似正弦分布的對稱振子，其輸入電流為iin5.有一副地面天線要接收地球同步衛(wèi)星線極化天線發(fā)射的信號，試簡述如何調(diào)整地面天線使其對準，并使接收信號最大。答：只要地面天線與衛(wèi)星天線的主瓣最大值方向在一條直線上則為對準，要使接收信號最大還需要它們的極化一致。其調(diào)整步驟如下:(1)首先使地面天線的最大輻射方向大致對準衛(wèi)星方向；(2)在方位面調(diào)整天線方向使其接收信號達到最大；(3)在俯仰面調(diào)整天線方向使其接收信號達到最大；(4)以天線最大指向方向為軸線，旋轉(zhuǎn)天線使其接收信號達到最大。6.給出用等值傳

17、輸線法分析對稱振子天線輸入阻抗的基本過程。答：一段長為l，特性阻抗為Zc的平行有耗開路傳輸線，由傳輸線理論可得其輸入阻抗為ZinZcCOth( l) ZcCOth(j )l因此用等值傳輸線法分析對稱振子天線輸入阻抗的基本過程如下:(1)計算對稱振子的平均特性阻抗Zo，以取代Zo；求對稱振子單位長度上的輻射電阻R1，以取代R1適當修正相位常數(shù)以取代。7.在天線原理與設(shè)計書中行波天線一章所涉及的天線有哪些？行波天線一般分為兩類，一類為電流行波天線(即天線上電流為行波傳輸)，一類為場行波天線(即天線上的場為行波傳輸)。請把這些行波天線按此方法分類。答：所涉及的天線有：偶極子電阻加載天線，菱形天線，八

18、木天線與返射天線，圓柱螺旋天線，平面等角螺旋天線，阿基米德天線和對數(shù)周期天線。電流行波天線有：偶極子加載天線，菱形天線，平面等角螺旋天線和阿基米德天線。Rrsin2( I)(設(shè)對稱振子的全長為2I)答：把天線向空間輻射的功率等效為被一個電阻lmSin( I)，得式中，乙Z(1j )R12Z0。顯然這還不能用于對稱振子振子天線,因為雙線傳輸線與對稱天線存在顯著的差別，必須對這個公式進行修正。.c場行波天線有：軸向模圓柱螺旋天線，八木天線、返射天線和對數(shù)周期振子天線。8.簡要回答用同軸線向?qū)ΨQ振子天線饋電時，為什么要加對稱變換器？常用的對稱變換器型式有那幾種？答：用同軸線向?qū)ΨQ振子天線饋電是不平衡

19、饋電，同軸線的外導(dǎo)體分別接對稱振子的兩個臂時將使其兩個臂上的電流不等，接同軸線導(dǎo)體的臂上電流將大于另一個臂上的電流，原因是原本在同軸線外導(dǎo)體表面的電流饋到振子臂上時，由于同軸線外導(dǎo)體接地，該振子上的電流的一部分將通過同軸線外導(dǎo)體的外表面分流。對稱振子兩個臂上電流不等將使方向圖最大方向發(fā)生偏離，且同軸線外導(dǎo)體外表面電流的輻射將使方向圖發(fā)生畸變，所以采用同軸線向?qū)ΨQ振子天線饋電時必須加對稱變換器。常用的對稱變換器有U形管變換器、套筒式變換器、短路式變換器、開槽式變換器和漸變式變換器。9.試簡述標準卡塞格倫天線的組成及其工作原理。答：標準卡塞格倫天線由主反射面、副反射面和饋源組成。為了獲得聚焦特性，

20、主反射面必須是旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面是旋轉(zhuǎn)雙曲面，饋源可以是各種形式，但一般用喇叭作 饋源，安裝在主、副反射面之間，其相位中心應(yīng)置于旋轉(zhuǎn)雙曲面的焦點上，雙曲面的安裝應(yīng)使雙曲面的虛焦點與拋物面的焦點重合。天線作發(fā)射時，由饋源喇叭發(fā)出的球面波首先由雙曲面反射，然后再經(jīng)主反射面(拋物面)反射出去。根據(jù)雙曲面和拋物面的性質(zhì)，由饋源發(fā)出的任意一條射線到達主反射面的某一口徑面上的波程相等，則由饋源輻射的球面波前，必將在主反射面的口徑上變?yōu)槠矫娌ㄇ埃尸F(xiàn)同相場，使卡式天線具有銳波束、高增益性能。天線作接收時的過程正好相反，外來平面波前經(jīng)主、副反射面反射之后，各射線都將匯聚到饋源所在點由其接收。10.簡述分析地

21、面上線天線的輻射場和阻抗所采用的簡單方法和步驟。答：簡單方法是采用鏡像法，分析步驟如下：(1)把地面看作無限大導(dǎo)電平面；(2)近地垂直天線的鏡像為正像，其鏡像點電流與原電流等幅同相；近地水平天線的鏡像為負像，其鏡像點電流與原電流等幅反相;(3)考慮鏡像天線之后，地面就可以去掉，此時近地天線的遠區(qū)場就可看作考慮鏡像天線之后的二元陣問題;(4)近地垂直和水平振子天線的輻射阻抗分別為Zr ZuZ12和ZrZ11Z12；其中Z2為近地天線與其鏡像天線之間的互阻抗;11試舉出五種所學(xué)過的常用寬帶天線型式？并說明其特點？答：(1)籠形天線：它是一種截面直徑增大的對稱振子天線，其平均特性阻抗Zo很小，其輸入

22、阻抗Zin隨I /變化緩慢，頻帶寬度可達幾十；(2)雙錐天線：若為無限長，則其輸入阻抗與其長度無關(guān)，只與其角有關(guān)。實用的為有限長，天線的兩端會有電流反射，但其輸入阻抗隨其長度變化不大，頻帶寬度 可達幾十幾個倍頻程；(3)盤錐天線；它是把雙錐天線的一個臂用一個圓盤取代，目的是減小天線長度尺寸；其輸入阻抗隨其長度變化不大，類似一個高通濾波器，頻帶寬度可達幾個倍頻 程；(4)等角螺旋天線：其輻射特性和阻抗特性僅與角度有關(guān)，而與其臂長無關(guān)，因此頻率變化時天線特性不變，頻帶寬度可達幾個倍頻程以上；(5)對數(shù)周期天線：這類天線形式多樣，有對數(shù)周期齒形天線、對數(shù)周期振子天線等，天線的結(jié)構(gòu)尺寸隨頻率的對數(shù)變化

23、，頻率變化時，工作區(qū)相應(yīng)地移動，其頻帶 寬度可達十幾個倍頻程以上。其它的寬帶天線還有：阿基米德螺旋天線，菱形天線，加載天線等。12.簡述在天線原理中巴比涅原理的實質(zhì)是什么。并說明開槽天線與互補的金屬天線的電磁場矢量在空間的極化關(guān)系。答：巴俾涅原理的實質(zhì)：一個金屬開槽天線的輻射場可由其互補的金屬天線來求解，且E槽=H金，H槽= E金。說明開槽天線的電磁場矢量與互補的金屬天線的電磁場矢量在空間極化上相差90。13.旋轉(zhuǎn)拋物面天線饋源橫向偏焦對方向圖有何影響？簡述饋源橫向偏焦有哪些應(yīng)用？答：旋轉(zhuǎn)拋物面天線饋源橫向偏焦，將使口徑場產(chǎn)生線性率和立方率相位分布，對方向圖的影響是使波束指向偏離口徑面法向、主

24、瓣變寬、副瓣升高、增益減小。饋源橫向偏焦引起波束偏移在雷達中的如下幾個方面得到應(yīng)用(1)應(yīng)用于雷達圓錐掃描中(2)分布饋源法形成余割平方方向圖(3)單脈沖雷達天線中(4)用反射面天線形成多個波束指向不同的同步衛(wèi)星的通訊中，等.c14試述角錐喇叭輻射場與E面和H面扇形喇叭輻射場的關(guān)系，并說明什么是最佳角錐喇叭。答：角錐喇叭的E面輻射場與E面扇形喇叭的E面輻射場相同；角錐喇叭的H面輻射場與H面扇形喇叭的H面輻射場相同。最佳角錐喇叭是指其尺寸的選取使得其增益最大。其具體要其E面和H面尺寸分別取最佳。15.簡述分析卡塞格倫天線的等效拋物面法的等效原理。答：等效原理是用等效拋物面（虛拋物面）取代卡式天線

25、的主、副反射面，從而把卡式天線的問題簡化為饋源相同、拋物面口徑直徑相同但焦距增大了M倍的單反射面來進行定量分析。16.根據(jù)各振子電尺寸（1門/）的不同，可把LPDA（對數(shù)周期天線）天線分為哪三個區(qū)?從天線工作的物理過程說明LPDA天線的寬帶工作原理。答：三個區(qū)為：傳輸區(qū)、輻射區(qū)和未激勵區(qū)。當對LPDA天線饋電后，由信號源供給的電磁能量沿集合線傳輸，依次對各振子激勵，只有長度接近諧振長度（/ 2）的那部分振子上才能激勵起較大電流，向空間形成有效的輻射。而遠離諧振長度的那些長的或短的振子上的電流都很小，對遠場沒多大貢獻，隨著工作頻率的改變，輻射區(qū)位置將發(fā)生改變，由于結(jié)構(gòu)的相似性，使輻射方向圖及集合

26、線饋電處的輸入阻抗基本保持不變，因此LPDA天線工作頻帶非常寬，可達10個倍頻程以上。gg2， 和g2表示什么？并分析出現(xiàn)最大效率的原因。答：和g2分別表示口徑效率和截獲效率。當焦徑比增大時（長焦距），漏失的能量增大，使截獲效率g2減小，導(dǎo)致g減小；焦徑比增大的同時，饋源照射到反射面上的場的均勻程度也增加了，這反而使g增大，即g增大。這兩個因素的影響結(jié)果就會出現(xiàn)效率的最大值。18.簡要回答和證明扇形喇叭的口徑場沿開的口徑方向為平方律相差。19.簡要回答為何旋轉(zhuǎn)拋物面天線喇叭饋源的相位中心要置于反射面焦點處。20.簡述卡塞格倫天線提高效率的方法和技術(shù)途徑？答：（1）方法：一般說來，卡塞格倫天線的

27、效率與普通旋轉(zhuǎn)拋物面天線的效率差不多，為了提高其效率，主要采用兩種方法：一是保持反射系統(tǒng)不變，使饋源方向圖最佳化， 即采用高效率饋源。二是保持饋源方向圖不變，修改反射系統(tǒng)使其最佳化，即采用修正型卡塞格倫天線。實際中這兩種方法同時采用。（2）技術(shù)途徑：一是選擇窄波束的高效饋源，提高副反射面的的截獲效率；二是修正副反射面使主面口徑場的幅度均勻，修改主反射面使口徑場相位同相，以提高口徑效 率。21.簡要回答什么是電磁波的極化？（3分）什么是天線的極化？（2分）答：電磁波的極化是指：沿電磁波傳播方向看去，電場矢量方向隨時間變化的軌跡，如果其軌跡為一直線，則為線極化波；若其軌跡為一個圓，則為圓極化波；若

28、其軌跡為 橢圓，則為橢圓極化波。17.旋轉(zhuǎn)拋物面天線的效率因子可表示為.c天線的極化是根據(jù)其最大輻射方向上輻射電磁波的極化來定義的。22什么是天線的相位中心？（2分）什么是視在相位中心？（1分）如下哪些天線的相位中心分別屬于這兩類？（2分）半波振子天線，（2）等幅同相的半波振子二元陣，（3）角錐喇叭天線，（4）八木天線，（5）LPDA天線。答：天線遠區(qū)輻射電場的一般表示可寫成如下形式半波振子天線及其組成的等幅同相二元陣存在理想的相位中心。角錐喇叭天線、八木天線和LPDA天線只存在視在相位中心。答：輻射電阻Rr是指吸收天線全部輻射功率的電阻，其上流過的電流為天線上的波腹電流。天線的遠區(qū)磁場為:2

29、 2Q60 Im20r2常見的矩形波導(dǎo)開縫方式有哪四種？應(yīng)用等效傳輸線的概念，分別畫出其等效電路。答：矩形波導(dǎo)開縫主要有：（1）波導(dǎo)寬邊縱縫；（2）波導(dǎo)寬邊橫縫；（3）波導(dǎo)寬邊斜縫；（4）波導(dǎo)窄邊斜縫；它們的等效電路如下所示。波導(dǎo)寬邊縱縫的等效電路EuUE()ejejr(10.61)式中，?為單位矢量，E（,）為遠場幅度方向圖函數(shù),（,）為遠場相位方向圖函數(shù)相位中心定義為：在天線上或鄰近若有一參考點在給定頻率下使（,）二常數(shù)（即與無關(guān)），則這個使（,）=常數(shù)的參考點稱為天線的相位中心。大多數(shù)天線并不存在這樣的理想相位中心，而只在其輻射方向圖主瓣的一個較大立體角圍使得）=常數(shù),其對應(yīng)的相位中心叫

30、視在相位中心。23.何謂天線的輻射電阻？（1分）已知對稱振子天線的遠區(qū)輻射電場為Ej601rrf(試導(dǎo)出其輻射電阻的表達式。(4分)可得坡印亭矢量為:2(其輻射功率為：巳CSE?ds602f2(0)sin則其輻射電阻為:Rr2PrIm600f2( )sin24.c波導(dǎo)寬邊橫縫的等效電路.c波導(dǎo)寬邊斜縫的等效電路同。答：方向性系數(shù)與增益的定義表達式雖然完全一樣，但兩者是不同的，即方向性系數(shù)和增益定義的基點和條件是不同的。方向性系數(shù)的定義是以輻射功率以相同輻射功率為條件，沒有考慮天線的能量轉(zhuǎn)換效率。增益的定義是以輸入功率26.畫出下面四種情況下等幅激勵二元陣的陣因子方向圖（d為間距,答：中波（=2

31、001000米）和長波（=100010000米）的垂直接地天線其長度由于受結(jié)構(gòu)的限制往往比波長小得多，因此天線的輻射能力很弱，輻射電阻很小。另一方面，損耗電阻因地面損耗而很大，以致天線效率很低，只有百分之幾到百分之十幾。因此提高天線效率就成為中長波波段垂直接地天線的主要問題。由天線效率公式Rr/（RrR）可知，提高天線效率的途徑是增加輻射電阻Rr和減少損耗電阻R。天線加頂（形成形、傘形和T形天線等）是增加輻射電阻Rr的有效途徑。以提高輻射效率。鋪設(shè)地網(wǎng)可減少地面損耗28.試根據(jù)拋物面的性質(zhì)，推證焦經(jīng)比f / D的數(shù)學(xué)表達式，并說明其在天線設(shè)計中的作用。（a）d120時（b）d12180時d/4

32、90（d）d25.設(shè)理想點源天線和某天線在某方向上的輻射電場分別為E0和E（）,有一種定義得到的方向性系數(shù)和增益的表達式均為E2（,Eo，試說明兩者的不Rn為基點，并以相同輸入功率為條件。為相位差）。R;，同樣是提高輻射效率。波導(dǎo)窄邊斜縫的等效電路.c答：由如下圖2準線0DzQMFMQM2fFMMPMP故FMr因MP2fr則2x則r值o2D源.zdyc/4，I20得DD 2時取通過焦點F而垂直于反射面軸線的z軸的一個平面So，并設(shè)M為拋物線上的點，P為So上的點，Q為準線上的點，且此三個點在一條直線上。由拋物線性質(zhì)，有2fr1 cos因x三、設(shè)計計算題1.在自由空間中，由兩個半波振子組成的二元

33、陣如圖所示。已知:I1ej /2。要求r cosr cosr sin1 cos0.25）在長焦距下，有一個使G達到最佳D若從G出發(fā)，可以確定口徑D，再選擇合適的一，則拋物面的形狀就確定了，即可確定Do， 則饋源所需的照射角為2o，再根據(jù)最佳照射電平便可以設(shè)計饋寫出E面和H面方向圖函數(shù);用方向圖相乘原理，繪出E面和H面方向圖;sin取xctg（寸）42f / D可以決定長、中、短焦距，一般在設(shè)計中，選擇長焦距情況（.cH=0H=0.5dR12X12R12X120.251.4-19.215.7-8.90.2540.8-28.310.65-12.450.512.5-29.9-11.9-7.91.04

34、.017.79.08.9解：(1)二元陣總場方向圖函數(shù)為fT(, ) fo( )fa(,)二元陣因子方向圖函數(shù)為:2cos4(sinsin1)E面(/ 2)方向圖函數(shù)為：fE()cos( cos / 2)sin2cos (sin41)H面(/ 2)方向圖函數(shù)為：fH( )2cos (sin41)(2) E面方向圖計算1號振子的輻射阻抗Zr 1附表：半波振子互阻抗表H面方向圖(3) 1號單元的輻射阻抗由下式表示其中半波振子單元方向圖函數(shù)為:fo()cos( cos /2)sinfa( , )2cos( /d sin sin2 /，/2.cZr1Z11Z1211其中，12/11ej /2.j，Z1

35、173.1j42.5，互阻抗ZC可查表得：12乙2（H /0,d /0.25)=40.8-j28.3得:Zr173.1j42.5j (40.8 j 28.3)=101.4+j83.32.計算架高為/ 2的水平半波天線在垂直于天線軸平面（H面）的最大輻射方向m和該方向上的方向性系數(shù)D。（設(shè)地面為理想導(dǎo)電無限大平面，計算時可參考第一題附表）解：水平半波天線在H面的方向圖函數(shù)為fH( ) 2sin( h cos )-h/2* 聲V2sin( sin )ir%令sin( sin )1Iz z z zyz z r z z z *.-o得Sinm1/2，即mm30zrD=120X4/69.1=6.95o3

36、0，計算天線的最小架高和該方向上的方向性系數(shù)D。（設(shè)地由方向性系數(shù)公式D 120仁Rr式中,2，RrRe（Zr）為輻射電阻，可查表求得。Z11Z12，Z1173.1j42.5，乙2（H /0,d/1)4+j17.7得：zr69.1j24.8Rr69.1水平半波天線在H面的最大輻射方向m上的方向性系數(shù)為面為理想導(dǎo)電無限大平面，計算時可參考第一題附表）解：水平半波天線在H面的方向圖函數(shù)為fH( ) 2sin( h cos )2sin(2hsinm)由最大輻射方向可知|si n( hsinm）| 1，可得3.有一架高為h的近地水平半波天線如圖所示。要求在垂直于天線軸平面（H面）的最大輻射方向.cD=

37、120X4/69.1=6.954.理想導(dǎo)電地面上有一/ 4的垂直接地天線，如圖所示。要求：(1)給出方向圖函數(shù)并繪出其E面和H面方向圖；(2)計算其輻射阻抗；(3)計算出最大輻射方向上的方向性系數(shù)。解：(1)采用鏡像法后，/ 4的垂直接地天線就可看作是自由空間中的一個半波振子天線。E面方向圖函數(shù)如下，方向圖如圖所示。fE()cos( cos / 2)/2sin,0H面方向圖函數(shù)為fH( )1，其圖形為一個圓。比自由空間半波振子天線的方向性系數(shù)大一倍。hsinm2n 1n 0,1,2,川由m30，sinm1/ 2，且取n=0,得到h12由方向性系數(shù)公式D 120鳥Rr式中，fmax2，RrRe(

38、Z 為輻射電阻,可查表求得。73.1j42.5，乙2(H /0,d/1)4+j17.7得：Zr69.1j24.8，Rr69.1水平半波天線在H面的最大輻射方向m上的方向性系數(shù)為5.地面上的二元垂直接地天線陣如下圖所示，兩單元間距d=/4，饋電電流等幅但的相位滯后于I290o, 即I1I2e/2，可采用鏡像法分析。要求:(1)寫出二元陣的方向圖函數(shù);利用方向圖相乘原理繪出其E面和H面方向圖;(3)計算陣列中1號單元的輻射阻抗。解: 采用鏡像法考慮鏡像后，垂直接地二元陣就變?yōu)槎氩ㄕ褡雨噯栴}。總場方向圖函數(shù)為fT()怙()fa(半波振子的互阻抗表(2)垂直接地振子天線的輻射阻抗為:73.1j42

39、.536.55j21.25(3)最大方向上的方向性系數(shù)為:2120fmax120Rr36.553.28.c式中，單元半波振子方向圖函數(shù)為fo(間距為d子為cos(2 cos )sin/4，相位差為12的二元陣陣因fl2(,)2cos(sin sin1)H=0H=0.5R12X12R12X12d=0.251.4-19.215.7-8.9d=0.2540.8-28.310.65-12.45d=0.3029.3-34.45.2-14.5d=0.50-12.5-29.9-11.9-7.9d=1.00417.798.9E面（yz平面,/ 2）方向圖函數(shù)為fE（） fT（有此畫出的方向圖為)1/2cos(

40、COS)2sin2cos (sin41)/2）方向圖函數(shù)為H面（xy平面,fH()fT( , )|/212cos才(s in1)由此畫出的方向圖就是心臟形，與上面中間的圖完全一樣。丨2單元天線1的輻射阻抗Zr1Z11Z1112乙2e/2對垂直接地天線ZrZr121(乙12Z12ej/2)乙173.1j42.540.8j28.3(Zr173.12j42.5 j(40.8 j28.3)=50.7+j41.656.在自由空間中，沿z軸排列的半波振子二元陣如圖所示。已知：2/2，H/2，12（1）寫出E面和H面方向圖函數(shù);（2）用方向圖相乘原理，繪出E面和H面方向圖;.c.c(3)計算其中一個振子的輻

41、射阻抗Zr。(4)證明這樣的二元陣與一個全波振子的輻射方向圖是相同的，并計算二元陣的方向性系數(shù)附表：半波振子互阻抗表(1) E面方向圖函數(shù)為cos ( cos )22sinH面方向圖函數(shù)為得Zr73.1j42.5 26.4j20.2cos( cos ) cos( .!)sincos ( cos )解：二元陣的總場方向圖函數(shù)為fo( )fa()附表:其中，fo(fa()2cos(cos(cos )2sindcos ) |d /22cos(cos )H/入=0H/入=0.5:D/入R12X12R12X12073.142.526.420.20.2540.8-28.310.65-12.450.512.

42、5-29.9-11.9-7.91.04.017.79.08.9fE() fT()12E面和H面方向圖如下Z73.1j42.5，查表得Z26.4j20.2其中，乙r由ZrZ11嚴乙2Z111m1Htti方向圖對全波振子/2，f()cos( cos )sin2由三角函數(shù)的半角公式，2cos (x)1 cos(2x)，D。fE()fT(99.5j62.7由f ().c22，與共軸半波振子二元陣的方向圖函數(shù)完全一樣。sin可得全波振子的方向圖函數(shù)為：f ().c由D120fT2(m)R其中，匸（m)fT()|/22，R2Re(Zr) 2 99.5 199得D120 42 4(3.824dB)1993

43、/ 8,各單元的饋電幅度相等，單元1和2同相，單元3和4同相但與1和2反相。試導(dǎo)出該四元陣H面的方向圖函數(shù)。解:在xz平面（H面，12）的方向圖函數(shù)為8間距為d/4的三付對稱半波振子平行排列在一直線上，如圖所示。設(shè)各振子電流幅度關(guān)系為出該三元陣的E面和H面方向圖函數(shù)；（2）利用方向圖相乘原理畫出方向圖；（3）求振子1的輻射阻抗。fH()2cos( d cos )cos( d sin )4s in (cossin )sin (cossin)附表半波振子的互阻抗表7.由四個元天線組成的方陣，其排列如圖所示。每個單元到陣中心的距離為解：已知單元到陣中心的距離為丨2I3丨4I0。這個四元x軸上的二元陣

44、陣因子為fx( , ) 2cos(d cosx)，cosxsincos1:2:1，相位關(guān)系為/2, 0,/2。要求：求陣可看作是x軸上的二元陣和y軸上的二元陣構(gòu)成。.c)2cos (cosy1)，cosysin sin4解：已知11Ioej /2，12210I3loej /2，d /4。由題意可將振子2分為激勵幅度為|、同一位置的兩個振子。總 場 方 向 圖 函 數(shù) 為fT( , )fo( )fl2(, ) fl2,23(,H/=0H/=0.5R12X12R12X12d/=0.251.4-19.215.7-8.9d/=0.2540.8-28.310.65-12.45d/=0.3029.3-34

45、.45.2-14.5d/=0.50-12.5-29.9-11.9-7.9d/=1.00417.798.9單元方向圖函數(shù)為:fo()COS(cos )2Sin由二元陣因子公式：fa()2cos(dcos22)/2，可得單元1、2或2、3陣因子為:2cos (cosy1)4(1)E面方向圖(/2)為:cos(cos )fE()fT(, )1/24cos27(sin1)H面方向圖(2/2)為：fH() fT(,)|/24cos評n1)(2) E面方向圖為1 汨組間陣因子為：f12,23(c1BC900Z）sz営fT()fT()10Z110(12(90 X0(W =E()2j Z12Zl3振子1輻射阻

46、抗為:解：總場方向圖函數(shù)為E面（xz平面，0）方向圖函數(shù)為:（2） E面和H面的方向圖（設(shè)地面為理想導(dǎo)電無限大平面，計算時可參考附表）附表：半波振子的互阻抗表采用鏡像法的組間陣因子為：f1212（ , ） 2cos（hcos )。fT( , )|/21 2 2cos(?sin )-2 2cos(?cos )cos(cos 2sin100匕乙2Z13Z11I1I1=73.1+j42.5-2j(40.8-j28.3)-(-12.5-j29.9)=28-j9.2 (函數(shù)；（2）采用方向圖相乘原理畫出E面和H面的方向圖;計算1號單元的輻射阻抗；（4）確定最大輻射方向，并計算其方向性系數(shù)D。半波振子方向

47、圖函數(shù)為:并排二元陣陣因子為:(1)H面(xy平面,/2）方向圖函數(shù)為：fH（）9.垂直于地面放置的半波振子等幅同相并排二元陣，間距為/ 2，距地高度為h/ 4，并建立坐標系如圖所示。要求：（1）給出E面和H面的方向圖)f12( ) f12,1 2(,2cosss in2sin1BCcos( cos )sinH/=0H/=0.5R12X12R12X12d/=073.142.526.420.2d/=0.2540.8-28.310.65-12.45d/=0.3029.3-34.45.2-14.5d/=0.50-12.5-29.9-11.9-7.9d/=1.00417.798.9.c(3)1號單元的

48、輻射阻抗為:Z11Z1273.1 j42.5 12.5 j29.9 26.4 j20.2 11.9 j7.975.1 j24.9（4）最大輻射出現(xiàn)在0,/2處。總場方向圖函數(shù)最大值為fTmaxfT（ , ） |/240總輻射阻抗為Z2Zr1150.2j49.8該方向上的方向性系數(shù)為：D120fTmax120 412.78Re(Z )150.210、平行于地面放置的半波振子等幅同相共軸二元陣，間距為s/ 2，距地高度為h/ 2，并建立坐標系如圖所示。要求：（1）給出H面和xz平面的方向圖函數(shù)；（4分）（2）采用方向圖相乘原理畫出H面和xz平面的方向圖；（3分）（3）計算1號單元的輻射阻抗；（4分

49、）（4）求最大輻射方向，并計算其方向性系數(shù)Do（3分）（設(shè)地面為理想導(dǎo)電無限大平面，計算時可參考附表）附表：半波振子的互阻抗表解：總場方向圖函數(shù)為H/=0H/=0.5R12X12R12X12d/=073.142.526.420.2d/=0.2540.8-28.310.65-12.45d/=0.3029.3-34.45.2-14.5d/=0.50-12.5-29.9-11.9-7.9d/=1.00417.798.9fT()f0( ) f12( ) f12,12(波振子方向圖函數(shù)為:f0()cos(cos )sin共軸二元陣陣因子為:sf12( ) 2cos( cos )o采用鏡像法的組間陣因子為

50、:f12,1 2()2sin( hsin cos )。(5) H面(/2）方向圖函數(shù)為： 忖（）匸（)|/21 2 2sin( cos )xz平面（0）的方向圖函數(shù)為:fxz( )fT()|0cos(cos )sin2cos(cos2)2sin( sin ).C總輻射阻抗為Z2Zr1173 j72.2，總場方向圖函數(shù)最大值為fTmaxfT( , ) |/24/3,120f12max120 42一該方向上的方向性系數(shù)為：D11.11.理想地面上架設(shè)的水平半波天線陣，如圖所示，各單元的激勵幅度和相位也已標注在圖中。要求:(1)用方向圖相乘原理畫出天線陣在yz平面和xy平面的方向圖；(2)計算振子I

51、的輻射阻抗；d/入00.51.01.5073.1+j42.526.4+j20.2-4.1-j0.71.7+j0.20.2548.8-j28.310.6-j22.5-3.8+j1.11.6-j0.30.5-12.5-j29.9-11.9-j7.9-0.8+j4.11.1-j1.40.56-20.1-j22.0-13.8-j3.00.6+j4.20.8-j1.00.71-24.6+j1.2-10.8+j8.73.8+j3.0-0.4-j2.01.04.0+j17.79.0+j8.94.1-j4.2-2.7-j0.31.5-1.8-j12.3-5.8-j8.5-6.2+j1.92.1+j3.1解：(

52、1)近地水平半波天線陣的總場方向圖函數(shù)為fT( ,)f0(,) f12(,) f12,23( ,) fjx(,)(6) H面和xz平面的方向圖1號單元的輻射阻抗為:Zr1Z11Z12Z11Z1273.1j42.526.4j20.2 4 j17.7 9j8.986.5j36.1(8)最大輻射出現(xiàn)在H面，其方向由|sin( cos ) | 1確定，得o60，即最大輻射方向為:/3,/2。附表半波振子的互阻抗表.c把中間單元分成兩個激勵幅度為I0的單元，陣列的相位差為，則2f12( , )f1223( , )2cos(cosy1)，cosysin sin4采用鏡像法，得水平振子陣列的鏡像因子為fjx

53、( , ) 2sin(二cos )2fT( , ) 1 4cosq(sin 1) 2sin(cos )cos(2cos )2-sn4cos ；(sin式中，單元天線方向圖函數(shù)為fo(cos(2cosx)cossin cossin其方向圖為：yz平面(/2)的方向圖函數(shù)為其方向圖為:(2)已知各振子上的激勵電流為II1 ,3。得單元天線I的輻射阻抗為對應(yīng)鏡像的電流為I12j90elej90Zr1zZ11Z12I1Z13I1hZZ11I1咗zZ12I1LZZ13I1yz平面(/ 2)的方向圖函數(shù)為1) 0 0.cZ112 jZ12Z13Z112 jZ12Z1360.9j20.7()(3)設(shè)架高為H

54、時最大輻射方向為m150。0( , ) 2si n( H si n )，令|si n(乙H si nm)l 1,得Hs inm(2)波束掃描時，陣元間最大饋電相位差掃描時，陣因子方向圖函數(shù)表達式f ()=?估算不掃描時的主瓣寬度205Z12(H乙3(HZn(HZ/H乙3(H得j28.3()，j29.9()j29.9()，j22.0()j1.2()2(12.5j29.9)2j( 20.1j22)24.6j1.2所以H0.9664sinm12.設(shè)計均勻直線式16元相控陣天線，工作波長3cm,其最大掃描圍m45；。要求計算：(1)不出現(xiàn)柵瓣的陣元間距d解：(1)d|cosm|1.757cm(4)f(

55、20.5dcosm0.283sin(N /2)sin(/2)149od cosN 1651Nd5.44o式中，Zii73.1j42.5()Zr173.1j42.5 2j(40.8j28.3).c13.有一均勻直線陣，設(shè)其間距d=0.65。要求:.c解:(1)由2 g514oN 5115120Nd4 d4 0.65由dcos0d cos20.65cos65o0.55o當為側(cè)射時的主瓣寬度為2054，確定單元數(shù)N；當波束指向偏離側(cè)射方向25時，確定相鄰單元的饋電相位差若最大掃描角為偏離側(cè)射方向士30，確定該陣列是否出現(xiàn)柵瓣；(4)寫出該陣列的歸一化方向圖函數(shù)。由d0.667，實際間距滿足此條件，所

56、以該陣列不會出現(xiàn)柵瓣。1 |cos60|1 |CSml(4)F()sin(罕)2d cos14.設(shè)有一長度為D”，寬為Dy的矩形口徑，如圖所示。若口徑場為均勻同相分布，要求:導(dǎo)出E面和H面方向圖函數(shù);若口徑較大，即Dx和Dy遠大于波長時導(dǎo)出205E和20.5H的表達式。提示：惠更斯矩形面元的輻射場公式為dE Asin (1 cos )Esy(x, y)ej (xcos ysin )sindxdy dE Acos (1cos )Esy(x,y)ej (xcos ysin )sindxdyj resin u式中，A j。且當0.707時，u 1.39。2 r u解：口徑場為均勻同相分布EysE0由

57、惠更斯矩形面元的輻射公式可得0時：dEHA(1 cos )Eej xsindxdyEHEE90時：dEEAE(1cosA(1 cos )E0ej ysindxdy)DyDx/2.ejDx/2xsindxAE(1cos)Ssin UxUxDy/2AE0(1 cos )Dx Dy/2ej問dyAE(1cos )ssinuy.c要求計算：(1)拋物面天線的口徑角20?度;空間衰減S.A.= ?dB;天線增益G=?dB;G欝g (-D)2g 4441.32或G 36.475dB04(4)20寬度的邊緣電平為：As103 7dB16.試設(shè)計一個角錐喇叭天線，其尺寸的選擇應(yīng)使喇叭天線的增益最大。已知工作頻

58、率OF=5640MHz,E面和H面方向圖的主瓣寬度分別為20 5E18和O20 5H16，饋電波導(dǎo)尺寸為axb=4.755X2.215cm2，要求設(shè)計出喇叭天線的尺寸DE、DH、RE和RH。17.試設(shè)計一個工作波長=3.2cm的角錐喇叭天線，要求20.5E20.5H15。計算喇叭天線的尺寸DH、DE、RH、RE,并計算該喇叭天線的增益G=?dB(饋電波導(dǎo)尺寸axb=23X10mm2,單位：mm,保留小數(shù)點后兩位。)解：按得到最大增益的最佳喇叭設(shè)計si nuxFH(1 COS )- UxE面和H面方向圖函數(shù)為：sin UyFE(1 cos )-UyFH忽略因子1 cos得sin UxUxsin

59、UyUy式中，SDxDy，UxDxsin，Uy2Dsin2sinU因為Dx、Dy遠大于波長入，且當 -0.707時，U=1.39,得Dx .- Sin0.5H1.39亠sin0.5E1.3920.5H51 -Dx020.5E51Dy015.現(xiàn)有一個用于Ku波段直播衛(wèi)星電視接收的旋轉(zhuǎn)拋物面天線，工作頻率為f0=12GHZ口徑直徑D=75cm，焦徑比F/D=0.385,天線的總效率g=50%。(4)為獲得最高效率，饋源方向圖20寬度的邊緣電平應(yīng)為多少dB?解:0F(1)由D300 / f0(MHz)25mm1D02tg1(疋)2 33 6620132S.A.=S.A.20以cos023dB.cRE

60、。（饋電波導(dǎo)尺寸aXb=72X34mm2,單位用mm，保留小數(shù)點后兩位。）副瓣電平上升：40 30.469.5dB2o.5E54 /DE15由20.5H80/ DH15DE54 /15115.2mmDH80 /15 170.67mm檢驗:RERHDE3DH2207.36mm303.42mmRHRE1 b/DE1 a/ DH1.1，修改RE為：RERH/1.1275.84mm喇叭增益：G0.514 DEDH2123，或G 20.9dB18.試為旋轉(zhuǎn)拋物面天線設(shè)計一個角錐喇叭饋源。工作頻率f0=4GHz,-10dB的照射角20 1E20 1H100丫。要求計算饋源喇叭的尺寸DH、DE、RH、解:0