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第四章 天线理论
第一节 基本概念
天线，是接收或辐射无线电波能量的装置。无线电波的传输速度和光速一样，在传输过程中，电场和磁场是共存的，统称为电磁场。电场矢量E和磁场矢量H是相互垂直的。见图4－1：
图4－1 电磁场演示图
麦克斯韦理论中表述了这样一个概念：一个变化的电场会感应出一个变化的磁场，一个变化的磁场会感应出一个变化的电场。电磁波的传输就是以这个理论为基础的。 一、感应场和辐射场
感应场和辐射场是两个相关的场区，在天线附近的是感应场，包括了天线体内电压、电
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流产生的电力线和磁力线。由于电场和磁场有90的相差，这个场是无功能量场；而辐射场是电磁波从天线发出的电力线和磁力线向空间延伸，是有功能量场，电场和磁场是同相的，因此天线发出的能量主要是辐射场的传播延伸。感应场的强度和距离的负二次方成正比，辐射场的强度和距离成反比。 二、波的极化
波的极化是由电场矢量E相对于反射平面的位置来定的，大多数情况下，我们把地球定为反射面，如果E与反射面平行，称为水平极化，E与反射面垂直，称为垂直极化。也可以通过天线与地面的位置来确定，如果天线与地面垂直，那么主要是垂直极化；如果天线（阵）与地面平行主要是水平极化。 三、近场与远场
辐射场可以分成两个部分：近场和远场。
近场是从天线开始有限的几个波长范围内的场，在观察点处得到的射线可以认为是平行的。
近场的距离是依靠天线的尺寸D和相差?来大致计算的。对ILS来说，相差?大约是
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12，也就是?32，近场的距离大约是R?0
4D2?，看图4－2：
图4－2 辐射场的近场图
OC=R，OA=R+?32
?D?(R??)2????R2
?2?D24D2R??，
8??四、辐射场型
在某个固定的距离上，天线或天线阵的电场强度坐标称之为场型。所以我们关心的是场型的形状。而场型只是简单地表示场强随着距离变化的相对关系，并非在其外就没有信号了。这样就可以知道，场型的表示不是绝对场强，是相对的。在我们的领域里，研究绝对场强也是没有多大必要的，我们也不是要定性、定量地分析某点上的信号特性。辐射场型可以用极坐标或直角坐标来表示，通常是采用极坐标。 在场型图中，相对场强为0的点称为零点。
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图4－3 辐射场型
五、方向性、波束宽度和增益
天线向空间不均匀辐射电磁波的特性称为方向性，方向性D定义为最大场强Em和平均场强E0的比，就是D?Em，而平均场强是要用积分来计算的，总辐射功率定义为P0，那E0么有：方向性D?4?Em?E(?,?)ds?4?Em； P0
效率?定义为总辐射功率和总输入功率的比。
增益G由D和?来得到：G???D。虽然增益是由D得来的，但是我们平时更注重G的情况。一般地，增益和方向性都是以10倍的log10的分贝值来表示。
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图4－4 天线方向性、波束宽度和增益图
六、功率密度和场强
图4－5 功率密度和场强图
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