天线第一讲-引言20150108.pdf

电子与信息学院电子与信息学院 天线技术天线技术 Antenna Technology 第第1 1讲讲 引引 论论 谢泽明谢泽明 华南理工大学电子与信息学院华南理工大学电子与信息学院 eezmxie 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 天线的概念天线的概念 天线的辐射和接收过程天线的辐射和接收过程 各种用途的天线各种用途的天线 各种结构的天线各种结构的天线 天线天线的分类的分类 课程课程要求要求 第1讲内容 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 天线是什么天线是什么 1-1 天线的概念 移动通信天线移动通信天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 伪装的基站天线伪装的基站天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 广播天线广播天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology wifiwifi天线天线 RFIDRFID天线天线 雷达天线雷达天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 系统中的天线系统中的天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 天线的作用天线的作用 发射天线：发射天线：把导行电磁波（高频电流）把导行电磁波（高频电流）转化为在预定方向辐射的空间电磁波转化为在预定方向辐射的空间电磁波 接收天线：接收天线：把空间的特定电磁波转化为把空间的特定电磁波转化为导行电磁波（高频电流）导行电磁波（高频电流）发射和接收也可在同一个天线实现。发射和接收也可在同一个天线实现。基站用双工器来实现同一天线的发射和接收。基站用双工器来实现同一天线的发射和接收。手机用开关来实现同一天线的发射和接收。手机用开关来实现同一天线的发射和接收电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 天线是辐射或接收电磁波的装置天线是辐射或接收电磁波的装置 天线天线 =antenna=antenna 触须触须 天线天线 =aerial=aerial 空中的线空中的线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 天线的地位天线的地位 空间与收发机间的媒介空间与收发机间的媒介 空间电磁波与导行电磁波（高频电流）空间电磁波与导行电磁波（高频电流）的转换器的转换器 电磁波的出口和入口电磁波的出口和入口 无线系统的眼睛和耳朵无线系统的眼睛和耳朵 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 天线的诞生天线的诞生 麦克斯韦（麦克斯韦（MaxwellMaxwell）18641864年提出了著名电磁年提出了著名电磁场方程组，预示了电磁波的存在场方程组，预示了电磁波的存在。18651865年年,赫兹（赫兹（HertzHertz）采用电火花间隙发射）采用电火花间隙发射机和环形天线，验证了电磁波的存在。机和环形天线，验证了电磁波的存在。电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 18651865年年,赫兹（赫兹（HertzHertz）采用电火花间隙发射）采用电火花间隙发射机和环形天线，验证了电磁波的存在。机和环形天线，验证了电磁波的存在。电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 18951895年，马可尼（年，马可尼（G.Marconi）成功地进行了）成功地进行了2.52.5公里公里的电报传送实验。的电报传送实验。18961896年，波波夫（年，波波夫（A.Popov）进行了约）进行了约250250米的类似试米的类似试验。验。19011901年，跨越大西洋年，跨越大西洋32003200公里的试验成功，开始了电磁公里的试验成功，开始了电磁波信息传输的时代，也使天线走向商用。波信息传输的时代，也使天线走向商用。电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 课程目标课程目标 了解各种天线的结构了解各种天线的结构-结构、主要特性结构、主要特性 明白各种天线的工作机理明白各种天线的工作机理-如何工作如何工作 计算天线计算天线-借助软件，计算天线的性能借助软件，计算天线的性能 设计天线设计天线-根据要求，完成典型天线设计根据要求，完成典型天线设计 通过本课程的学习，拓宽眼界、提升思维通过本课程的学习，拓宽眼界、提升思维能力能力 知识是死的，思想是活的，重要的是通过学习知识是死的，思想是活的，重要的是通过学习的过程使自己的思维方式有一个跳跃。的过程使自己的思维方式有一个跳跃。知识不是力量，在汲取知识的过程中汲取的能知识不是力量，在汲取知识的过程中汲取的能量才是力量。量才是力量。电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 1-2 天线的辐射和接收过程 发射过程：发射过程：发射机在天线上产生交变的电流和电荷发射机在天线上产生交变的电流和电荷 交变的电流和电荷产生交变电磁场交变的电流和电荷产生交变电磁场 交变电磁场向外传播形成辐射电磁波交变电磁场向外传播形成辐射电磁波 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 接收过程：接收过程：电磁波的交变电磁场在天线上感应交变的电流和电荷电磁波的交变电磁场在天线上感应交变的电流和电荷 交变的电流传输到天线端口形成射频信号交变的电流传输到天线端口形成射频信号 射频信号传输到接收机接收放大射频信号传输到接收机接收放大 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 为了有效辐射电磁波，天线一般采用开放结构为了有效辐射电磁波，天线一般采用开放结构 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 手机天线辐射手机天线辐射 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 1-3 各种用途的天线各种用途的天线 广播与电视广播与电视 无线通信无线通信 雷达雷达 定位导航定位导航 天文观测天文观测 RFIDRFID 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 广播电视广播电视 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 广播电视广播电视 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 无线通信系统无线通信系统 点对点通讯点对点通讯 移动通信移动通信 卫星通讯卫星通讯 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 微波接力通信微波接力通信 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 移动通信基站天线移动通信基站天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 一般每一个基站都有三个扇区，每一个扇区覆盖范围一般每一个基站都有三个扇区，每一个扇区覆盖范围 为为120120度，这样三个扇区能对四周进行度，这样三个扇区能对四周进行360360度全覆盖。度全覆盖。电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 基站天线基站天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 手机天线手机天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 手机天线手机天线 GSMGSM天线天线 WiFi&BluetoothWiFi&Bluetooth天天线线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 内置式手机多频天线内置式手机多频天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology MIMO天线天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology The second kind of isolation structureThe first kind of isolation structureThe first kind of isolation structure65 mm14 mm45 mmy y x x z z MIMOMIMO手机天线手机天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 卫星通信卫星通信 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 短波短波通信通信 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 无线局域网（无线局域网（WLANWLAN，WiFiWiFi）电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 卫星导航定位卫星导航定位 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 雷达雷达 导航，监测，搜寻导航，监测，搜寻 追踪，遥测，干扰追踪，遥测，干扰 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 天文观测天文观测 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology RFIDRFID 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 1-4 各种结构的天线各种结构的天线 线天线线天线 口面天线口面天线 微带天线微带天线 缝隙天线缝隙天线 介质天线介质天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 线天线线天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 面天线（口径天线）面天线（口径天线）电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 角反射天线角反射天线 抛物面反射体天线抛物面反射体天线 反射面天线反射面天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 缝隙天线缝隙天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 微带天线微带天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 介质天线介质天线 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 分类方法分类方法 天线种类天线种类 按用途按用途 通信天线、广播天线、雷达天线、导航天线、测向天线等通信天线、广播天线、雷达天线、导航天线、测向天线等 按工作频段按工作频段 长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等 按方向性强弱按方向性强弱 全向天线、弱方向性天线和锐方向性天线等全向天线、弱方向性天线和锐方向性天线等 按极化特性按极化特性 线极化天线、圆极化天线、椭圆极化天线等线极化天线、圆极化天线、椭圆极化天线等 按工作原理按工作原理 驻波天线、行波天线、阵列天线等驻波天线、行波天线、阵列天线等 按波束控制法按波束控制法 固定波束天线、电调天线、相控天线、智能天线等固定波束天线、电调天线、相控天线、智能天线等 按基本结构按基本结构 线天线、面天线、缝隙天线、微带天线等线天线、面天线、缝隙天线、微带天线等 按电尺寸按电尺寸 电小天线尺寸远小于工作波长电小天线：尺寸远小于工作波长 电大天线：尺寸与工作波长相比拟电大天线：尺寸与工作波长相比拟 1-5 天线的分类天线的分类 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 1-6 课程要求课程要求 三个层次的要求：三个层次的要求：第一层：了解天线第一层：了解天线 第二层：应用天线第二层：应用天线 第三层：设计开发天线第三层：设计开发天线 成绩评定与作业要求成绩评定与作业要求 作业作业40%40%，期未考试，期未考试60%60%。课件从网上下载课件从网上下载 202.38.193.234/rf1/电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 态度最重要态度最重要 不要仅仅为了学分而选本门课程不要仅仅为了学分而选本门课程 不要抱着听听看的态度选本门课程不要抱着听听看的态度选本门课程 对自己的目标有一个基本定位对自己的目标有一个基本定位 把一门课程当作能力的磨刀石把一门课程当作能力的磨刀石 从课程的结构特点入手把握课程从课程的结构特点入手把握课程 每种天线的每种天线的结构、特性、机理、仿真、设结构、特性、机理、仿真、设计计 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 参考书籍参考书籍 【1 1】李绪益，微波技术与微波电路，华南理工大李绪益，微波技术与微波电路，华南理工大学出版社，学出版社，20112011（教材）（教材）【2 2】钟顺时，天线理论与技术，电子工业出版社，钟顺时，天线理论与技术，电子工业出版社，20112011 【3 3】W.L.StutzmanW.L.Stutzman，Gary A Thiele,Gary A Thiele,（朱守正、安同（朱守正、安同一译），天线理论与设计（第一译），天线理论与设计（第2 2版），人民邮电出版社，版），人民邮电出版社，2006.2006.【4 4】J.D.Kraus,R.J.Marhefka,J.D.Kraus,R.J.Marhefka,（章文勋译），天（章文勋译），天线（第三版），电子工业出版社，线（第三版），电子工业出版社，20042004 电子与信息学院电子与信息学院 South China University of Technology 习题习题1 1 1-1 1 上网调研上网调研LTELTE基站天线产品，基站天线产品，给出其中一款基站天线的型号、给出其中一款基站天线的型号、厂家、及其给出的参数。厂家、及其给出的参数。