《天线》-第二章-《天线基础》-讨论贴

看到大家的热情讨论，我很欣慰……。 boB{Y7gO4  
m4LM10  
也提醒其他几位组员，请尽量加入讨论，不需要有什么高论，说出你的想法和理解即可。通过讨论我才能知道各位组员对本章内容的理解情况，方便分配专题报告内容。

看了以上的讨论和问题，发现好多问题都被忽略了。工程经验不足，要多去翻翻书。 /\9Kr;@vk  
对于阻抗匹配与增益的关系，这两天看书正好遇到了。感觉这里实际上是对增益定义的问题。结合《相控阵天线手册》，“IEEE对天线增益的标准定义不包含反射损耗”。这就可能是阻抗匹配与否，对仿真的增益没影响原因了吧。 而相对的还有一个“包括反射损耗和耗散损耗的参数”，即可实现增益。在CST的后处理选项中 就有与之对应的“Gain（IEEE）”与“Realized Gain”。 OV[-m;h|  
其他问题没什么头绪，这两天忙完了接着看书哈

引用第9楼绝对完全于2011-11-09 12:41发表的  : f(3#5288  
结合《相控阵天线手册》，“IEEE对天线增益的标准定义不包含反射损耗”。这就可能是阻抗匹配与否，对仿真的增益没影响原因了吧。 而相对的还有一个“包括反射损耗和耗散损耗的参数”，即可实现增益。在CST的后处理选项中 就有与之对应的“Gain（IEEE）”与“Realized Gain”。 ~E)I+$,  
其他问题没什么头绪，这两天忙完了接着看书哈[表情]   Mn=_lhWK  

u_uC78`p  
hP|5q&wX  
原来一直忽略了去看IEEE的定义 ，、、、、、、囧~ ~非常感谢

引用第10楼小提拉米苏于2011-11-09 13:58发表的  :
原来一直忽略了去看IEEE的定义 ，、、、、、、囧~ ~非常感谢 >WDb89kC=  

SA}]ZK P  
aLP2p
]  
hfss中的定义也是不包含反射功率，因此调匹配的话Gain不变（通过仿真一天线，修改阻抗匹配，已验证此结果）~.但是书本（包括克劳斯的这本天线），在理论上都认为是有影响的，姑且认为工程上影响不大吧

开始一直没找到板块位置，一直以为就在天线板块哪个角落。。。。 J<H$B +;qR  
等找到，你们都说到第2章了，先回去补上前面的。。。 f>;5ZE4Zu  
关于HFSS里面的增益，其实我接触到的仿真工作中，基本上都是看的Gain，但是要考虑匹配的话，那就得看Realized Gain了，做个试验就可以了，把端口阻抗值改变，回发现Realized Gain会不断变化。阻抗匹配，无反射的情况下，两者是相等的。不知道这么说对不对。 J3}^\k=p"  
B@63=a*kG  
I`5F&8J{  

大家好，我是打酱油路过的，第一波的讨论非常好，大家都有很高的热情，希望每一位组员继续关注我们的学习组，继续讨论。 KjD/o?JUr  
7`*h2 mgY  

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ROH|PKb7  

引用第9楼绝对完全于2011-11-09 12:41发表的 : g9 .Q<JwO  
对于阻抗匹配与增益的关系，这两天看书正好遇到了。感觉这里实际上是对增益定义的问题。结合《相控阵天线手册》，“IEEE对天线增益的标准定义不包含反射损耗”。这就可能是阻抗匹配与否，对仿真的增益没影响原因了吧。 而相对的还有一个“包括反射损耗和耗散损耗的参数”，即可实现增益。在CST的后处理选项中 就有与之对应的“Gain（IEEE）”与“Realized Gain”。 !z\h|wU+  

j`{?OYD  

引用第10楼小提拉米苏于2011-11-09 13:58发表的 : Hus)c3Ty7  
原来一直忽略了去看IEEE的定义 ，、、、、、、囧~ ~非常感谢 T^zXt?  

E^B'4  
sA+ }TNhq  
关于这一点，IEEE Standard 145-1993定义了两种增益[1]： N=V==Dbu-  
2=*H 8'k  
2.165 gain (in a given direction). The ratio of the radiation intensity, in a given direction, to the radiation intensity that would be obtained if the power accepted by the antenna were radiated isotropically. Syn: absolute gain (of an antenna). /2&c$9=1  
NOTES Yj&F;_~  
1—Gain does not include losses arising from impedance and polarization mismatches. M H|Og84  
2—The radiation intensity corresponding to the isotropically radiated power is equal to the power accepted by the antenna divided by 4p. hZm"t/aKc  
3—If an antenna is without dissipative loss, then in any given direction, its gain is equal to its directivity. k R?qb6  
4—If the direction is not specified, the direction of maximum radiation intensity is implied. \[;0KV_  
5—The term absolute gain is used in those instances where added emphasis is required to distinguish gain from relative gain; for example, absolute gain measurements. Ki;*u_4{  
#]\Uk,mhZB  
2.321 realized gain. The gain of an antenna reduced by the losses due to the mismatch of the antenna input impedance to a specified impedance. M[NV)q/)  
NOTE—The realized gain does not include losses due to polarization mismatch between two antennas in a complete system. Z%gh3  
可见，只说Gain的话，不考虑阻抗损耗；如果要考虑阻抗损耗，那么说的就是realized gain。在CST MWS中对应的就是Gain (IEEE)和Realized Gain这两个参数，CST MWS帮助文件说明如下[2]： 0Um2DjTCG  
Gain: Accordingly, the gain is defined similarly but is related to the input or accepted power of the structure. In the case of a loss-free antenna (no conductional or dielectric losses), the gain is equal to the directivity. Note, that power flowing out any port is not considered as accepted by the structure. `}p0VmD{NE  

图片:ffgain.JPG

7y.kQI?3  
Realized Gain: The realized gain is defined by gain * (1 - Balance^2), it includes the impedance mismatch loss. iDpSj!x/_  
W_JlOc!y  

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t*p71U
4+I  

引用第3楼luyk24于2011-11-05 15:06发表的 回 5楼(yeahnet) 的帖子 : KYB`D.O  
如何区分天线的天线效率和辐射效率？在工程中，我们关注哪一个？ z0d.J1VW  

2R[:]-b  

引用第5楼小提拉米苏于2011-11-07 09:44发表的 回 3楼(yeahnet) 的帖子 : wo3d#=   
天线效率其实可以说成天馈效率把，就拿最基本的天线系统来说，它的总效率是天线的辐射效率乘以匹配网络的效率（这个效率还应该把匹配网络的损耗考虑进去），而辐射效率=辐射电阻/（辐射电阻+损耗电阻），这两个值很明显的不一样，而且如果你用过CST这个方针软件的话，你在远场参数中可以明显的看到，它的效率有两个，一个是天馈效率，一个是辐射效率，工程上应该都要考虑的，毕竟有的时候，你的匹配网络做的好坏还是对你的天线性能有很大影响的。 #$.;'#u'so  

=O~_Q-  

引用第6楼luyk24于2011-11-07 16:47发表的 回 12楼(小提拉米苏) 的帖子 : xB@ T|EP  
关于两个效率的区别，我这两天查了资料，因为我是针对hfss提问的，对CST里的参数不了解，就解释一下他们的定义吧，权当参考：天线效率是指辐射到空中的总功率与发射机输入到天线端口的总功率之比（包含反射功率）；辐射效率是指辐射到空中的总功率与进入到天线端口的功率之比。显然，在数值上，后者大于前者，个人理解，更加关注的是天线的天线效率 f[]dfLS"W  

))qy;Q,  
?e%ZOI  
和增益类似，这里也是对效率的定义问题，IEEE协议定义了Radiation Efficiency这个参数[1]： dB{Q"!
 
2.308 radiation efficiency. The ratio of the total power radiated by an antenna to the net power accepted by the antenna from the connected transmitter.  0HZ{Y9]  
这里的定义里提到的是"Net Power Accepted"。IEEE协议里没有定义total efficiency，在CST MWS帮助文件里的定义如下[2]：  {y)=eX9  
Radiation efficiency: The antenna radiation efficiency is defined as the ratio of gain to directivity or equally the ratio between the radiated to accepted (input) power of the antenna:  })'B<vq  

图片:radiationeff1.JPG

 or

图片:radiationeff2.JPG

,V7nzhA2  
Total efficiency: The total efficiency is defined as the ratio of radiated to stimulated power of the antenna: Pd8![Z3  

图片:fftotaleff.JPG

Z3Og=XHR  
Compared to the input power, the stimulated power considers any occurring reflections at the feeding location. atj(eg  
x[cL Bc<  
那么，如果问题是“更关心哪个的话”，个人认为应该由指标来决定。指标要求哪个效率，设计者就专注于哪个效率。 4VHn \  
R|'ybW'Y  
更进一步来说，增益和效率，在测量的时候，得到的测量结果是否包括馈线阻抗损耗是不是取决于校正平面的设定？如果校正面没有包括馈线，那么测得的就是Realized Gain和Total Efficiency；如果在Calibration的时候能把馈线包括在内，那么测得的就是Gain (IEEE)和Radiation Efficiency？ )~X2 &^orW  
EfqX y>W  

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y#`tgJ:  

引用第7楼小提拉米苏于2011-11-07 17:57发表的 回 6楼(luyk24) 的帖子 : T~-ycVc  
1）2.12中，振荡偶极子产生的场，谁可以将这个场分布和偶极子方向图联系着给我讲讲，一直很困惑、 hqD*z6aH  
2）偶极子的方向图为什么是‘8’字。 irZ]
)a  
3）有效高度在单级子中具体是指？ &j;wCvE4+  
4）P32，下面第一段中，说到偶极子都是平衡的，都由双导体馈电，单级子都是非平衡的，都由同轴馈电，这个不一定吧？偶极子也可以用同轴馈电啊~这里是说错了吧、、、 F/]2G^-  
5）同轴线内外导体的电流分布，我一直想知道这个问题，希望大牛解决~   xw.A #Zb\_  

|NlO7aQ>2H  
W<'m:dq  
现在书没在手边，凭着记忆说说。震荡偶极子在震荡的时候，电磁场沿着与震荡的“轴”正交的方向向“外”传播，在震荡的轴线上是没有电磁场的。偶极子天线也是如此，在偶极子天线的轴向上是没有辐射的。 ;xy"\S]  

图片:250px-Dipole.gif

[3] b]e"1Y)D-  
)7hqJa-V  
不过，偶极子天线的方向图不是“是8字”或者“不是8字”这么简单，应该只是在一定的频率范围内才是这个样子，频率高了之后方向图就有其它的瓣了。目前我个人能联系起来的就是“轴向上没有辐射”。 (|2t#'m  
sWhZby7  
偶极子确实可以用同轴馈电，一极接在同周内导体，一极接在同轴外导体。但是，这种方式是用不平衡器件连接平衡器件，会导致同轴线外导体产生辐射，并且会导致方向图崎变[4]。 aHD]k8m z  

图片:300px-Dipolefeedrad.JPG

pd?Mf=>#  
,Co|-DYf}  
比较合理的做法是在同轴线和dipole中间加balun，Wikipedia上列举了三种建议的形式[4]： &<z1k-&!  
Current Balun: s9mx  

图片:300px-Dipolewidebandbalun.JPG

~-k9%v`  
P1!qbFDv8  
Coax Balun: W"scV@HKu  

图片:300px-Dipolehalfwavebalun.JPG

&bS,hbDt  
&0d#Y]D4`  
Sleeve Balun: X;$+,&M"  

图片:300px-Dipolesleevebalun.JPG

_YRFet[,m  
?4YGT  
以前给天线测试做Reference Dipole的时候用的就是Sleeve Balun这种方案。 )+#` CIv  
?d*z8w  

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@@f"%2ZR[  
关于天线的远场，这里就不引用了。IEEE standard里定义了近场和远场的概念[1]： /l3V3B7  
ibcRU y0%  
2.247 near-field region. That part of space between the antenna and far-field region. `>o{P/HN  
NOTE—In lossless media, the near-field may be further subdivided into reactive and radiating near-field regions. "69s)~  
KR}?H#%  
2.249 near-field region, radiating. That portion of the near-field region of an antenna between the farfield [+Iz@0q  
and the reactive portion of the near-field region, wherein the angular field distribution is dependent upon distance from the antenna. I{|O "8  
NOTES R*,MfV  
1—If the antenna has a maximum overall dimension that is not large compared to the wavelength, this field region may not exist. +w`2kv  
2—For an antenna focused at infinity, the radiating near-field region is sometimes referred to as the Fresnel region on the basis of analogy to optical terminology. poE0{HOU  
y RqL9t  
2.250 near-field region, reactive. That portion of the near-field region immediately surrounding the antenna, wherein the reactive field predominates. sJKI!  
NOTE—For a very short dipole, or equivalent radiator, the outer boundary is commonly taken to exist at a distance l/2p from the antenna surface, where l is the wavelength. YP oSRA L  
ZtNN<7  
2.143 far-field region. That region of the field of an antenna where the angular field distribution is essentially independent of the distance from a specified point in the antenna region. i$Ul(?  
NOTES PI {bmZ  
1—In free space, if the antenna has a maximum overall dimension, D, that is large compared to the wavelength, the farfield region is commonly taken to exist at distances greater than 2D^2/l from the antenna, l being the wavelength. The far-field patterns of certain antennas, such as multi-beam reflector antennas, are sensitive to variations in phase over their apertures. For these antennas, 2D^2/l may be inadequate. .xCZ1|+gG  
2—In physical media, if the antenna has a maximum overall dimension, D, that is large compared to PI*abs(garma), the far-field region can be taken to begin approximately at a distance equal to abs(garma)*D^2/PI from the antenna, g being the propagation constant in the medium. 8]c2r%J  
9X6h  
在CST MWS仿真中，Open Add Space边界要求至少需要八分之一波长的距离来保证准确地近场-远场变换。在仿真宽带天线的时候（比如0-11 GHz），软件默认的Open add space大小对应5.5 GHz频率，如果设置了低于5.5 GHz的Farfield monitor，观察结果的时候软件会提示你远场结果有可能不准确。如果要得到准确的结果，需要手动设置边界的大小。 gb1V~  

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1C+13LE$U  
[1] IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas, IEEE Standard 145-1993, 1993 KYm0@O>;  
[2] Farfield Plot Overview, CST MICROWAVE STUIO Help, Computer Simulation Technology AG, Germany, 2012 p T?}Kc  
[3] Dipole, www.wikipedia.org +|3@=.V  
[4] Dipole Antenna, www.wikipedia.org RHW]Z Pr<  
v&\Q8!r_  
U gat1Pz  

引用第1楼hefang于2011-11-04 20:16发表的 回 楼主(hefang) 的帖子 : zkrM/ @p#  
我先写一些我自己的问题吧，算是为讨论开个头：
1. 什么是天线的辐射电阻（R）？它和天线阻抗（Z）有什么区别？为什么天线用于遥感器件时可以观测辐射电阻的外观温度？
2. 远场条件如何定义？在实际工程中应该如何应用？在仿真软件中远场有什么要求？ rQs)O<jl  
....... 8I?Wt W  

x,+{9  
%D34/=(X  
1，天线的辐射电阻应该是一种便于理解的假象电阻，如果把天线和空间某个接受功率的理想点用传输线连接起来，那是不是可以用传输线理论来解释这个辐射电阻？而天线阻抗Z在数值上和辐射电阻R有什么区别呢？有点不大明白。 KeB"D!={;  
2，实际工程中，就鄙人这点程度的经验，在说到远场的时候，一般都是在对天线进行方向图测试的时候（以前没有暗室用，通常我们都是选合适的两个山头或者两栋楼房顶上），考量距离是否满足远场条件，就是口径和波长那个关系式来判定界限，只要环境不要太恶劣，一般还是能满足测试要求。后来有了暗室，方向图可以通过近场推算出来，应该是用的FFT。 TDKki(o=~  
3，定向性又称为方向性系数，通常用来表征天线的指向性，也有人称为“聚束”性，增益通常用来衡量天线的辐射性能。这两者之间，从数值来说，分子相同，分母不同，增益的分母还包括从端口到天线的损耗。这样说可能有点拗口。。。 9';JXf$  
4，就单天线来说好像国内一般很少提到分辨率这个东西，在相控阵上倒是经常提到，比如用来表征方位精度和俯仰上的精度，假设波束宽度为2度，雷达需要覆盖30度的空间，则T/R里的移相器需要控制波束实现15个波位的扫描。波束很窄时，按书上的提法，就是分辨率高的时候，需要高位数的移相器，或者使用虚位技术来实现高精度的分辨率。才疏学浅，对于分辨率的理解，只能联系自己的一点工作知识来说，不知道对不对。 !u[9a;Sa#  
5，极化和轴比的理解同楼上数位大侠。 =`F(B  
%6,SKg p  
BwGfTua  
搞天线几年了，很多东西不拿出来讨论，确实还没法好好吃透，惭愧。 k68T`Ub\W6  

前面关于辐射阻抗和天线阻抗的讨论我怎么看得不是很明白，天线阻抗就是通过辐射阻抗算的吧？ =pO^7g  

引用第14楼yamazakigog于2011-11-09 21:28发表的 Re:回 楼主(hefang) 的帖子 :
1，天线的辐射电阻应该是一种便于理解的假象电阻，如果把天线和空间某个接受功率的理想点用传输线连接起来，那是不是可以用传输线理论来解释这个辐射电阻？而天线阻抗Z在数值上和辐射电阻R有什么区别呢？有点不大明白。 ` xEx^P^7  
2，实际工程中，就鄙人这点程度的经验，在说到远场的时候，一般都是在对天线进行方向图测试的时候（以前没有暗室用，通常我们都是选合适的两个山头或者两栋楼房顶上），考量距离是否满足远场条件，就是口径和波长那个关系式来判定界限，只要环境不要太恶劣，一般还是能满足测试要求。后来有了暗室，方向图可以通过近场推算出来，应该是用的FFT。
mUAi4N  
3，定向性又称为方向性系数，通常用来表征天线的指向性，也有人称为“聚束”性，增益通常用来衡量天线的辐射性能。这两者之间，从数值来说，分子相同，分母不同，增益的分母还包括从端口到天线的损耗。这样说可能有点拗口。。。 a8e6H30Sm  
....... oQ/E}Zk@  

#_ ;lf1x!  
菜鸟一枚 首先对hefang大牛的指点表示诚挚的感谢 很希望自己以后也能有这样的水平 大家共勉~ w,p PYf/t  
对于天线阻抗，个人理解的就是天线的输入阻抗，它不是一个定值，是随着天线馈电点的变化而变化的。而辐射阻抗正如你所说，是一个虚拟电阻。所以从数值上看来，个人感觉两者应该是没有具体的大小关系的。 bivuqKA  
4<w.8rR:A  

看了Hefang斑竹的回复，真是受益匪浅啊，讲的很详细，那个关于巴伦的问题后面有一张专门讲的，这里面还是有很多的问题的，非常感谢，以前有很多模糊的问题现在也清楚了很多。也很感谢大家热情的讨论~ ~继续学习 进步  共勉