行波天线辐射场分析与方向图计算

"辐射场模值及方向图函数的计算与应用——基于Xilinx器件选型手册的天线设计原理" 本文主要介绍了辐射场模值及方向图函数在天线设计中的重要性，特别是针对行波天线的特性进行了深入探讨。在Xilinx器件选型手册的背景下，这些知识对于理解微波集成电路（MIC）和射频集成电路（RFIC）的设计至关重要。 首先，辐射场模值是衡量天线发射或接收电磁波强度的关键参数，它与天线的电流分布和几何形状密切相关。表达式0 0 sin[(cos / ) / 2]| | | sin cos / I l E rθ | η θ β β β θ λβ θ β β′− =′−060 sin[( cos ) / 2]sin cos I r ξ θ β θ ξ θ − = − l 060 描述了辐射场模值的计算方法，其中包含了角度θ、电流分布因子、波长λ和其它参数。 方向图函数是分析天线辐射特性的重要工具，它给出了天线在不同方向上的辐射强度分布。公式sin( ) sin[ ( cos ) / 2]cos f l θ θ β ξ ξ θ = − − θ / (1.75)给出了方向图函数的表达式。这个函数与天线长度l、波长λ以及电流波在线上的传播速度v有关，如果考虑到导线损耗，还会引入衰减因子α。 在无损耗的情况下，方向图函数可以简化为sin( ) sin[ (1 cos ) / 2]cot( ) sin[ (1 cos ) / 2]1 cos 2 f l l θ θ θ β θ β θ = − = ⋅ − − θ (1.77)，这个公式可以帮助我们理解无损耗天线的方向图特性。图1-13展示了不同条件下行波天线的方向图，包括无耗时（a）和有耗时（b、c）的情况。 方向图的特点主要包括：(1) 方向图函数与方位角ϕ无关，意味着方向图对称于天线轴；(2) 波长λ与天线长度l的比值越大，主瓣越靠近天线轴，且主瓣宽度更窄，副瓣数量增加。这些特点直接影响天线的性能，如能量转换效率、定向辐射能力和极化特性。 在无线电工程中，天线的作用不可忽视。它们作为能量转换器，将电路中的高频电流或传输线上的导行波转化为电磁波进行发射，或者将接收到的电磁波转换回电路中的高频电流。定向辐射能力确保天线能将能量集中到指定方向，减少能量损失，并防止不必要的干扰。此外，适当的极化设计可以确保天线与信号源之间匹配，提高通信质量。例如，接收卫星电视信号时，高增益、定向性强的天线如抛物面天线是必要的选择。 在实际应用中，如Xilinx器件选型手册所示，理解和掌握这些天线设计的基本概念和计算方法，对于微波和射频系统的开发至关重要，能帮助工程师做出更加合理的选择，优化系统性能。