内容主要来源于Antenna Theory Analysis and Design (2016, Wiley)
第9章 宽带天线
- 带宽定义
满足特定天线性能指标时对应的工作频率范围
2. 带宽的描述：绝对带宽、相对带宽、倍频带宽
绝对带宽：
相对带宽：
倍频带宽：
天线分类：驻波和行波天线
驻波天线
驻波天线即谐振天线，其电流分布有驻波特性，即有明显的波节点和波腹。对电长度(
)敏感，只有特定的电流分布符合模式激励时，才能工作。超出该频率范围，电流分布就发生了变化，此时其输入阻抗和辐射特性都发生变化。
驻波天线的带宽取决于电流或电场分布，与电尺寸时关联的，因此通常是窄带天线
解决办法：
- 带宽与表面电流的面积有关，可以让偶极子变粗（胖偶极子，pp.501-502）
- 带宽与近场分布有关，让近场分布更平缓 （pp487-495）
- 电长度与 相关， 。设计一种材料的 ，使得beta不随频率变化
- 偶极子的第一个谐振模式即为半波谐振。可否使得第一个谐振频率和第三个谐振频率靠近，使二者拼成一个宽带天线。
1.胖偶极子的输入阻抗变得更加平缓，最大辐射方向几乎不变，阻抗匹配带宽有所增加。
2.双锥天线：
（1）无限长的双锥，由于电流无限延伸，因此不再是驻波天线，辐射电阻与频率无关（9-14）
（2）有限长的双锥，无解析公式。一个定性的解释是，不同频率的电流总能在双锥表面上找到一个合适的长度，从而实现了不同频率的电长度
不一致，即等效长度补偿。
3.盘锥天线（pp.512-513）
在双锥的基础上，使用镜像原理得到盘锥天线。即一个倒锥形加地平面。广泛应用于如WiFi热点等。通常带宽可达1-2倍频。
4. 多模天线/多谐振天线
普通的微带贴片天线的带宽通常是5-10%。通常情况下
与
是线性关系，不同的模式分布较为分散，在低频段是倍频关系。但如果将表面替换为容性表面，就可以减缓
随
变化的速率，使得不同的模式在频谱上靠得很近，利用多个谐振模式“拼接”成一个宽带天线。
如果对于方向图无要求，多模天线很容易获得很宽的阻抗带宽，即宽带辐射，但是在不同谐振处的方向图有显著差异。
行波天线(pp.533-549)
与驻波不同的是，行波天线希望没有反射波。电磁波在波导结构传播时，一边传播一边辐射，其电流或电场可以表征为单个或者多个具有相同传播方向的行波的叠加，又称为非谐振天线。
分类：慢波和快波
慢波：相速度
。坡印廷矢量平行于表面，能量沿表面传播，在垂直表面方向，场强随距离指数下降。例如微带线中的传播模式。辐射机理：不连续性
快波：相速度
。漏波（leaky wave）一边传播一边辐射。不需要任何不连续性。场强随着导波结构渐衰。例如端接匹配负载的波导缝隙天线。辐射机理是泄露。
Long wire antenna
关键在于：终端合适的吸收负载，创造无反射条件
当端接负载
时，输入阻抗
,其中
是传输线的特性阻抗。
当端接负载
时，输入阻抗
，这里的
是线的电长度，通常描述为多少个波长。
Comment：
- 常用于接收，因为吸收负载吸收了大部分能量（用于发射时）
- 常用于接收“垂直极化”波（这里特指垂直于地面）
V型天线(pp. 543-548)
工作原理：long-wire travelling anttenna array
方向性：与张角
相关
关键：1.线足够长，增加辐射。2.端接吸收负载：创造无反射条件。
Vivaldi Antenna（496-500）
组成：传输线模式转换器+渐变缝隙
渐变缝隙通常是指数或对数曲线。缝隙电场在传播过程中一边辐射一边传播，因此需要较大的长度来使低频分量辐射。高频分量在起始阶段就就几乎充分辐射。
极化方式：线性极化。带宽可达3-100倍频
行驻波天线（pp.549-553）
有些天线，相互靠近，发生强烈耦合。局部是驻波，而整体是行波。
轴向模螺旋天线（pp.549-553）
特点：半径较小时，可以等效为一根粗线，变成胖偶极子。半径较大时，可以认为是很多环形天线的阵列。极化为圆形极化。螺距大约λ/4。
第12章 口径天线
包括：缝隙、开口波导、喇叭、反射面、透镜等。
口径天线尺寸大，可以是波长的十几到几十倍。
通过天线上的导体面计算感应电流产生的散射场，称为面电流法，对于反射面天线有效，但对喇叭、波导天线很难处理，采用口径场法。
用口面上的场分布来确定天线辐射场利用的是惠更斯原理。
惠更斯原理：初级波阵面上的每一个点视为球面波的点源，所有点源的球面波叠加后形成了次级波阵面。在P处的场是包围天线的封闭曲面上在P点处的场。
通常求辐射场是根据电流或磁流分布来求解得到的，而不是根据场来求解场。因此需要将口径面上的电磁场等效为电、磁流。这需要用到场等效原理:
将封闭曲面
的次级源分布替代实际源分布，封闭面内场为0，面外场不变。这种不连续性只有存在响应面电流
和面磁流
才可能发生。口径面上的电流、磁流分别为：
知道口径面上的等效电流和磁流后就可以借助矢量位求解辐射场。下面以矩形波导口径天线为例进行说明。
矩形口径
假如在无限大地平面上有一个矩形孔，假定：
（1）
为原点到观测点的矢量
（2）
为源点到观测点的矢量
（3）
为坐标原点到源点的矢量
那么口径上任意一点相对坐标原点的额外路径，即波程差为：
为了降低数学上的复杂性，假定开口处的电场是常数，假设场强为
，沿y方向传播，即电场为：
那么其等效的电流与磁流为：
然后对其进行空间的积分（书中12-10a至12-8）得到远场辐射。
例如电场积分形如：
其积分形式很类似傅里叶变换时的积分形式，因此积分得到的辐射方向图类似对空间分布进行傅里叶变换得到的图形。对于一个均匀矩形口径，其在E和H面的方向图函数为：
其中
,
例如图12.8显示了对一个在x和y轴方向的边长为3λ、2λ的矩形口径场，积分后得到的3D远场辐射图。因为假定电场沿y方向传播，因此E平面为y-z平面，相应的H平面为x-z平面。沿着y-z平面的场分布类似sinc函数，正如一个矩形脉冲的傅里叶变换类似。
另外还可以看到，当孔径尺寸大于一个波长时，出现多个波瓣。波瓣数量仅与口径尺寸有关。例如，在H平面出现的波瓣仅与x方向的尺寸a有关，而E平面出现的波瓣数仅与y方向的尺寸b有关。
矩形口径的辐射特性
均匀分布的矩形口径
最大辐射方向：
主瓣宽度：不计入
项时，令
，可以求出半功率对应的角度
，乘2得到波瓣宽度：
D表示沿着x或者y的尺寸。因此尺寸越大的方向波瓣越窄。
第一副瓣电平(估计)：大约在
，出现第一个副瓣电平。此时归一化的电场值约为：
与均匀直线阵列的结果很类似，可以认为是很多天线直线阵列的叠加。
方向性和效率：
辐射功率：
最大功率密度：
方向性：
是物理面积，
是最大等效面积
由此可见，对于口径天线而言，其方向性与面积有关，面积越大，方向性越强。对于均匀矩形口径，其等效面积与物理面积相同。当口径场分布不均匀时，就需要引入等效面积概念。假定
，我们称
为口径效率。
余弦分布的矩形口径
对于矩形波导的口经场，通常为余弦分布。
其口径效率
约为0.81。
其带宽也有所展宽
