天線原理(哈爾濱工業大學提供的慕課)

天線原理是哈爾濱工業大學於2016年09月27日首次在中國大學MOOC開設慕課課程、國家精品線上開放課程。該課程授課教師為林澍。據2021年3月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課8次。

該課程共9章，主要包括緒論、基本振子的輻射和天線電參數、基本振子的輻射和天線電參數、天線陣、常用線天線、面天線輻射基礎、常用面天線等。

基本介紹

• 中文名：天線原理
• 提供院校：哈爾濱工業大學
• 類別：慕課、國家精品線上開放課程
• 授課平台：中國大學MOOC
• 授課教師：林澍
• 課程時間：2016年09月27日（首次）

課程性質

• 課程定位

天線原理程是電子信息類本科專業的必修課程，學生通過學習該課程掌握常用天線的基本概念、基本工作原理和基本分析及測量方法，為以後的學習和工作打下基礎。

開課信息

開課次數	開課時間	學時安排	參與人數
第1次開課	2016年09月27日~2017年01月13日	3小時每周	5247
第2次開課	2017年03月20日~2017年06月15日		3450
第3次開課	2017年09月18日~2017年12月31日	3~5小時每周	3963
第4次開課	2018年03月26日~2019年03月26日	1~2小時每周	5285
第5次開課	2019年04月15日~2019年06月24日		3143
第6次開課	2019年11月18日~2020年01月22日		4834
第7次開課	2020年03月16日~2020年05月30日		4878
第8次開課	2021年04月06日~2021年06月11日	2~3小時每周	待定
表該課程第1~8次開課的授課教師均為林澍

課程簡介

天線原理課程共9章，主要內容包括：天線的基本概念和基本理論；常用線天線及其陣列的基本工作原理；面天線基礎，包括面元的輻射特性、喇叭天線、旋轉拋物面天線以及卡塞格倫天線等常用面天線的結構、工作原理和基本分析方法；天線主要電參數的測量原理和方法等。

課程大綱

第1~3次課程大綱

緒論

教學內容：主要介紹天線的定義、分類和分析方法。介紹常見的天線形式和套用。

教學要求：掌握天線的定義、分類。了解天線的分析方法及常見的天線形式和套用範圍。

第1章 基本振子輻射與發射天線及接收天線電參數

教學內容：主要介紹兩種基本形式的天線單元——電基本振子和磁基本振子的輻射，並通過這兩種天線單元引入發射天線電參數、互易定理、接收天線電參數等內容，介紹天線的技術指標。

教學要求：掌握電基本振子和磁基本振子的輻射場及電參數，了解天線的技術指標。

第2章 對稱振子

教學內容：主要介紹一類常見的線天線——對稱振子天線的分析方法，包括電流分布、輻射場、方向圖、方向性係數、輸入阻抗等。並著重介紹對稱振子天線的饋電方法。

教學要求：掌握對稱振子的電參數的計算方法，會選擇合適的方法給對稱振子饋電。

第3章 天線陣的方向特性

教學內容：主要介紹以無方向性天線和對稱振子天線為單元組成的陣列，包括二元天線陣的方向特性、均勻直線天線陣、地面對天線性能的影響等內容，並舉例介紹陣列天線的特點和套用領域。

教學要求：掌握二元天線陣和均勻直線天線陣的方向特性，理解地面對天線的影響與二元天線陣的關係。

第4章 常用線天線

教學內容：主要介紹工程中常用的若干種線天線，包括水平對稱振子、直立振子、引向天線、對數周期天線、螺旋天線等，重點介紹它們的結構及輻射特性。

教學要求：了解常用線天線的結構和工作原理。

第5章 面天線輻射基礎

教學內容：主要講解等效原理和面元輻射場的表達式及輻射特性，介紹矩形口徑均勻場、餘弦場以及圓形口徑場的輻射特性，並舉例說明口徑場相差對輻射場的影響。

教學要求：理解等效原理，掌握面元的輻射特性，了解常見口面場的輻射特性及口徑場相差對輻射場的影響。

第6章 常用面天線

教學內容：主要介紹工程上常用的若干種面天線，包括喇叭天線、旋轉拋物面天線、卡塞格倫天線，簡要分析它們的工作原理，並說明其套用領域。

教學要求：了解常用面天線的結構特點及工作原理。

第7章 天線測量

教學內容：主要講解天線測試條件，天線常用電參數如方向圖、增益、輸入阻抗與駐波比的測量方法，介紹現代天線測試設備及其使用方法。

教學要求：理解天線的測試條件，掌握天線的方向圖和增益的測試方法，知道常用的現代化測試設備。

第4次課程大綱

緒論	3.6實際地面對天線的影響
緒論單元測驗	第4章 常用線天線
緒論	4.1水平對稱振子
第1章 基本振子的輻射和天線電參數	4.2直立振子
1.1電基本振子	4.3引向天線
1.2對偶原理	4.4半波折合振子
1.3磁基本振子與電小環	4.5對數周期天線
1.4方向圖	4.6螺旋天線
1.5方向性係數	第四章常用線天線單元檢測
1.6有效長度	第5章 面天線輻射基礎
1.7效率與增益	5.1面天線實例等效原理
1.8輸入阻抗、極化、頻頻寬度	5.2面元輻射
1.9互易定理	5.3矩形口徑均勻場的輻射
1.10天線收發的互易性	5.4矩形口徑餘弦場和圓形口徑均勻場的輻射
1.11有效面積和等效噪聲溫度	5.5口徑場相差對輻射的影響
第一章基本振子的輻射和天線電參數單元測驗	第五章面天線輻射基礎單元測驗
第2章 對稱振子	第6章 常用面天線
2.1對稱振子的特點和電流分布	6.1喇叭天線
2.2對稱振子的輻射場	6.2旋轉拋物面天線
2.3對稱振子的方向圖	6.3卡塞格倫天線
2.4對稱振子的方向性係數	第六章常用面天線單元測驗
2.5對稱振子的輸入阻抗	第7章 天線測量
2.6對稱振子的末端效應	7.1天線測量的任務和場區劃分
2.7對稱振子的饋電方法	7.2最小測試距離
第二章對稱振子單元測驗	7.3天線測試場地及測試方法
第3章 天線陣	7.4方向圖測量
第三章天線陣單元檢測	7.5增益測量
3.1天線陣的概念、分類和特點	7.6用矢量網路分析儀測試天線阻抗
3.2方向圖乘法定理和典型的二元陣	第七章天線測量單元測驗
3.3均勻直線陣	第8章 天線實驗
3.4不出現柵瓣的條件	8.1用旋轉天線法測試天線方向圖
3.5理想地面對天線的影響	（註：課程大綱排版從左到右列）

第5~8次課程大綱

01緒論	05常用線天線
理解天線的概念與作用理解對天線的要求了解天線的分類了解天線課程的研究內容	理解6種常用線天線的結構、工作原理和特點
課時	課時
緒論	4.1 水平對稱振子
02基本振子的輻射和天線電參數	4.2 直立振子
掌握基本振子的分析方法及特性理解天線的10個電參數了解收發天線的參數之間的關係	4.3 引向天線
課時	4.4 半波折合振子
1.1 電基本振子	4.5 對數周期天線
1.2 對偶原理	4.6 螺旋天線
1.3 磁基本振子與電小環	06面天線輻射基礎
1.4 方向圖	了解面天線的特點和等效原理理解面元的輻射特點理解矩形口徑均勻場的輻射特點了解矩形口徑餘弦場和圓形口徑均勻場的輻射特點了解口徑場相差對輻射的影響
1.5 方向性係數	課時
1.6 有效長度	5.1 面天線實例等效原理
1.7 效率與增益	5.2 面元輻射
1.8 輸入阻抗、極化、頻頻寬度	5.3 矩形口徑均勻場的輻射
1.9 互易定理	5.4 矩形口徑餘弦場和圓形口徑均勻場的輻射
1.10 天線收發的互易性	5.5 口徑場相差對輻射的影響
1.11 有效面積和等效噪聲溫度	07常用面天線
03對稱振子	理解三種常用面天線的工作原理
掌握對稱振子的分析方法理解對稱振子的電參數理解對稱振子的饋電方法	課時
課時	6.1 喇叭天線
2.1 對稱振子的特點和電流分布	6.2 旋轉拋物面天線
2.2 對稱振子的輻射場	6.3 卡塞格倫天線
2.3 對稱振子的方向圖	08天線測量
2.4 對稱振子的方向性係數	了解天線測量的任務和場區劃分方法理解最小測試距離的概念，掌握計算最小測試距離的方法了解天線測試場地及測試方法了解天線方向圖、增益以及阻抗的測量方法
2.5 對稱振子的輸入阻抗	課時
2.6 對稱振子的末端效應	7.1 天線測量的任務和場區劃分
2.7 對稱振子的饋電方法	7.2 最小測試距離
04天線陣	7.3 天線測試場地及測試方法
理解天線陣的概念、分類和特點掌握典型天線陣的分析方法理解理想地面對天線的影響了解實際地面對天線的影響	7.4 方向圖測量
課時	7.5 增益測量
3.1 天線陣的概念、分類和特點	7.6 用矢量網路分析儀測試天線阻抗
3.2 方向圖乘法定理和典型的二元陣	09天線實驗
3.3 均勻直線陣	理解旋轉天線法的原理和典型操作方法
3.4 不出現柵瓣的條件	課時
3.5 理想地面對天線的影響	8.1 用旋轉天線法測試天線方向圖
3.6 實際地面對天線的影響	（註：課程大綱排版從左到右列）

課程預備

預備知識

學習天線原理課程，學習者需要具備大學物理、電磁場與電磁波、微波技術方面的知識。

學習資料

書名	作者	出版時間	出版社
《天線技術（第3版）》	馬漢炎	2008年	哈爾濱工業大學出版社
《天線理論與技術》	鐘順時	2011年	電子工業出版社
《Analysis and Design（Third Edition）》	Constantine A. Balanis. Antenna Theory	2005年	John Wiley & Sons
表格內容參考資料

授課目標

課程目標1：了解和掌握天線知識——基本振子的輻射原理和輻射場的特點；天線電參數的基本概念和收發天線的電參數的關係；天線的分類方法；天線領域的研究前沿方向；對稱振子的輻射原理和輻射場的特點；二元陣和均勻線陣的特點及其陣因子的計算方法；地面的鏡像天線和地面影響因子的計算方法；水平對稱振子、直立振子、引向天線、對數周期天線和螺旋天線的結構特點、工作原理、電氣特性、主要電參數計算方法；面元的遠區輻射場、方向特性；矩形口徑均勻場、餘弦場、圓形口徑場的遠區輻射場的方向特性；口徑場相差對輻射場的影響；喇叭天線、旋轉拋物面天線、卡塞格倫天線的工作原理、分析方法、主要電參數計算方法；天線對測量場地的要求，天線的最小測試距離；天線的方向圖、增益、輸入阻抗和阻抗等測量系統組成和測試方法。

課程目標2：具備分析使用天線的能力——分析常用對稱振子天線的阻抗和設計饋電系統的能力；在工程實踐中分析地面對天線影響的能力；分析工程天線口徑場確定的輻射場的能力；工程實踐中選擇儀器及環境進行測試天線參數的能力；在工程實踐中選擇使用所學天線的能力。

課程目標3：具備天線使用及設計素質——能夠使用常用儀器對天線進行測試，能夠設計典型天線，能對典型的天線使用過程中的出現問題進行分析並加以解決。

所獲榮譽

2017年12月26日，該課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國家精品線上開放課程”。

教師簡介

林澍，男，1979年出生，哈爾濱工業大學電子與信息工程學院微波工程系副主任，副研究員，碩士生導師，哈工大微波與天線技術研究所總工程師，中國宇航學會會員。