天线基础知识.pptx

本章内容电基本振子（ElectricShortDipole）是指一段理想的高频电流直导线，其长度l远小于波长λ以及观察距离，其半径a远小于l，同时振子沿线的电流I处处等幅同相。电基本振子的球坐标利用矢量磁位A计算其辐射场。那么该线电流I产生的矢量磁位A为再利用关系式求得在球坐标系原点O沿z轴放置的电基本振子在无限大自由空间中场强的表达式距离远小于波长(r<<)的区域称为近区；(r>>)的区域称为远区。位于近区中的电磁场称为近区场，位于远区中的电磁场称为远区场。1.近区场kr<<1即（r<<λ/(2π)）的区域称为近区，此区域内电基本振子的近区场电场和磁场之间存在π/2的相位差，坡印廷矢量的平均值，能流密度的实部为零，只存在虚部，可见近区场中没有能量的单向流动。能量在电场和磁场以及场与源之间交换而没有辐射，近区场的能量完全被束缚在源的周围，所以近区场也称为感应场、束缚场，可以用它来计算天线的输入电抗。2.远区场kr>>1即（r>>λ/(2π)）的区域称为远区，在此区域内由上式可见，远区场场强只有两个相位相同的分量（Eθ,Hφ）。电基本振子远区场（1）远区场为向r方向传播的电磁波。电场及磁场均与传播方向r垂直，远区场为TEM波，电场与磁场的关系为。Eθ和Hφ的比值为常数，称为媒质的波阻抗η。对于自由空间（2）电场与磁场同相，复能流密度仅具有实部。又因单位矢量与矢积为，可见能流密度矢量的方向为传播方向r。这就表明，远区中只有不断向外辐射的能量，所以远区场又称为辐射场。除了上述线极化特性外，其余四种特性是一切尺寸有限的天线远区场的共性，即一切有限尺寸的天线，其远区场为TEM波，它是一种辐射场，其场强振幅不仅与距离r成反比，同时也与方向有关。辐射电阻Rr1.1.2磁基本振子的辐射磁基本振子（MagneticShortDipole）又称磁流元、磁偶极子。来源：小环天线或者已建立起来的电场波源。*对偶原理如果将上述电场及磁场分为两部分：一部分是由电荷及电流产生的电场及磁场；另一部分是由磁荷及磁流产生的电场及磁场，即比较上述两组方程后，可以获得以下对应关系：设想一段长为l（l<<λ）的磁流元Iml置于球坐标系原点，根据电磁对偶性原理，进行如下变换：磁基本振子远区辐射场的表达式为所谓方向性，就是在相同距离的条件下天线辐射场的相对值与空间方向（子午角θ、方位角φ）的关系。场强f(θ,φ)可定义为为了便于比较不同天线的方向性，常采用归一化方向函数，用F(θ,φ)表示，即将方向函数用曲线描绘出来，称之为方向图。方向图就是与天线等距离处，天线辐射场大小在空间中的相对分布随方向变化的图形。依据归一化方向函数而绘出的为归一化方向图。变化θ及φ得出的方向图是立体方向图。基本振子立体方向图工程上常常采用两个特定正交平面方向图。在自由空间中，两个最重要的平面方向图是E面和H面方向图。E面即电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面；H面即磁场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面。功率方向图（PowerPattern）Φ(θ,φ)：辐射的功率密度（坡印廷矢量模值）与方向之间的关系。它与场强方向图之间的关系为Φ(θ,φ)=F2(θ,φ)电基本振子E平面功率方向图也标示在E面方向图上。天线方向图的一般形状在同一距离及相同辐射功率的条件下,某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax（或场强|Emax|2的平方）和无方向性天线(点源)的辐射功率密度S0（或场强|E0|2的平方）之比，记为D。用公式表示如下：①由定义计算方向系数无方向性天线在r处产生的辐射功率密度为②以方向函数表示方向系数天线的辐射功率可由坡印廷矢量积分法来计算，此时可在天线的远区以r为半径做出包围天线的积分球面：有且③由波瓣宽度近似表示方向系数当副瓣电平较低时（-20dB以下），可根据两个主平面的波瓣宽度来近似估算方向系数，即其它方向上的方向系数D(θ,φ)与天线的最大方向系数Ｄmax的关系为天线效率定义为天线辐射功率Pr与输入功率Pin之比，记为ηA，即增益系数的定义是：在同一距离及相同输入功率的条件下,某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax(或场强|Emax|2的平方）和理想无方向性天线(理想点源)的辐射功率密度S0（或场强|E0|2的平方）之比，记为G。考虑到效率的定义，在有耗情况下，功率密度为无耗时的ηA倍，上式可改写为在实际中，天线的最大增益系数是比方向系数更为重要的电参量。由此天线的极化是指该天线在给定方向上远区辐射电场的空间取向。一般而言，特指为该天线在最大辐射方向上的电场的空间取向。实际上，天线的极化随着偏离最大辐射方向而改变，天线不同辐射方向可以有不同的极化。辐射场的极化在空间某一固定位置上电场矢量端点随时间运动的轨迹，按其轨迹的形状可分为线极化、圆极化和椭圆极化。某一时刻x方