电偶极子天线.ppt

作为信息的载体广泛 应用于通信、电视等 本章主要内容： ◆ 电磁波的辐射及其计算公式 ◆ 基本电磁波辐射单元的特性 ◆ 天线一般概念及其主要参数 ◆ 广义Maxwell方程组及应用 ◆ 雷达基本概念及其工作原理 对于空间区域V 上的谐变电流分布，其势函数 2 电磁场的三个区域及其特点 三个尺度概念： 源区的尺度： 电磁波的波长： 场点至原点的距离 ① 源区附近 在源区附近，磁矢势蜕变为静态电磁场的磁矢 势。因此源激发的电磁场可以采取静态电磁场 方法进行计算。这也意味着在源区附近，源直 接产生的静态电磁场远大于电磁场相互激发所 产生的电磁场。场量与r 2 成反比。 ② 感应区或谐振区 场点与源区的距离约为波 长的数量级对应的区域。在这个范围中 源直接产生的场与变化电磁场相互激发所产生 的电磁场同时并存，量级上相当。既有变化的 电磁场相互激发形成的电磁波，将源的能量以 电磁波形式辐射出去。同时也存在不向外辐射 的静态场，将源提供能量的一部分存储在空间 中，这一区域称为感应区。 ③ 远场区 场点远离源区，源直接激发的静态场远小于电磁 场相互激发而形成的电磁场。电磁场以波动形式 存在并将源的能量辐射出去，场量与r 成反比。 称为远场区，或者称为辐射区域。 3 远区磁矢势的多极矩展开 振幅项 相位项 对远场区（r 很大）振幅的微小变化对最后结果 影响很小，而相位项的微小变化对结果影响大。 所以在磁矢势中，对于振幅因子取零级的近似， 对相位因子则要保留一级近似 上述讨论的结果说明： 时变电流源在源区外激励的电磁场为源区中不同的 电多极矩和磁多极矩激发电磁场的叠加。 同级电多极矩激发电磁场的能力高于磁多极矩。电 四极矩与磁偶极矩激发电磁场的能力同量级。 由磁矢势求得体电流激发的电磁场，包含了源直接 激发的静态电磁场和场相互激发的非静态电磁场两 部分组成。 6.2 电偶极子天线 1 电偶极子天线结构 作为一种近似的处理，导线元上的电流只有z 分 量，其分布函数为： 2 电偶极子在自由空间激励的电磁场 设天线位于自由空间的坐标原点，其磁矢势为： ① 近场电磁场区 从近区电磁场的表达式看到，电场与磁场始终保 持 的相位差，其Poynting矢量的平均值恒 为零，没有平均能量向外部输运。但在某个瞬时 时刻，电磁场与偶极子之间存在能量交换。 ② 远区电磁场及其特点 当场点位于远场区， 电磁场的结果为： 远区的电磁场的特点 ① 电磁场的瞬时表达式为： ② 电磁波在空间传播方向上既 没有电场分量、也没有磁场 分量，电场、磁场和传播方 向相互垂直，为横电磁波。 电场或磁场矢量末端的轨迹 为直线，是线极化（偏振） 球面电磁波。电场与磁场振 幅之比为空间介质确定的常 数，称为波阻抗。 ③ 电偶极子远区辐射场具有方向性。在同一半径 的球面上，不同方向辐射场的强度随方位的不 同而变化，所以电偶极子远区场是非均匀的球 面波。场强度随方向变化的曲线（归一化）称 为场的方向性图。 ④ 周期内平均能流密度矢量为： 在单位时间内通过任意半径为 r 的球面向外传 输的电磁能为： P 是一个与球面半径无关的常数，即在单位 时间通过任意半径球面向外传输的能量（功 率）是相同的。根据能量守恒定律，这部分 能量的确是天线以电磁波的形式所辐射。 4.天线的辐射电阻 用两端网络等效天线，其辐射电磁波的能 力可应用二端网络的等效电阻 表征， 称为天线的辐射电阻，是衡量天线辐射电 磁波能力的重要参量。 在实际中，输入阻抗并不完全等于辐射电阻，这 是因为输入到天线上的能量并不完全被辐射，还 包括天线导体的热损耗、天线近场储存的能量， 使得输入阻抗并非是纯电阻。只有理想天线： 6.3 磁偶极子天线 1 小电流环天线结构 如果电流环半径很小，考虑到 是随位置变化的，将其在球坐 标系中表示，即 近场区电磁场 远场区的辐射场 利用辐射电阻的定义，得到小电流圆环（磁偶极 子）的辐射电阻是 计算结果表明，同样频率、同样长度的导线制作成小电流环天线