电磁场与电磁波（第2版）陈抗生-29.pptVIP

电磁场与电磁波 口径天线 口径天线特点： 所载电流或磁流是沿天线体表面分布的，且天线的口径远大于工作波长。 口径天线分析模型： 当相邻的两振子间距趋于零时，作为无限多磁振子的裂缝天线阵就演变为一方孔，就可看作口径天线。 用惠更斯原理解释口径天线： 当平面波从图左边照射到一吸收屏，因为屏对电磁波是吸收的，按照惠更斯原理，屏右边的场只能由方孔处场源激励。所以被平面波照射的开有方孔的吸收屏就是口径天线或面天线。 口径天线常用在无线电频谱的高频端，特别是微波波段。 抛物面天线就是实用的口径天线。 口径天线的分析模型 分析模型： 将口径天线看成是无限多磁振子组 成的天线阵，并当相邻振子间距趋 于零时的极限。 天线阵参数： 天线单元数为N 相邻单元天线间距为d 阵列天线总宽度 ，当N 很大时，近似等于Nd 单元天线激励电流I 沿z 轴没有变化 相邻单元天线激励电流的相位差 求天线阵总的辐射场 Et = Ee(?) F(?,?) Ee(?) —单元线天线辐射的场，等于电基本振子辐射场再乘修正因子Ue(?)。 F(?,?)—阵因子 口径天线的辐射场—关键是求阵因子F(?,?) 考虑辐射的远区场， 附近的一个很小的区域： sin?近似为1， Ee(?)可以认为与?无关， 场分布主要由阵因子F(?, φ )决定 相邻单元天线相位差 以N规一化的模 当?很小而N很大时 口径天线的辐射场—（x—y）平面辐射方向图 定义， 并引用辛格函数（sin c函数） 从sin c函数可以决定： （1）口径天线波束宽度 （半功率宽度） 与wxs关系 （2）第一个零点位置。 （3）第一个旁瓣比主瓣低13.2dB 口径天线的辐射场波束宽度 当 所以 假定N=80， ， 那么 x方向波束宽度 同理得到y方向波束宽度 口径天线的方向性 根据天线方向性的定义 这里?B表示天线的功率都在该立体角内辐射出去， 且在?B内均匀分布，对于方向性很好的笔形波束， ?B可近似为 所以 所以对于口径天线，天线有效面积Ae与实际面积 相差不大。 卡塞格伦天线 结构： 有两个反射面: 一个是主反射面，主反射面前处安放一个由金属栅丝组成的网，栅丝的方向相对于水平方向转过45?。 另一个是副反射面，由埋在玻璃纤维中的水平方向的金属栅丝组成。 馈源安放在主反射面中心，并对准副反射面。 特点： 馈源辐射场是水平极化的，从主反射面反射的波其极化面将转过90?，变为垂直极化波。 副反射面对于从主反射面反射回来的波是透明的。 极化面旋转90?的原因： 水平极化波到达主反射面前的栅网时，可分解成平行于栅丝方向的Eit与垂直于栅丝方向的Ein。Ern、Ert在主反射面的栅网处有180?相位差，其合成的反射波电场Er将垂直指向。 微带天线的结构及特点 结构： 由一块厚度远小于波长的介质板和覆盖在它的两面上的金属片构成的，其中完全覆盖介质板一片称为接地板，而尺寸可以和波长相比拟的另一片称为辐射元。辐射元的形状可以是方形、矩形、圆形和椭圆形等。 馈电方式：一种是侧面馈电，另一种是底馈。 主要特点： 体积小、重量轻、低剖面，因此容易做到与高速飞行器共形，且电性能多样化（如双频微带天线、圆极化天线等），尤其是容易和有源器件、微波电路集成为统一组件，因而适合大规模生产。 应用：在现代通信中，广泛地应用于100MHz到50GHz的频率范围。 微带天线的辐射原理 矩形微带天线的辐射原理： 微带天线的辐射可以等效为由两个缝隙所组成的二元阵列。 由于基片厚度h?，场沿h方向均匀分布。假定场沿宽度w方向也没有变化，而仅在长度方向（l??/2）有变化。 在两开路端的电场均可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，两垂直分量方向相反，水平分量方向相同，因而在垂直于接地板的方向，两水平分量电场所产生的远区场同相叠加，而两垂直分量所产生的场反相相消。 因此，两开路端的水平分量可以等效为无限大平面上同相激励的两个缝隙。缝的宽度为?l?h，长度为w，两缝间距为l??/2。 辐射场及方向函数 设缝隙上电压为U，缝的切向电场沿x 轴均匀分布，