5.天线隔离度的分析与计算讲稿.pptx

提纲电磁兼容中的天线耦合问题 引言 天线的工作原理 远区场与近区场的概念以及判定 天线的输入阻抗以及辐射效率天线的远场方向图 方向性系数与功率增益 天线隔离度与空间隔离度 天线隔离度与空间隔离度的概念与物理意义 近区场与远区场的隔离度分析与计算公式电磁兼容中的天线耦合问题 引言 在任何一个具有综合功能的移动系统中，如飞机、火车、舰船等，为了保持该系统与其他系统或地面的联络，大多采用无线电通讯方式，有的在系统内部也采用无线电通讯技术。这些无线电通讯工具的发射机和接收机的天线，除了发射调谐频率的无线电信号之外，还发射无意的交调失真信号。这些有意的发射信号和无意的发射信号往往成为天线的干扰源。例如一辆小轿车内安装的无线电话收发系统，它的工作频率在1MHz~1GHz范围内，而车内发动机的点火装置产生的干扰信号频谱可达到200MHz，城市里的广播电视发射天线的调谐频率在十几MHz到数百MHz之间，因此轿车内的无线电话收发机的工作频率一般设在较低的频段，否则就会遭到广播电视信号或发动机点火噪声的干扰。 电磁兼容中的天线耦合问题 随着电子技术、通信技术的快速发展 ,越来越多的电子设备被集成在一个系统中 ,同时 ,一个电子系统可能需要几副甚至十几副工作在不同波段的天线来接收或发射电子信号 ,例如一架飞机或一艘军舰上会装载各种各样的完成不同功能的电子设备及其天线 .同一系统中不同天线的近场耦合很强 ,严重干扰了各收发电台的正常工作 ,因此怎样预估及避免这种干扰 ,对于通信设备的正常工作至关重要 .另外 ,当天线发射功率很大时 ,其周围的电子设备也会受到很强的干扰 ,而无法正常工作 ,因此天线近场的分析也是电磁兼容的一个重要问题。 电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理 远区场与近区场的概念以及判定 若已知源分布，求解电场与磁场分布时，一般首先根据源分布求解矢量位： 再由求出电场与磁场分布： 因此，讨论电磁场的空间分布，只需讨论矢量位的分布即可。如下图所示：PsourceRrr`电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理若 为天线最大尺寸，通常，认为远场条件为： 近区感应场条件：近区束缚场条件： 电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理 分析可知，近区束缚场的主要成分是似静场，在似静场中，复数坡印廷矢量是一个纯虚数，天线的有功功率密度为零，因此，似静场的电磁能量是不会辐射出去的。同样的，近区感应场的能量也不能被辐射出去，我们将近区感应场与近区束缚场统称为近区场。 在远区场中，复数坡印廷矢量是一个实数，主要部分所携带的电磁能量是向外传播的，因此，远区场的主要部分被称为辐射场。电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理天线的输入阻抗以及辐射效率 从天线的输入端看到的阻抗被称为天线的输入阻抗，它可以表示为： 其中， 为天线结构及附件的热损耗以及辐射损耗所带来的电阻，被称为损耗电阻或输入电阻， 为存储在天线近区场中的无功功率所带来的电抗，被称为输入电抗。 从能量角度考虑，天线的平均损耗功率为： 或者： 电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理 其中， 为热损耗功率， 为辐射损耗功率， 为损耗电阻， 为辐射电阻。 天线的输入阻抗与几何形状、馈电方法和周围物体的临近程度等多种因素有关。 天线的辐射效率是天线的辐射功率与净输入功率的比值： 由式(1.15)进一步可得： 电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理天线的远场方向图 在距离 等于常数的球面上，场强或功率密度随方向坐标 的变化曲线称为场强方向图或功率方向图。记场强随方向坐标变化的归一化方向性函数为 ，功率随方向坐标变化的函数为 ，它们二者之间的关系： 以分贝为单位的场强方向图： 以分贝为单位的功率方向图： 电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理方向性系数与功率增益 天线在空间各个方向上的辐射不可能是均匀的。辐射强度随空间方向的变化是由天线的方向性增益 来表示的。所谓方向性增益，即是给定方向的辐射强度与参考天线的辐射强度之比。它的物理意义即是“在距离等于常数的球面上，给定方向的功率密度与平均功率密度之比”。电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理 方向性系数即是最大辐射方向的方向性增益值。功率增益 描述的是在远区场功率密度增益随方向坐标的变化规律，具体定义如下：给定方向上的辐射强度与天线从所连发射机得到净功率之比的 倍。若未指明方向，则增益通常指最大辐射方向的功率增益。 电磁兼容中的天线耦合问题天线的工作原理 功率增益与方向性增益的关系如下： 如果以分贝为单位，则有： 在后面的天线隔离度计算与分析中，最常用的是天线远场功