天线概要 无线电波传播.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 当观察点很远时，可认为R与r近似平行，R可表示为 图6―2―1 平面口径坐标系 E面(yoz平面) 图6―2―1 平面口径坐标系 H面(xoz平面) 因此, 惠更斯元主平面内的方向函数为 当φ为任意值的平面时，惠更斯面元产生的辐射场 二维傅氏变换 远区辐射场与口径场分布是傅立叶变换与反变换的关系 远区辐射场是口径场的傅立叶变换 E面(yoz平面) H面(xoz平面) 面积利用系数：对于同相平面口径，最大辐射方向一定发生在θ＝0处，此时的辐射场为： 根据方向系数的计算公式： Pr是天线辐射功率，即为整个口径面向空间辐射的功率 如果定义面积利用系数 则式（6―2―7）可以改写为 上式是求同相平间口径方向系数的重要公式，当口径场为完全均匀分小时，ν＝1。可以看出面积利用系数反映了口径场分布的均勺程度，口径场分布越均匀， ν值越大。 同相平面口径的辐射 1.S为矩形同相口径时的辐射场 设矩形口径的尺寸为a×b,则： E面(yoz平面) H面(xoz平面) 下面讨论两种不同口径分布情形下的辐射特性。 (1) 口径场沿y轴线极化且均匀分布:（等幅同相） 此时有 Ey=E0 (6.2.12) 将式（6.2.11）代入式（6.2.10，6.2.11）积分得E平面和H平面方向函数分别为 EH面方向函数与方向图相同，方向图与方向函数取决于该方向上口径的尺寸大小，ab增加（尺寸增加）则主瓣变窄，副瓣变多。 E面(yoz平面) H面(xoz平面) 2) 口径场沿y轴线极化且振幅沿x轴余弦分布 此时有 将上式代入式（6.2.10，6.2.11）, 并积分得E面和H面方向函数分别为 y S r s q j d s ( x s , y s ) M ( r , q , j ) y b a x R r x z 口径场分布为TE10模式 坐标原点在口径中心 E面(yoz平面) H面(xoz平面) 因为，场只随着x变化，与y无关，因此E面方向性函数与均匀分布相同，H面方向性函数与均匀分布不同 图6―2―3绘出了a=2λ （ H面尺寸）,b=3λ（ E面尺寸）矩形口径的主平面方向图，由于口径在E平面尺寸较大，因此E面方向图比H面方向图主瓣窄，并且E面波瓣个数多于H面波瓣个数。又因为余弦分布（分布不均匀）只体现在x坐标上，所以对应的方向图只在H面上主瓣变宽（相对于均匀分布），而E面方向图维持不变。 图6―2―3 矩形口径的主平面方向图(a=2λ,b=3λ) (a)E平面极坐标方向图；(b)两主平面直角坐标方向图 （2）在口径场分布规律一定的情况下，口径面的电尺寸越大，主瓣越窄，方向系数越大；（3）当口径电尺寸一定时，口径场分布越均匀，其面积利用系数越大，方向系数越大，但是副瓣电平越高；降低副瓣可以使得分布逐渐到边缘处为零 图6―2―4绘出了a=3λ,b=2λ矩形口径的立体方向图，从图上仍然可以看出尺寸a和尺寸b如何分别影响了H面和E面方向图的方向性。 图6―2―4 矩形口径立体方向图 (a)均匀分布；(b)余弦分布 2. 圆形同相平面口径的辐射 在实际应用中，经常有圆形口径(Circular Aperture)的天线。对于圆形口径可以建立坐标系如图6―2―5所示，引入极坐标与直角坐标的关系： 图6―2―5 圆形平面口径坐标系 仍然讨论口径场为单一极化Ey(ρs,φs)，并且假定口径场分布是φ对称的，仅是ρ的函数。当口径场均匀分布时，Ey=E0，则两主平面的辐射场表达式为 在上式中引入贝塞尔函数公式 在式（6―2―20）和（6―2―21）中引入参量 并注意到积分公式 则圆形均匀口径的两主平面方向函数为 对于口径场分布沿半径方向呈锥削状分布的圆形口径，口径场分布一般可拟合为 以上两式中，指数P反映了口径场振幅分布沿半径方向衰减的快慢程度，P值越大，衰减越快；以上这两种拟合形式比较有利于方向函数的计算。 0B1,口径场分为均匀和非均匀两部分之和 6.2.3 同相平面口径方向图参数 如果统一引入 则平面口径的主平面辐射场可统一表示为 实际上，通常口径尺寸都远大于λ，因此分析方向图特性时可认为(1+cosθ)/2≈1。从图6―2―6可以分别直接读出|F(Ψ)|=0.707所对应的Ψ值，根据Ψ的具体表达式，可求出不同口径分布、不同主平面的主瓣宽度（见表6―2―1），还可以根据式（6―2―8