天线原理 第二章 天线理论基础.ppt

2、基本磁振子辐射场 长度为 （ ）的磁流源 置于球坐标系的原点，可根据基本电振子的辐射电磁场，由对偶原理得到基本磁       基本磁振子示意图 振子的远区辐射场为： 与基本电振子的辐射场相比，只是电场和磁场的方向发生变化，其它特性完全相同。 基本磁振子的实际模型是小电流环，假设小电流环半径为a，环面积 ，环上电流为 。二者的等价关系为： 由此可得小电流环的辐射场表达式为： 辐射总功率： 辐射电阻： 如果电流环的匝数为N，其辐射阻抗可以表示为： 由以上可以看出，同样长度的导线绕制成电流环，在电流幅度相同的情况下，远区的辐射能力比基本电振子的小几个数量级。可以通过增加匝数的方法提高辐射能力。 § 2.5　对称振子的辐射场 1、短对称振子 长度在范围 之间的对称振子称为短对称振子，短对称振子的电流分布可按三角形变化近似，表示为： 2、长对称振子 如右图所示的对称振子是由一段开路长线张开形成的，对称振子的电流近似按正弦分布。 (边界条件:末端电流为零) 将有限长度的对称振子看成是无穷多首尾相连的电流元。则每一电流元的场为： 其中 于是对幅度因子 对相位因子 当振子长度为半个波长(即 时),半波振子的辐射场为: 半波振子的方向图 方向函数 应用：（全向） 全向天线 缩短套筒振子 常规套筒振子 应用：（定向） * 西安电子科技大学 第二章 天线理论基础 By Zhiya Zhang 天线与微波技术 国防科技重点实验室 西安电子科技大学 第二章 天线理论基础 电磁场基本方程、边界条件 一 二 关于辐射问题的麦克斯韦的解 三 理想偶极子（电流元） 四 理想磁偶极子（磁流元） 五 对称振子的辐射场 § 2.1　电磁场基本方程 研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。空间任一点的电磁场满足Maxwell方程和边界条件。因此求解天线问题实质上是求解电磁场方程并满足边界条件，其理论基础是电磁场理论。 Maxwell方程是电磁场理论的核心,它描述了空间场与场之间，以及场与源之间相互关系的普遍规律。 电磁场基本方程包括Maxwell方程，边界条件,电流连续性方程和媒质特性方程以及由其推导出来的电磁场波动方程。 Maxwell方程、电荷连续性方程、媒质特性方程 本节给出辐射问题的电磁场原理和Maxwell方程的简要回顾。关于这部分论题，任何电磁场教科书都可以参考。 Maxwell方程的数学表达形式有两种:微分形式和积分形式。 微分形式 电流和位移电流都能产生磁场 法拉第电磁感应定律 无散场，电流是唯一场源 库仑定律 电流连续性方程(2-2) 积分形式： 麦氏方程表明：不仅电荷能产生电场，电流能产生磁场，而且变化的电场也能产生磁场，变化的磁场又能产生电场。 为电场强度矢量 为磁场强度矢量 为电感应强度矢量 为磁感应强度矢量 为体电流密度矢量 为体电荷密度 电荷量 如果 在辐射频率ω上随时间按正弦变化，则场也按时间正旋变化，称为正旋电磁场。 正旋电磁场的瞬时相量场可作如下表示： 于是，这些相量仅是空间坐标的复量函数，即不显示出对时间的依赖。从而基本的电磁方程的解会可观地简化。 将时间因子 ,则 ,得到Maxwell方程的复数形式 （各量仅是空间坐标的复函数）(2-5) 为复矢量 (2-6) 上式为电流连续性方程总电流密度 外加电流（源流） 传导电流 Maxwell方程的复数形式： 除了电导率 之外，材料特性还可由介电常数ε 和磁导率μ 来表征 (2-8) (2-9) 将式(2-7)和(2-8)代入(2-5)中第二式，可得 其中 对于天线问题，通常解出天线周围空气中的场 其中M为假想的磁流密度 将时间因子 ，则 则得到Maxwell方程的复数形式如右式所示： 2. 边界条件 过两种媒质