第4章偶极子天线汇编.pptx

第4章偶极子天线张金宝jbzhang@bjtu.edu.cn2016-12-611、电偶极子2、磁偶极子3、偶极子天线概述4、偶极子天线的电流分布5、偶极子天线的辐射场分布6、偶极子天线的辐射功率和辐射阻抗7、偶极子天线的输入阻抗8、偶极子天线的通频带和谐振长度9、偶极子天线的平衡/不平衡转换2016-12-62内容提要电偶极子的电磁场电偶极子又称为赫芝偶极子或电流元电偶极子为一段很短（长度lλ）的导线，电流振幅为I在电偶极子上，由于长度lλ，所以电流振幅保持恒定2016-12-631、电偶极子2016-12-64建立如图所示球坐标系。根据Maxwell方程组的求解，可以利用电偶极子的矢量位A计算其周围的电磁场分布。假设电偶极子的截面积为S，所以利用电流元矢量位A的计算公式可以得到，2016-12-65电偶极子的电磁场分别为，特点是，E垂直于H，H仅仅在φ方向有分量，E在φ方向的分量为零。6辐射源周围的场可分为近场和远场；近场主要是感应场，是非辐射场。近场场量表达式中正比于1/r的项可以忽略不计；远场主要是辐射场，场量表达式中正比于1/r3和1/r2的项可以忽略不计，场量与距离1/r成正比；电偶极子的近场和远场：电偶极子近场和远场的边界为λ/2π。2016-12-67远场天线感应近场辐射近场DR2R1天线的（辐射）近场和远场的分界为：其中D为天线的最大几何长度。一般来说，天线的感应近场和辐射近场的分界为：即在的区域为天线的远场。（补充：实际天线的感应近场、辐射近场和远场）2016-12-6电偶极子电磁场的波阻抗定义：电磁场的波阻抗指的是辐射电磁波电场与磁场幅度的比值。计算：近场区域远场区域2016-12-689讨论任何辐射源远场的电场矢量与磁场矢量相互垂直，且同时垂直于电磁波的传播方向。电场强度与磁场强度均正比与1/r。自由空间辐射源远场的波阻抗等于自由空间特性阻抗，为恒值120π。对于电场源，即高电压小电流的源（如电偶极子），其近场电场正比于1/r3，磁场正比于1/r2，波阻抗Z正比于1/r，且大于自由空间特性阻抗η0。因此电场源的近场又被称为高阻抗场。对于磁场源，即低电压大电流的源（如磁偶极子），其近场磁场正比于1/r3，电场正比于1/r2，波阻抗Z正比于r，且小于自由空间波阻抗η0。因此磁场源的近场又被称为低阻抗场。2016-12-6101、电偶极子2、磁偶极子3、偶极子天线概述4、偶极子天线的电流分布5、偶极子天线的辐射场分布6、偶极子天线的辐射功率和辐射阻抗7、偶极子天线的输入阻抗8、偶极子天线的通频带和谐振长度9、偶极子天线的平衡/不平衡转换2016-12-611内容提要与电偶极子对应的是磁偶极子，是一个面积非常小的、带电流I的圆环。利用对偶原理，根据电偶极子的电磁场可以直接写出磁偶极子电磁场分布2016-12-6122、磁偶极子2016-12-613*电磁场对偶原理对偶量：对偶方程例如：电偶极子可以视为电激励产生的电磁场；磁偶极子可以视为磁激励产生的电磁场。1、电偶极子2、磁偶极子3、偶极子天线概述4、偶极子天线的电流分布5、偶极子天线的辐射场分布6、偶极子天线的辐射功率和辐射阻抗7、偶极子天线的输入阻抗8、偶极子天线的通频带和谐振长度9、偶极子天线的平衡/不平衡转换2016-12-614内容提要2016-12-6153、偶极子天线概述偶极子天线（对称振子）：中点断开并接以馈电源的线性导体。半波偶极子天线（对称振子）：每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的天线。辐射源：在馈电电源作用下，在偶极子天线振子上所建立的电流。aλ：可以忽略端面电流；同时，l：可以忽略偶极子天线中间断点间隙中位移电流产生的辐射场。标准半波偶极子天线实际偶极子天线电视接收偶极子天线宽带通信偶极子天线2016-12-6161、电偶极子2、磁偶极子3、偶极子天线概述4、偶极子天线的电流分布5、偶极子天线的辐射场分布6、偶极子天线的辐射功率和辐射阻抗7、偶极子天线的输入阻抗8、偶极子天线的通频带和谐振长度9、偶极子天线的平衡/不平衡转换2016-12-617内容提要偶极子天线可以看做电路变化所得，近似用终端开路的传输线建模，假设传输线无损，特性阻抗为Z0。终端位置处电流反射系数为2016-12-6184、偶极子天线的电流分布2016-12-619偶极子天线可以视为全驻波状态的传输线，电流分布为，其中z’表示传输线上观测点距离终端开路负载的距离，所以，偶极子天线电流分布为，几种典型偶极子天线上的电流分布上式中，z表示偶极子天线观测点距离天线中心点的距离，l表示偶极子天线单个振子臂的长度。偶极子天线上电流分布的特点振子的终端始终是电流的波节；离终端/4处为电流的波腹，再经/4处为电流波节，依次重复；在振子上的电流经过零值时，电流相位改变