第8章tianxian.ppt

8.1 引言8.2 基本振子(Short Dipole)的辐射8.3 发射天线的电参数(Basic Antenna Parameters)8.4 互易定理与接收天线的电参数8.5 对称振子(Symmetrical Center－Fed Dipole)8.6 天线阵(Arrays)的方向性8.7 对称振子阵的阻抗特性8.8 无限大理想导电反射面对天线电性能的影响 　　尽管天线问题就是具有复杂边界条件的电磁场边值问题，但是在天线领域里，有着自己独特的语言和文化。本章是天线理论的入门，在这一章中，读者将从最小的微元——基本振子的辐射开始，熟悉天线的描述语言，理解最简单的空间功率合成概念，为步入奇妙的天线世界打下基础。 8.2.1 电基本振子的辐射　　电基本振子(Electric Short Dipole)又称电流元，它是指一段理想的高频电流直导线。　　其长度l远小于波长λ，其半径a远小于l，沿l上的电流振幅相等，相位相同，因此其上的电流瞬时值可表示为i(t)=I cosωt。 　　如图8-2-1所示，电基本振子位于坐标原点，沿z轴放置，空间的媒质为线性均匀各向同性的理想介质(ε0，μ0)，此电流元Il产生的矢量位的复矢量振幅为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (8-2-1)上式在球坐标系中可表示为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-2-2) 则电流元产生的磁场强度为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-2-3a) 其中 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-2-3b)再由麦克斯韦方程　　　　　　， 可得电场强度如下所示　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　(8-2-4) 　　1) 近区场　　kr1，即 　　　的区域称为近区，在此区域内　　　　　　　　　，因此忽略式(8-2-3)与式(8-2-4)中的　　项，并且认为e－jkr≈1，电基本振子的近区场表达式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-2-5) 　　2) 远区场　　kr1，即　　　　　的区域称为远区，在此区域内　　　　　　　　　，因此保留式(8-2-3)与式(8-2-4)中的最大项后，电基本振子的远区场表达式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　(8-2-6) 　 由上式可见，远区场的性质与近区场的性质完全不同，场强只有两个相位相同的分量(Eθ、Hφ)，其电力线分布如图8-2-2所示，场矢量如图8-2-3所示。 　　远区场的坡印廷矢量平均值为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-2-7)有能量沿r方向向外辐射，故远区场又称为辐射场。该辐射场的性质有以下四条：　　(1) Eθ、Hφ均与距离r成反比，波的传播速度为　　　和Hφ中都含有相位因子e－jkr，说明辐射场的等相位面为r等于常数的球面，所以称其为球面波。 E、H和Sav相互垂直，且符合右手螺旋定则。 　　(2) 传播方向上电磁场的分量为零，故称其为横电磁波，记为TEM波。　　(3) Eθ和Hφ的比值为常数，称为媒质的波阻抗，记为η。对于自由空间有　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-2-8)　 这一关系说明在讨论天线辐射场时，只要掌握其中一个场量，另一个即可用上式求出，通常总是采用电场强度作为分析的主体。 　　(4) Eθ和Hφ与sinθ成正比，说明电基本振子的辐射具有方向性，辐射场不是均匀球面波。由此，任何实际的电磁辐射绝不可能具有完全的球对称性，这也是所有辐射场的普遍特性。　　电偶极子向自由空间辐射的总功率称为辐射功率Pr，它等于坡印廷矢量在任一包围电偶极子的球面上的积分，即 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-2-9) 　　既然辐射出去的能量不再返回波源，为方便起见，将天线辐射的功率等效成被一个等效电阻所完全吸收，这个等效电阻就称为辐射电阻Rr。仿照电路理论的相应关系式，可以得出： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　其中，Rr称为该天线归算于(也叫归于)电流I的辐射电阻，这里I是电流的振幅值。将上式代入式(8-2-9)，可得电基本振子的辐射电阻为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-2-11) 8.2.2 磁基本振子的辐射　　磁基本振子(Magnetic Short Dipole)又称磁流元、磁偶极子。尽管它是虚拟的，迄今为止还未发现有孤立的磁荷和磁流存在，但是它可以与一些实际波源相对应。例如下面要介绍的小环天线就可以等效为磁偶极子，用此概念可以简化计算，因此