章电磁波的辐射.ppt

9.4.3 增益系数 考虑到辐射效率的定义关系Pr=ηrPin，及理想无方向性天线的效率ηro一般被认为是1，故 第九章 电磁波的辐射 说明： 只有当天线的D值大，辐射效率ηr也高时，天线的增益才较高； 增益系数比较全面地表征了天线的性能； 通常用分贝来表示增益系数，即令 9.4.4 输入阻抗 欲使天线能从馈线获得最大功率，须使天线和馈线良好匹配，即要使天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗相等。所谓天线的输入阻抗，是指天线输入端的高频电压与输入端的高频电流之比，可表示为 第九章 电磁波的辐射 9.4.5 极化形式 1 极化的定义 天线的极化特性是以天线辐射的电磁波在最大辐射方向上电场强度矢量的空间取向来定义的。 2 极化的分类 第九章 电磁波的辐射 椭圆极化 线极化 圆极化 极化 水平极化 垂直极化 左旋极化 左旋极化 右旋极化 右旋极化 9.5 对称线天线和天线阵的概念 9.5.1 对称振子天线 1 对称振子的电流分布和远区场 对称振子上的电流分布 如图所示，设对称振子沿z轴放 置，振子中心位于坐标原点， 则振子上的电流分布表示式为 臂长为l的对称振子 第九章 电磁波的辐射 第九章 电磁波的辐射 对称振子的辐射场 远区磁场与电场的关系 2 半波振子 对称振子最常见的长度是l=λ/4，即振子全长2l=λ/2，称为半波振子。其远区辐射场为 , 3 对称振子的电参数 对称振子的方向图 第九章 电磁波的辐射 对称振子的E面方向图 式中fmax是f(θ，φ)的最大值。对于半波振子，有 对称振子的辐射功率和辐射电阻 因为对称振子天线的辐射功率与辐射电阻的关系为 因此辐射电阻为 第九章 电磁波的辐射 9.5.2 天线阵的概念 设相邻阵元的间距为d，各阵元上电流的振幅为1，但相位自第一个阵元起依次超前一个相角β，即 式中E1、E2、…、EN分别为阵元1、2、…、N在场点所产生的远区辐射场。 N元均匀直线阵 第九章 电磁波的辐射 如果天线阵有每个阵元都相同的半波振子， 其中, 第九章 电磁波的辐射 此式仅当Ψ=0时成立，所以阵函数出现最大值的条件为 当各个阵元的激励电流同相时，β=0, Ψ=kdcosφ，最大辐射条件Ψ=0对应于, 第九章 电磁波的辐射 此式表明天线阵的最大辐射方向φm取决于相邻阵元之间电流相位差β。改变β就可以改变天线阵的最大辐射方向，这就是相控阵天线工作原理。当β=-kd时，最大辐射方向φm=0，所以天线阵的最大辐射方向在其轴线方向上。这种均匀直线阵称为端射式天线阵。 第九章 电磁波的辐射 四阵元侧射式 天线式阵的方向图 八阵元端射式 天线阵的方向图 9.6 面天线的辐射场 1 感应电流法 先求出天线的金属导体面在初级辐射器照射下产生的感应面电流分布，然后计算此电流在外部空间产生的辐射场。 2 口面场法 该方法包括两部分：先作一个包围天线的封闭面，求出此封闭面上的场(称为解内场问题)；再由惠更斯原理，利用该封闭面上的场求出空间的辐射场(称为解外场问题)。由于金属封闭面上无电磁场，故实际上只需考虑封闭面的开口部分的辐射作用，即口面场的辐射。 第九章 电磁波的辐射 9.6.1 基尔霍夫公式 1 惠更斯原理 包围波源的闭合面(波阵面)上任一点的场均可认为是二次波源，它们产生球面子波，闭合面外任一点的场可由闭合面上的场(二次波源)的叠加决定。 2 基尔霍夫公式 基尔霍夫公式是上述思想的数学表述。设闭合面S中的源在闭合面S上产生的场为ES及HS，在闭合面外任一点P产生的场为EP及HP。 式中k2=ω2με。取P点为坐标原点(r=0)。引入另一标量函数G(r)，它满足方程, 第九章 电磁波的辐射 标量函数G(r)称为标量格林函数，其物理意义为在r=0处的点源在距源点r处产生的标量场。 S0面上的面积分为 , 闭合面S外任一点r处， 第九章 电磁波的辐射 第九章 电磁波的辐射 惠更斯原理 9.6.2 口径面的辐射场 设惠更斯元上场的传播方向为z方 向，则惠更斯元上的场可表示为 对于远区场， 9.7 互易定理 设空间区域V1中电流源J1产生的电磁场为E1和H1，空间区域V2中电流源J2产生的电磁场为E2和H2，两电流 第九章 电磁波的辐射 惠更斯元 电流源振荡在同一频率，且空间区域V1和V2及它们之外的空间区域V3中的媒质是线性的，根据矢量恒等式 则有， 第九章 电磁波的辐射 9.7.1 洛仑兹互易定理 设两个电流源J1和J2均在空间区域V外，则空间区域V内为无源空间，因而有 上式为洛仑兹互易定理简化形式。 9.7.2 卡森互易定理 当两个