电磁场与电磁波精品教学（温州大学）第10章 电磁辐射及原理.pptVIP

由上式求得阵因子达到最大值的角度 为 由此可见，阵因子的主射方向决定于单元天线之间的电流相位差及其间距。 连续地改变单元天线之间的电流相位差，即可连续地改变天线阵的主射方向。这样，无须转动天线，即可实现在一定范围内的方向性扫描，这就是相控阵天线的工作原理。 各个单元天线电流相位相同的天线阵称为同相阵。因 ，由上式得 此结果表明，若不考虑单元天线的方向性，则天线阵的主射方向垂直于天线阵的轴线，这种天线阵称为边射式天线阵。 若单元天线之间的电流相位差 ，由前式得 此结果表明，若不考虑单元天线的方向性，则天线阵的主射方向指向电流相位滞后的一端。这种天线阵称为端射式天线阵。 下图给出了由两个半波天线构成的几种二元阵的方向图。 0 ?? d = ?/2 0 0 d = ?/2 0 –??2 d = ?/4 根据方向图乘法规则即可理解这些二元阵方向图的形成原因。 例 某直线式四元天线阵，由四个相互平行的半波天线构成，如左下图示。单元天线之间的间距为半波长，单元天线的电流同相，但电流振幅分别为 ， ，试求与单元天线垂直的 平面内的方向性因子。 y z 1 2 3 4 ? z y x 1 2 3 4 解 由半波天线的方向图得知，在图示的yz平面内，单元天线没有方向性，因此天线阵的方向性仅决定于阵因子。由于单元天线的电流振幅不等，不能直接利用前述的均匀直线式天线阵公式。 但是单元天线②和③可以分别分解为两个电流均为 I 的半波天线。这样，该四元天线阵可以分解为两个均匀直线式三元同相阵。两个三元阵又构成一个均匀直线式二元同相阵，且间距仍为半波长，如右上图示。 那么，根据方向图乘法规则，上述四元天线阵在 yz 平面内的方向性因子应等于均匀直线式三元同相阵的阵因子与二元同相阵的阵因子的乘积，即 式中 5. 电流环辐射 电流环是一个载有均匀同相时变电流的导线圆环，其圆环半径 a 远小于波长 ? ，也远小于观察距离 r 。 设电流环位于无限大的空间，周围媒质是均匀线性且各向同性的。建立直角坐标系，令电流环位于坐标原点，且电流环所在平面与平面一致，如下图示。 显然，在相应的球坐标系中，因结构对称于 z 轴，电流环的场强一定与角度? 无关。为了简单起见，令观察点位于 平面 。 已知线电流产生的矢量位为 根据几何关系以及近似计算，求得 式中 为电流环的面积。 y x a ?? ?? e?? e?? e? -ex r? z y x r ? a ?? r? e?? 利用关系式 ，求得电流环产生的磁场为 再利用关系式 ，求得电流环产生的电场为 由此可见，电流环产生的电磁场为TE波。 对于实际中所感兴趣的远区场，因 ，则只剩下 及 两个分量，它们分别为 上式表明，电流环的方向性因子为 可见，与位于坐标原点的 z 向电流元的方向性因子完全一样，如左图示。 电流环所在平面内辐射最强，垂直于电流环平面的 z 轴方向为零射方向。 z y 与前类似，可以求得电流环的辐射功率 Pr 和辐射电阻 Rr 分别为 比较电流元及电流环的场强公式可见，两者非常类似。但是，电流元的磁场分量H? 相当于电流环的电场分量E? ，电流元的电场分量E?相当于电流环的磁场分量H? 。 例 某复合天线由电流元及电流环流构成。电流元的轴线垂直于电流环的平面，如下图示。试求该复合天线的方向性因子及辐射场的极化特性。 解 令复合天线位于坐标原点，且电流元轴线与 z 轴一致，则该电流元产生的远区电场强度为 ? E? = E1 ? y x I1 z I2 E? = E2 ? E? = E1 ? y x I1 z I2 电流环产生的远区电场为 那么，合成的远区电场为 若I1与I2的相位差为 ，则合成场为线极化。 因 ，可见上式中两个分量相互垂直，且振幅不等，相位相差 。因此，若 I1与 I2 相位相同，合成场为椭圆极化。 该复合天线的方向因子仍为 。 第十章 电磁辐射及原理 主 要 内 容 电流元辐射，天线方向性，线天线，天线阵, 镜像原理，面天线辐射。 1. 电流元辐射 2. 天线的方向性 3. 对称天线辐射 5. 电流环辐射 10. 面天线辐射 1. 电流元辐射 一段载有均匀同相的时变电流的导线