辐射功率场型.ppt

* 孔口天線：等效孔口 利用光學反射原理，以反射物或類似透鏡之類，將電磁波整頓後再輻射出去 代表天線即熟知之拋物面反射天線 反射天線由小偶極或號角天線饋入訊號，經反射器反射使其波前形狀改變 由外界看來可認為是由碗面形成之開口處電場造成的輻射 拋物面反射天線 拋物面反射天線之等效孔口 * 孔口天線原理 Huygens原理 波前上的點可認為是波源 可將開口上的電磁場分佈視為等效波源 形成了一個由無窮多波源形成的陣列 如果開口上的電磁場分佈均勻，可認為是N個同相天線構成陣列的極限情況 * N天線一維陣列的極限情況 正規化陣列因數 d是天線間距離，顯然 ，時 (開口的寬度) * sinc 函數 通訊理論中常用到的一種函數 之函數圖形示意圖 * 孔口天線之波束夾角估計 從sinc函數表中發現： 時 ws 大約為0.443 可由 求出波束夾角寬度fB 檢驗：N = 80，d = lo/2，w = Nd = 40 lo 與陣列例題結果相符 0.443＝ ＝0.443 可得　 * 孔口天線之波束夾角估計結果討論 寬度 w 愈大，fB愈小，即波束夾角寬度愈小 指向性 自然愈大 這個性質，即使開口處電磁場並不太均勻，也還是對的 * 號角天線原理 如沒有號角，電磁波仍會輻射出去，但開口處的電力線，磁力線較不規則，輻射定向的能力不很理想 使用號角，則電力線磁力線逐漸由導波管中分佈的形態轉移為能在無窮大空間中輻射的形態，因而有比較好的指向性 進一步的分析和計算發現，指向性隨號角長度而增加 號角太長實用上頗有困難，因此常配合拋物面來使用 號角天線的電力線與磁力線 * 拋物面式天線原理 通常需要一個基本輻射器和一個旋轉拋物面或拋物柱面 基本輻射器可能是Hertz偶極天線，也可能是號角天線，放在拋物面的焦點上 從拋物面的數學性質可知由拋物面再反射出去的電磁波，其傳播方向都一致，使它的功率更能集中 40至50dB的指向性很普遍 拋物面天線的架構與反射原理 * 半波長線形天線之指向性 每單位立體角輻射出去的功率 最大值發生在 處 當 0時利用L’Hospital Rule可求出 指向性 比Hertz偶極天線的1.5稍大 1.64 * Hertz偶極與半波長天線場型之差異 Hertz偶極與半波長偶極天線場型之差異 * 正弦狀分佈電流為近似：說明1 線形天線電流說是正弦狀分佈，完全是一種近似 King曾利用一種疊代(Iteration)的方法證明出來正弦狀分佈電流是一串近似式中的第一階近似 可以利用假設的正弦狀分佈電流，解Maxwell方程式，得出天線表面的電場，算出其切向分量，檢查是否為0 * 正弦狀分佈電流為近似：說明2 如果正弦狀分佈電流恰好正是天線表面電流 天線假設由完全導體做成 表面的電場切向分量應當是零 由圖可看出，假設的正弦狀分佈電流所解出之天線表面切向分量電場並沒有完全為0 原先假設的電流形式一定不完全正確 大部份表面地區算出的切向分量很接近0，只有兩端偏離得比較厲害 假設電流必定相當接近真正的電流分佈 正弦狀電流假設求出的平行於 天線表面之電場分量大小 * 綱要 6-1 輻射功率場型、增益、波束(Radiation Power Pattern, Gain, and Beams) 6-2 Hertz偶極天線(Hertz Dipole Antenna) 6-3 遠場近似法(Far-Field Approximation) 6-4 半波長偶極天線 6-5 天線陣列(Antenna Arrays) 6-6 八木天線(Yagi-Uda Antennas) 6-7 孔口天線(Aperture Antennas) * 兩個Hertz偶極天線構成的陣列 令兩天線接到同一波源 用一樣長，一樣特性的傳輸線來饋入功率 假設天線電流方向也一致(定為z方向)，都擺放在xy平面 假設兩天線的耦合可忽略 天線#1和#2的輻射特性和並f不相干 各自的輻射功率場型在xy平面上都是圓形 兩個Hertz偶極天線構成的陣列 * 兩個Hertz天線之陣列遠場推導：步驟1 單一Hertz天線遠場決定因素 到偶極的距離 與天線電流方向的夾角 電流的大小、相位 在xy平面上都有q = p/2 饋入兩天線的電流都相同 只有到各天線的距離會導致總輻射場不同 兩個Hertz偶極天線構成的陣列 * 兩個Hertz天線之陣列遠場推導：步驟2 對輻射場而言，距離的變化，幾乎不影響輻射場大小，但是卻嚴重影響相位 天線#1