4_天线的基本原理_2012.ppt

天线基础知识 从传输线到天线 传输线 天线 电偶极子 电偶极子又称为基本电振子或电流元，是指无限小的线性电流单元，即其长度远小于工作波长?，线上电流的振幅和相位处处相同（均匀分布）。任何实际天线上的电流不可能均匀分布，但实际的线天线都可以分解为许多个电流元。 电偶极子 分析电流元辐射的坐标系 电偶极子的电磁辐射 电流分布为i=Imcos? 电偶极子的电磁辐射 可见，电流元的磁场只有H?分量，电场有Er和E?分量，E和H相互垂直。磁力线与电流元的轴线垂直，电力线所处平面包含电流元。 近场区 在电偶极子的近场区，感应电场强度按1/r3规律减小，磁场强度按l/r2的规律减小 。电场和磁场之间相差90?，电场具有纵向分量。 kr1，r???/(2?) 远场区(r?/(2?) ) 无论是E?，还是H?，幅值都和?角无关，仅与? 角有关，而且正比于sin?。 远场区(r?/(2?) ) 电场只有E?分量，磁场只有H? ， E?和H?相互垂直，且垂直于r。这说明电流元的远区辐射场是一个沿径向传播的TEM波，即电磁场能量沿径向辐射，故远区场又称为辐射场； E?和H?的等相位面是球面，其对应的TEM波是球面波，当r很大时，球面波上的一小块区域可视为平面波； E?和H?均与距离r成反比，与(?l/?)成正比； E?和H?在不同的方位其幅值不同，即具有方向性。 电流元的辐射方向图 任何实用天线的辐射都具有方向性，将天线远区辐射场的振幅与方向间的关系用曲线表示出来，该曲线图被称为方向图，而将天线远区场的辐射场量与角度坐标间的关系式称为天线的方向图函数，记作F(?,? )。 对电流元， F(?,? )=sin ? 电流元的辐射方向图 立体方向图 剖面方向图 E面：剖面的切向上只有电场 H面：剖面的切向上只有磁场 电偶极子的方向图 E面 H面 磁偶极子 磁偶极子又称为磁流元，是指长度远小于波长振子，上面有均匀分布的磁流。磁偶极子本身不存在，但对于周长远小于波长的小电流环和无限大的薄金属板上开的长度远小于波长的窄缝都近似具有磁流元的特性。 磁偶极子 近场区 远场区 近场区和远场区 电偶极子和磁偶极子： 远场区：r?/(2?) 近场区：r?/(2?) 近场区的波阻抗与场源有关:在近场区，两种偶极子的波阻抗在量值上不同，电偶极子是容性耦合的高阻抗场，磁偶极子是感性耦合的低阻抗场，并且波阻抗与距离有关 在电偶极子的近场区，感应电场强度按1/r3规律减小，磁场强度按l/r2的规律减小 近场区和远场区 磁偶极子的近场区刚好相反，感应磁场强度按1/r3规律减小，电场强度按1/r2规律减小 在结构设计中，大部分设备内的布局属近场范围，有意识地利用空间距离衰减，就可降低对屏蔽设计的要求 杆状天线及电子设备内部的一些高电压小电流元器件等场源，都可视作等效的电偶极子场源 环状天线和电子设备中一些低电压大电流元器件及电感线圈等场源可视作等效的磁偶极子场源 近场区和远场区 在远场区，自由空间的波阻抗是一常数377?，与场源的特性和距离无关 电场与磁场均随离开场源的距离成反比地减小 电偶极子和磁偶极子的空气波阻抗 近场区和远场区 其它天线： 面天线：??= 2??r/???/8 ，r2D2/ ? 线天线： 波阻抗近似为自由空间的波阻抗，r3? D ?r r 发射天线 接收天线