偶极子天线的辐射.doc

偶极子天线的辐射 一、偶极子天线（元天线） 1、结构：长为Δl的载流导线，中心馈电 ⑴ 本质上是一个LC振荡电路，振荡频率： 　， ⑵　为了有效地辐射能量：f↑，L、C↓ 图9－2－1 ⑶　闭合电路→开放电路→振荡偶极子? 点击看图 2、电特性 ⑴　Δl＜＜λ，Δl上各点的电流 （包括相位） 可以看作是相等的，????????????????? ⑵　Δl＜＜r，Δl上各点到P点的距离，可以看作是相等的 3、实际的线状天线可看成是许多偶极子天线的串联组合。 二、偶极子天线的辐射????? 1、? 辐射场表达式 ⑴　设偶极子天线上的电流为 ，在空间产生的矢量位（达朗贝尔方程的解） ??? 在球坐标系中，如图9－2－1 ???????????? ⑵　由 　　 　 ⑶ 由　 　　 　 　 　 　 　 　 2、? 讨论 ⑴　若kr1＜＜（k＜＜1/r，r＜＜λ/2π＝，天线近区 ④～⑥式中， ⑨、⑩式是电偶极子产生的电场，p25(2.4.7)式。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 电流元产生的磁场　　 　　　 　　 与⑧比较，所以⑧式是电流元产生的磁场。 　　∴ ① 近区的磁场是偶极子上的瞬时电流元产生的，与恒定磁场分布相似， ?近区的电场是偶极子上的瞬时偶极子产生的，与静电场分布相似。 ?② E与H相位相差π／2 ?③　 　　主要是由于在(4)～(6)→(8)～(10)的过程中，略去了一些小项，实际上 ????????? 是能量交换（电场～磁场）＞＞传输的能量。 ⑵　若kr＞＞1（k＞＞1/r，r＞＞λ/2π），天线远区　　　由(4)～(7)式 ①???? 场强 　 　　　 ⅰ）只有 , 分量，TEM波。 ⅱ）E、H同频率，同相位。 ⅲ）r相等的各点相位相等――球面波。 ② 波阻抗　　 　　 自由空间　η＝120π≈＝377Ω。 ③ ????? 3、辐射特性（远区） ⑴　辐射方向性 由远区场强表达式（11）、（12） 表明辐射具有一定的方向性：在天线所在的平面内，∝sinθ,θ＝0，场强为0； ????????????????????????????????????????????? θ＝π／2，场强最大； ?? 在垂直于天线的平面内无方向性。 ①??? 方向图函数 ⅰ）定义： ⅱ）偶极子天线，由（12）式 f（θ）＝sinθ (15) ②??? 方向图： ⅰ）定义：按方向图函数f（θ,φ）绘出的图形称为方向图。 ⅱ）偶极子天线的方向图。 (a) 三维方向图（点击链接） ? ? ?(b) 侧视图 图9－2－3 (c) 俯视图 ?? 方向图直观地表示出天线在不同方向上，相同距离处辐射场强的相对大小。 例：图9－2－3(b)中P1、P2点表示出天线在不同方向上，相同距离处辐射场强的相对 ??? 大小，设P1点，Emax＝1，P2点，E＝sinθ。 ⑵ 辐射功率和辐射电阻 ①???? 辐射功率　　 自由空间无损耗，以偶极子天线为中心作一球面， 天线辐射出去的功率P等于Sav沿球面的积分。 图9－2－4 　　 ② 辐射电阻 ⅰ）定义：天线辐射的功率可看作被一个等效电阻“吸收”，称为辐射电阻 　 ⅱ）偶极子天线的辐射电阻 由(17)式 　 　　 　 由（17）式，激励电流I一定，Rr↑，P↓。 例：某发射电台辐射功率10KW，用偶极子天线发射 （a）求在天线的垂直平分面上距离1km处的Sav和E （b）在与天线的垂直平分面成何角度时，Sav减小一半 解：(a) 由 ? 　　　、：同频率、同相位 　　在效值 (b) 由①式， ⑶　方向系数D ⅰ）理想点源天线：无方向性天线，方向图是一球面。 ⅱ）方向系数的定义：在辐射功率相同的条件下，某一最大辐射方向的辐射强度与 ??????????????????? 点源天线在同一点的辐射强度之比，描述了天线辐射能量集 ??????????????????? 中的程度。 ⅲ）表达式： 　　辐射功率P＝C 例：9.2.1　 解：由（2）　 由（16）　 对于无方向性天线　 P不变　由（2）、（3）　 P一定，偶极子天线最大辐射方向上辐射强度是无方向性天线的1.5倍。 ⑷ 天线的增益 ① 天线的效率 　　 ② 天线的增益　　G＝ηD　 三、接收天线 1、? 电磁波的接收 图9－2－5 天线用作接收，作用与发射相反，是把空间电磁波的能量转换为天线上振荡电流 的能量