微波與天線電偶極子的輻射課件

微波與天線-電偶極子的輻射天線輻射與接收的理論基礎(chǔ)輻射的基本概念滯后位電偶極子的輻射磁偶極子的輻射1.什么是輻射？輻射：隨時間變化的電磁場離開波源向空間傳播的現(xiàn)象。

產(chǎn)生輻射的源稱為天線。2.輻射產(chǎn)生的必要條件（1）時變源存在。（2）源電路是開放的。3.影響輻射強(qiáng)弱的原因（1）源電路尺寸與輻射波的波長相比擬時輻射較為明顯。（2）源電路越開放，輻射就越強(qiáng)。~~~輻射的基本概念雷達(dá)探測目標(biāo)演示拉桿天線引向天線微帶天線衛(wèi)星接收天線寬帶全向天線3m微波接力通信天線中國遠(yuǎn)程相控陣?yán)走_(dá)螺旋天線俄羅斯新型有源相控陣?yán)走_(dá)天線俄軍巨型雷達(dá)天線陣列麥克斯韋方程組的微分形式

積分形式:微分形式:注意：麥克斯韋方程的微分形式只適用于媒體的物理性質(zhì)不發(fā)生突變的區(qū)域。

微分形式的麥克斯韋方程組給出了空間某點(diǎn)場量之間及場量與場源之間的關(guān)系。

對于正弦時變場，時間因子為：令：利用矢量恒等式：洛侖茲規(guī)范：

同理：達(dá)朗貝爾方程方程的解為：3.由和的表示式可知

場點(diǎn)R處的和變化的相位較其源和落后。

該相位用時間表示：

式中就是波源或的變化傳遞到觀察點(diǎn)所需要的時間。距離波源R處在t時刻和由前一時刻的電流和電荷密度的值決定。因此將和稱為滯后位。波源觀察點(diǎn)P點(diǎn)的電位和電場強(qiáng)度。取球坐標(biāo)系，P點(diǎn)的電位因?yàn)椋簞t：電場強(qiáng)度：電偶極子xyzlP在球坐標(biāo)系磁場由：得:（2）電偶極子的電磁場電場由：得:（3）近區(qū)場

在靠近電偶極子的區(qū)域，當(dāng)。此時，，則電磁場可近似為

可見：電場和磁場的相位相差，因此能量在電場和磁場相互交換而平均坡印廷矢量為零，該區(qū)域的場稱為感應(yīng)場。若將代入上式得:

此結(jié)果與電偶極子的靜電場分量相似。感應(yīng)場電偶極子的方向圖3.方向性函數(shù)和方向圖（1）方向性函數(shù)：場量隨方向變化的函數(shù)稱為天線的方向性函數(shù)。

歸一化方向性函數(shù)定義為：顯然，電偶極子的方向性函數(shù)為：

（2）方向圖：根據(jù)方向性函數(shù)畫出的圖形稱為方向圖。將用極坐標(biāo)畫出來。

xzxyE面方向圖H面方向圖

如果用一個大的球面將天線包圍起來，則從天線輻射出來的能量必然全部通過這個球面。4、輻射功率天線的總輻射功率為：其中：所以：設(shè)，則:在自由空間中，7.半功率波瓣寬度

輻射功率等于最大輻射功率一半時的兩個方向之間的夾角。方向性系數(shù)又可表示為：

在相同的輻射功率下，實(shí)際天線產(chǎn)生的最大輻射場強(qiáng)與點(diǎn)源天線的輻射場強(qiáng)之比。對電偶極子輻射而言:故半功率波瓣寬度為：方向性系數(shù)的另一種定義為：xz點(diǎn)源天線實(shí)際天線例畫出沿z軸放置的電基本振子的E平面和H平面方向圖。

解:①E平面方向圖:在給定r處,Eθ與φ無關(guān);Eθ的歸一化場強(qiáng)值為|Eθ|=|sinθ|這是電基本振子的E平面方向圖函數(shù),其E平面方向圖如圖1(a)所示。

圖1(a)電基本振子E平面方向圖；(b)電基本振子H平面方向圖；(c)電基本振子立體方向圖②H平面方向圖:在給定r處,對于θ=π/2,Eθ的歸一化場強(qiáng)值為|sinθ|=1,也與φ無關(guān)。因而H平面方向圖為一個圓,其圓心位于沿z方向的振子軸上,且半徑為1,如圖1(b)所示。實(shí)際天線的方向圖一般要比圖1復(fù)雜。典型的H平面方向圖如圖2(a)所示,這是在極坐標(biāo)中Eθ的歸一化模值隨φ變化的曲線,通常有一個主要的最大值和若干個次要的最大值。頭兩個零值之間的最大輻射區(qū)域是主瓣（或稱主波束）,其它次要的最大值區(qū)域都是旁瓣（或稱邊瓣、副瓣）。為了分析方便,將圖2(a)的極坐標(biāo)圖畫成直角坐標(biāo)圖,即圖2(b)所示。

圖2(a)極坐標(biāo)表示的H平面方向圖；(b)直角坐標(biāo)H平面方向圖；(c)直角坐標(biāo)H平面方向圖例確定沿z軸放置的電基本振子的方向系數(shù)。解:天線方向系數(shù)的一般表達(dá)式為

由上式可以看出,要使天線的方向系數(shù)大,不僅要求主瓣窄,而且要求全空間的旁瓣電平小。電基本振子的歸一化方向函數(shù)為:|F(θ,φ)|=|sinθ|將其代入方向系數(shù)的表達(dá)式得若以分貝表示,則D=10log101.5=1.76dB?？梢?電基本振子的方向系數(shù)是很低的。

一、輻射的基本概念二、滯后位三、電偶極子的輻射回顧-電磁波的輻射1.什么是輻射？2.輻射產(chǎn)生的必要條件3.影響輻射強(qiáng)弱的