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天线辐射与接收理论.ppt

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文档介绍

文档介绍:天线辐射与接收理论
第1页,本讲稿共63页
第6章 天线辐射与接收的基本理论
概论
通信的目的是传递信息, 根据传递信息的途径不同, 可将通信系统大致分为两大类: 一类是在相互联系的网络中用各-2-2)
第11页,本讲稿共63页
对式(6 -2-2)进行分析可知: 
① 在近区, 电场Eθ和Er与静电场问题中的电偶极子的电场相似, 磁场Hφ和恒定电流场问题中的电流元的磁场相似, 所以近区场称为准静态场; 
② 由于场强与1/r的高次方成正比, 所以近区场随距离的增大而迅速减小, 即离天线较远时, 可认为近区场近似为零。
③ 电场与磁场相位相差90°,说明玻印廷矢量为虚数, 也就是说, 电磁能量在场源和场之间来回振荡, 没有能量向外辐射, 所以近区场又称为感应场。 
第12页,本讲稿共63页
(2) 远区场
实际上, 收发两端之间的距离一般是相当远的(kr>>1, 即r>>λ/2π), 在这种情况下, 式(6-2-1)中的1/r2和1/r3项比起1/r项而言, 可忽略不计, 于是电基本振子的电磁场表示式简化为
式中,
(6-2-3)
第13页,本讲稿共63页
将上式代入式(6-2-3)得电基本振子的远区场为
对式(6- 2 -5)进行分析可知:
第14页,本讲稿共63页
① 在远区, 电基本振子的场只有Eθ和Hφ两个分量, 它们在空间上相互垂直, 在时间上同相位, 所以其玻印廷矢量
是实数, 且指向 r 方向。 这说明电基本振子的远区场是一个沿着径向向外传播的横电磁波, 所以远区场又称辐射场;  ② Eθ/Hφ=η= =120π(Ω)是一常数, 即等于媒质的本征阻抗, 因而远区场具有与平面波相同的特性; 
③ 辐射场的强度与距离成反比, 随着距离的增大, 辐射场减小。 这是因为辐射场是以球面波的形式向外扩散的, 当距离增大时, 辐射能量分布到更大的球面面积上; 
第15页,本讲稿共63页
④ 在不同的方向上, 辐射强度是不相等的。 这说明电基本振子的辐射是有方向性的。
2. 磁基本振子的场
在讨论了电基本振子的辐射情况后, 现在再来讨论一下磁基本振子的辐射。我们知道, 在稳态电磁场中, 静止的电荷产生电场, 恒定的电流产生磁场。那么, 是否有静止的磁荷产生磁场, 恒定的磁流产生电场呢?迄今为止还不能肯定在自然界中是否有孤立的磁荷和磁流存在,但是, 如果引入这种假想的磁荷和磁流的概念, 将一部分原来由电荷和电流产生的电磁场用能够产生同样电磁场的磁荷和磁流来取代,即将“电源”换成等效“磁源”, 可以大大简化计算工作。
第16页,本讲稿共63页
稳态场有这种特性, 时变场也有这种特性。 小电流环的辐射场与磁偶极子的辐射场相同。 
磁基本振子是一个半径为b的细线小环, 且小环的周长满足条件:2πb<<λ, 如图 6 - 3 所示。假设其上有电流i(t)=Icosωt, 由电磁场理论, 其磁偶极矩矢量为
根据电与磁的对偶性原理, 只要将电基本振子场的表达式(6- 2 -1)中的E换为η2H, H换为-E, 并将电偶极矩p=Il/(jω)换为磁偶极矩pm, 就可以得到沿z轴放置的磁基本振子的场:
第17页,本讲稿共63页
图 6 –3 磁基本振子的辐射
第18页,本讲稿共63页
与电基本振子做相同的近似得磁基本振子的远区场为:
第19页,本讲稿共63页
比较电基本振子的远区场Eθ与磁基本振子的远区场Eφ, 可以发现它们具有相同的方向函数|sinθ|, 而且在空间相互正交, 相位相差90°。所以将电基本振子与磁基本振子组合后, 可构成一个椭圆(或圆)极化波天线, 具体将在第8章中介绍。
第20页,本讲稿共63页
天线的电参数
1. 天线方向图及其有关参数
所谓天线方向图, 是指在离天线一定距离处, 辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的曲线图, 通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。 
1) 在地面上架设的线天线一般采用两个相互垂直的平面来表示其方向图
(1) 水平面
当仰角Δ及距离r为常数时, 电场强度随方位角φ的变化曲线, 参见图 6 - 4;
第21页,本讲稿共63页