北大天线理论课件：第一章 基本振子天线

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1、第一章基本振子的辐射基本振子是最基本的辐射源，是研究和分析各类线天线的基础，它包括基本电振子和基本磁振子。而研究面天线的基本辐射源是惠更斯源。§1基本电振子（ElectricShortDipole）1．定义一段理想的高频电流直导线，长度，半径，沿线电流均匀分布（等幅同相）。又称电流源。2．空间场分布假设电流源位于坐标原点，沿着z轴放置，长度为，其上电流等幅同相分布，即，这里是常数。基本电振子示意图为求其空间的场分布，首先求出其矢量磁位，再由求出电场和磁场。根据电磁场理论，电流分布的电流源，其矢量磁位可以表示为：（2-1）--观察点坐标--源点坐标--源点到观察点的距离由于

2、基本电振子的长度远小于波长和距离，因此式（2-1）可以表示成：（2-2）引用直角坐标与球坐标的变换关系，将（2-2）式改写为：依据，得到磁场表达式：（2-3）由可得电场表达式为：（2-4）（2-5）由此可见，基本电振子的场强矢量由三个分量、、组成。式（2-3）、（2-4）、（2-5）是一般表达式，对于任意距离r的场点都适用。1．场区域划分基本电振子的场矢量与距离r关系复杂，必须分区进行讨论。（1）.近区场（Near-FieldRegion）（或）的区域称为近场区，此区域内：近区电磁场表达式为：近区场特点：（a）准静态场随时间变化之外，与静电场中电偶极子产生的电场和恒定电流

3、产生的磁场表达式相同；（b）感应场电场和磁场相位相差，坡印廷矢量平均值能量只在电场和磁场之间交换而没有辐射。可用近场计算天线的输入阻抗。（2）.远区场（或）的区域称为远场区，此区域内因此远区场表达式为：此式说明有能量沿r方向向外辐射，远区场为辐射场。远区场特点：（a）只有和两个分量，且相位相同；（b）坡印廷矢量平均值辐射场特点：i.球面波、，传播速度相位因子--等相位面球面。ii.TEM波传播方向上电磁场分量为零。iii.，即：----称为波阻抗iv.辐射具有方向性、，不是均匀球面波，这是所有辐射场的共性。v.辐射功率空间辐射的总功率称为辐射功率，是坡印廷矢量在任意包围电

4、流源球面上的积分，即可见，辐射功率与距离r无关，越长或频率越高，辐射功率越强。i.辐射电阻认为天线的辐射功率被一个等效电阻吸收，这个电阻称为辐射电阻，以表示。（3）.中间场区（或）的区域称为中间场区，此区域内场表达式为：§2基本磁振子（MagneticShortDipole）基本磁振子又称磁流源或磁偶极子，不能孤立存在，其实际模型是小电流环。1．电磁对偶原理假设介质中存在电荷、磁荷，以及电流、磁流，产生的场满足下面的麦克斯韦方程：其中，。如果介质中只存在电荷和电流，则麦克斯韦方程可改写成：对于介质中只存在磁荷和磁流，其场满足如下麦克斯韦方程：可见两组方程具有对偶性，其解也

5、是对偶的。对偶关系如下：，，，2．基本磁振子辐射场长度为（）的磁流源置于球坐标系的原点，可根据基本电振子的辐射电磁场，由对偶原理得基本磁振子示意图到基本磁振子的远区辐射场为：与基本电振子的辐射场相比，只是电场和磁场的方向发生变化，其它特性完全相同。基本磁振子的实际模型是小电流环，假设小电流环半径为a，环面积，环上电流为。二者的等价关系为：由此可得小电流环的辐射场表达式为：辐射总功率：辐射电阻：如果电流环的匝数为N，其辐射阻抗可以表示为：由以上可以看出，同样长度的导线绕制成电流环，在电流幅度相同的情况下，远区的辐射能力比基本电振子的小几个数量级。可以通过增加匝数的方法提高辐

6、射能力。§3天线的基本参数描述天线工作性能的参数，是选择和设计天线的依据。3.1方向性函数任何天线辐射的电磁波都不是均匀平面波，其辐射场都具有方向性。所谓的方向性函数，就是在相同距离的条件下天线的辐射场的相对值与空间方向的关系，一般用来表示。以基本电振子为例，其辐射电场强度可以表示成：方向性函数定义为：为便于比较，通常采用归一化方向性函数来表示，即：基本电振子的归一化方向性函数为：对于一个理想的点源，其辐射场是无方向性的，在相同距离处，任何方向场强大小均相等，归一化方向性函数。3.2方向图（RadiationPattern）将方向性函数以曲线方式描绘出来，称之为方向图。它

7、是描述天线辐射场在空间相对分布随方向变化的图形。通常指归一化方向图。1.方向图分类空间维数：三维立体方向图、二维平面方向图；主截面：E面方向图、H面方向图；坐标系：平面直角坐标系方向图、极坐标系方向图；不同对象：功率方向图、场强方向图。2.立体方向图变化和得到的方向图为立体方向图，它综合描述了天线在各个方向上的辐射情况。图是基本电振子的归一化立体方向图。基本电振子的方向图1.E面、H面方向图E面—包含最大辐射方向的电场矢量所在的平面。用E面去截取立体方向图，则得到E面方向图。H面—包含最大辐射方向的磁场矢量所在的平面。用H面去