辐射和天线antenna

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1、CH.4輻射和天線吳鳳技術學院電子工程系黃仁芬編寫1CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)本章內容概論短雙極天線輻射特性半波雙極天線任意長度的雙極天線一個接收天線的有效面積Friis傳輸公式大孔徑天線的輻射矩型孔徑有著均勻孔徑分佈天線陣列N個陣列有著均勻相位分佈陣列的電子掃描2CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)概論(Overview)3CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)互易性(Reciprocity)天線輻射場型(antenn

2、aradiationpattern)或天線場型(antennapattern):天線輻射功率的相對分佈函數。等向性(isotropic)天線：天線輻射在各方向都相等。天線是個互易性(reciprocity)裝置，它所發射的輻射場型，也可以接收同樣的場型。並非所有天線都是互易裝置，固態天線若跟半導體或磁性物質在一起就不是互易裝置了。4CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)天線的種類5CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)天線偏振(antennapolarization)天

3、線阻抗(antennaimpedance)輻射源(radiationsource)遠場範圍(far-fieldregion)6CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)7CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)9-1短雙極(ShortDipole)~1短的天線長度與波長比較起來非常短，在天線上流動的電流大小可以被當成是均勻分佈。短雙極天線(shortdipole)又叫做Hertziandipole，它的長度l遠小於波長λ。8CH.9RadiationandAntennas(e

4、ditedbyhjf)短雙極(ShortDipole)~29CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)短雙極(ShortDipole)~3找位於Q點的電場和磁場，可由向量位(vectorpotential)A來求。A的位置函數是，它與電場和磁場之間的關係是10CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)短雙極(ShortDipole)~4定義為μ0是自由空間的磁化率(themagneticpermeabilityoffreespace)=4π×10-7(henry/m)k是波數(

5、wavenumber)=2π/λ是電流密度(currentdensity)，s是雙極線的截面積(crosssectionalarea)。11CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)短雙極(ShortDipole)~5dv’=sdz積分範圍由=-l/2到+l/212CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)短雙極(ShortDipole)~613CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)短雙極(ShortDipole)~7將　　　　　代入其中14

6、CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)短雙極(ShortDipole)~8從得到15CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)短雙極的遠場近似值(FarFieldApproximation)因Ｒ>>λ，所以kR＝2πR/λ>>1，於是遠場只需要用16CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)17CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)短雙極的功率密度(PowerDensity)~1功率密度就是波映亭向量(Po

7、yntingvector)的時間平均值。對於短雙極來說，18CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)短雙極的功率密度(PowerDensity)~2將功率密度的最大值定為Smax，於是定義歸一化輻射場(normalizedradiationintensity)F(θ,φ)。對於HertzianDipole19CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)20CH.9RadiationandAntennas(editedbyhjf)9-2天線輻射特性~1(AntennaRadia

8、tionCharacteristics)一個接收天線有著相同的指向性天線場型(directionalantennapattern)，如同它操作在傳送模態時的場型。右圖的小面積dA