第7-8---- 电磁波的辐射与散射-天线基础ppt课件.ppt

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1、第7-8章电磁波的辐射与天线RadiationofElectromagneticWavesandAntennas1第7-8章电磁波的辐射与天线RadiationofElectromagneticWavesandAntennas辐射——电磁场能量脱离场源，以电磁波的形式在空间传播。辐射问题——求场源在周围空间产生的电磁场分布。主要内容4、对称振子天线特性1、电流元的辐射特性2、对偶原理,磁流元的辐射特性3、天线的功能及其电参数2§7.2电流元的辐射RadiationbyCurrentElement一

2、、定义与其电磁场a)电流元定义电流元：实际天线上的电流分布可看成是由很多这样的电流元所组成的。因此,研究电流元(电基本振子)的辐射是研究更复杂天线辐射的基础。（a）电流元；（b）电偶极子；（c）短对称振子图7.2－1电流元及短振子设想从实际的线电流上取出的一段非常短的直线电流3故矢位如图7.2-2，电流元置于坐标原点，电流方向在z方向，电流密度图7.2-2电流元的电磁场分量矢位在直角坐标系中只有z向，变换到球坐标系从而求得磁场强度矢量得b)矢位法求电磁场§7.2电流元的辐射4磁场强度只有分量，电场

3、强度有和分量，它们都随r的增加而减小。如何从磁场求得电场？知道磁场后，可以根据Maxwell方程求得电场∵场点无源∴得图7.2-3场分量各成分随r/λ的变化曲线§7.2电流元的辐射5近区是指，即～的区域，在这个区域中因此近区的电场强度和磁场强度可以近似为：二、近区场§7.2电流元的辐射6近区的电场表示式与静电偶极子的电场表示式相同；磁场的表示式与恒定电流元的磁场表示式相同，称之为似稳场或感应场；其原因在于近区的滞后效应不明显:由于滞后效应不明显，电场直接随电荷变化，而磁场直接随电流变化。电流I与电

4、荷Q之间有的相差，故磁场H与电场E间也有相差。7三、远区场远区场近似为：§7.2电流元的辐射远区：即这是最有实用意义的区域。8即向方向传输实功率，所以远区场也称为辐射场。（1）方向：电场只有分量,磁场只有分量。（2）相位：电场和磁场的空间相位因子都是，等r的球面为其等相面,是球面波。相当于从球心一点发出,故称为点源,球心称为相位中心。远区场特点——横电磁波（TEM波）波阻抗电场和磁场在时间上同相平均功率流密度：坡印亭矢量为§7.2电流元的辐射9※场的振幅与r成反比，功率流密度与成反比。——这是球面

5、波的振幅特点(称为球面波因子);※场的振幅与电流I成正比，与天线的电长度成正比;※场的振幅还与正比——电流元辐射具方向性:图7.2-4电流元周围电磁力线的瞬时分布(3）振幅：§7.2电流元的辐射10动画：偶极子辐射过程§7.2电流元的辐射11a)方向图四、辐射方向图例如电流元辐射电场：定义：辐射场振幅与方向的关系曲线，称之为(辐射)方向图方向图函数:电流元:§7.2电流元的辐射12E面：最大方向与电场矢量所在的平面H面：最大方向与磁场矢量所在的平面电流元:§7.2电流元的辐射图7.2-6电流元的二

6、主面方向图图7.2-7电流元的立体方向图13波瓣（主瓣）两侧半功率点处即处的角为，定义为半功率波瓣宽度HP。例如电流元从最大方向算起b)半功率波瓣宽度§7.2电流元的辐射14电流元辐射的总功率可由其平均(实)功率密度在包围电流元的球面上的面积分来求出。五、辐射功率和辐射电阻a)辐射功率电流元所辐射的平均功率密度因此，辐射功率§7.2电流元的辐射15设想辐射功率是由一电阻吸收的，把这个电阻称为辐射电阻。b)辐射电阻那么辐射功率和辐射电阻的关系：电流元:已知任一天线的辐射电阻天线的辐射功率§7.2电

7、流元的辐射16例7.2-1电场强度振幅与离电流源距离成反比，所以∵（a）由辐射电场计算式已知在电流源最大辐射方向上远区1km处电场强度振幅为，试求：(a)最大辐射方向上2km处电场强度振幅;(b)E面上偏离最大方向方向上2km处的磁场强度振幅[解](b)∴§7.2电流元的辐射17例7.2-2[解]辐射功率计算长l=0.1λ的电流源当电流为2mA时的辐射功率。辐射电阻§7.2电流元的辐射18§8.1天线的功能与分类FunctionsandClassificationofAntennas一、天线的功能

8、:无线电系统中辐射或接收电磁波的器件称为天线。天线是各种无线电系统中必不可少的部件之一。天线的功能首先是能量转换：图8.1-1发射天线的能量转换导行波发射天线空间波(无线电波)接收天线19图8.1-2卫星地面站天线第二、能量发射与接收具有方向性§8.1天线的功能与分类20第三、形成所需极化图8.1-3大西洋区INTELSATV卫星的半球和区域波束覆盖区图8.1-3中,4GHz东西半球波束分别为左右旋圆极化波；而4GHz东西区域波束分别为右左旋圆极化波。它们相互正交，因此实现了四重频