第7章电磁波的辐射.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 电磁波的辐射,第七章 电磁波的辐射,一、电基本振子的远场辐射场,远区辐射场是,TEM,非均匀球面波。,电场与磁场在时间上同相位，这表明有电磁能量向外辐射，辐射方向是半径方向，故远场区称为辐射场。,E,/,H,=,是一常数，等于媒质的波阻抗。,远区场辐射具有方向性，振幅正比于,sin,，在垂直于天线轴的方向，辐射最大；沿着天线轴的方向，辐射为零。,电基本振子空气中辐射功率为,：,电基本振子的,辐射电阻,R,r,：,辐射电阻可以衡量天线的辐射能力，它仅取决于天线的结构和工作波长，是天线的一个重要参数。,磁基本振子的远区辐射场具有以下特点：,磁基本振子的辐射场也是,TEM,非均匀球面波。,等相位，,E,/(-,H,)=,。,电磁场辐射具有方向性，正比,sin,。,取向：,E,在与赤道面平行的平面内，而,H,在子午面。这点与电基本阵子电磁场取向正好相反。,二、磁基本振子远场辐射场,例,7-2,计算长度,d,l,=0.1,0,的电基本振子当电流振幅值为,2,mA,时的辐射功率和辐射电阻。,辐射电阻：,解：辐射功率,:,例,7-3.,将周长为,0.1,0,的细导线绕成圆,环，以构造磁基本振子，求此磁基本振子的辐射电阻。,解：此电基本振子的辐射电阻为,长度为磁基本振子周长的电基本振子的辐射电阻（例,72,）远,比磁基本振子的辐射电阻大，即电基本振子的辐射能力大于磁基本振子的辐射能力。,三、天线的电参数,1,、方向性函数,:,任何实际天线的辐射都具有方向性。离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布情况的数学表示式，称为天线的方向性函数。,归一化方向性函数：,式中,|,E,max,|,是,|,E,(,，,)|,的最大值。,电（磁）基本振子的方向性函数为：,或：,2,、方向性系数：当辐射功率相同时，天线在最大辐射方向上远区某一点的功率密度与理想无方向性天线在同一位置处辐射功率密度之比，为此天线的方向性系数。,若,F(,，,)=F(),，,即天线方向图轴对称,(,与,无关,)时，则：,天线方向性系数总是大于,1,，方向性越强，,D,值越大。,天线辐射功率为,P,ro,，方向性系数为,D,，最大辐射方向某远点,r,处的复振幅为,E,max,为：,辐射功率不变，方向性系数,D,越大，最大辐射方向某点的电场强度的复振幅的模越大。对于无方向性天线，,D=1,，振幅最小。因此，能比较出不同天线最大辐射的相对大小，即方向性系数能比较不同天线方向性的强弱。,例如为了在空间一定距离的,M,点产生一定的场强，若使用无方向性天线，需要馈给无方向性天线,10W,的辐射功率；但是若使用方向性系数,D=10,的有方向性天线，,并将有方向性天线对准,M,点，就只需,1W,的辐射功率。,例,7-7,计算电（磁）基本振子的方向性系数。,解：电基本振子的方向性函数,F,(,，,)=sin,，,故其方向性,系数为：,3,、天线的辐射效率,(Radiation Efficiency),表征天线能否有效地转换能量，定义为天线,的辐射功率与输入到天线上的功率,(,输入功率,),之比：,P,L,表示天线的总损耗功率。通常，发射天线的损耗功率包括：天线导体中,的热损耗、介质材料的损耗、天线附近物体的感应损耗等。,4,、增益系数：方向性系数表示天线辐射能量的集中程度，辐射效率表征在转换能量上的效能。将两者结合起来,天线在其最大辐射方向上远点某点的功率密度与输入功率相同的无方向性天线在同一点产生的功率密度之比为增益系数,，是表现天线总效能的一个指标。,增益系数与方向性系数的计算式相似，差别在于前者用输入功率,Pin,计算，后者用辐射功率,Pr,计算。,只要当天线的方向性系数,D,值大，辐射效率,r,也高时，天线的增益,G,才较高。增益系数比较全面的表征了天线的性能。通常用,dB,表示。,N,元均匀直线阵,：若,N,元直线阵，相邻阵元间的间距相等，各个阵元上的电流振幅也相等，电流相位则按等差级数递增或递减，称此直线阵为,N,元均匀直线阵。,侧射式天线阵：,各个阵元激励电流同相的均匀直线阵，由于在天线阵轴线两侧有最大的辐射，所以将其称为侧射式天线阵,。,四、天线阵,改变阵元相位差,，,就可以改变天线阵的最大辐射方向，这就是,相控阵天线,的工作原理。,端射式天线阵：,当,=-,kd,时，最大辐射方向,m,=0,，,所以天线阵的最大辐射方向在其轴线方向上。这种均匀直线阵,称为端射式天线阵,。,