北大天线理论课件第一章基本振子天线VIP免费

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l，半径la，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l，其上电流等幅同相分布，即zaII0，这里0I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A，再由A求出电场E和磁场H。根据电磁场理论，电流分布zaIzyxI?,,0'''的电流源，其矢量磁位A可以表示为：'''',,,4,,dlrezyxIzyxAjkrel（2-1）zyx,,--观察点坐标''',,zyx--源点坐标r--源点到观察点的距离由于基本电振子的长度l远小于波长和距离r，因此式（2-1）可以表示成：jkrzlljkrzerlIadzerIazyxA4?4?,,0'2/2/0（2-2）引用直角坐标与球坐标的变换关系，将（2-2）式改写为：cos4cos0rleIAAjkrzrsin4sin0rleIAAjkrz0A依据rArArraAH1?10，得到磁场表达式：jkrerrkjlIH2014sin（2-3）0rH0H由HjE1可得电场表达式为：jkrrejrrklIE320012cos（2-4）jkrerjrrkjlIE32200114sin（2-5）0E由此可见，基本电振子的场强矢量由三个分量H、rE、E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。2．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）2r（或1kr）的区域称为近场区，此区域内：32111krkrkr1jkre近区电磁场表达式为：3002cos1rlIjEr3004sin1rlIjE204sinrlIH0HHEr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产生的磁场表达式相同；（b）感应场电场和磁场相位相差2，坡印廷矢量平均值0??Re21Re21***HEaHEaHEWrrav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2r（或1kr）的区域称为远场区，此区域内32111krkrkr因此远区场表达式为：jkrerlIjEsin600jkrerlIjHsin200HHEErr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E和H两个分量，且相位相同；（b）坡印廷矢量平均值22222**sin15??Re21Re21rlIaHEaHEWrrav辐射场特点：i.球面波rE1、rH1，传播速度001c相位因子jkre--等相位面tconsrtan球面。ii.TEM波传播方向上电磁场分量为零。iii.tconsHEtan，即：120000HE----称为波阻抗iv.辐射具有方向性sinE、sinH，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流源球面上的积分，即2223200222*40sin15Re21lIdlIdsdHEPSr可见，辐射功率与距离r无关，l越长或频率越高，辐射功率越强。vi.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rR表示。222802lIPRrr（3）.中间场区2r（或1kr）的区域称为中间场区，此区域内场表达式为：jkrrerlIEcos220jkrerlkIjEsin40jkrerlkIjHsin400HHEr§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eQ、磁荷mQ，以及电流eI、磁流mI，产生的场满足下面的麦克斯韦方程：elIsdEtdlH?1mlIsdHtdlE?1SeQsdE1?SmQsdH1?其中meEEE，meHHH。如果介质11,中只存在电荷eQ和电流eI，则麦克斯韦方程可改写成：eeleIsdEtdlH?1sdHtdlEele?1SeeQsdE1?SesdH0?对于介质22,中只存在磁荷mQ和磁流mI，其场满足如下麦克斯韦方程：sdEtdlHmlm?2mmlmIsdHtdlE?2SmsdE0?SmmQsdH2?可见两组方程具有对偶性，其解也是对偶的。对偶关系如下：meHE，meEHmeII，meQQ21，212．基本磁振子辐射场长度为l（l）的磁流源lIm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：jkrmerlIjEsin2jkrmerlIjHsin20HHEErr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2aS，环上电流为0I。二者的等价关系为：00IjSlIm由此可得...