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移动通信天馈系统第一节 天线的基本概念一、电磁辐射与电波传播电磁辐射的机理源自麦克斯韦方程。英国科学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell)总结了法拉第、安培、高斯、库仑等前人的工作，创立了电磁理论学说，这一学说以他于 1864 年在英国皇家学会上宣读的论文《电磁场的动力学理论》为标志。麦克斯韦通过（3-1）式的方程组预言了电磁波的存在：{∇×E(r,t)=−∂∂tB(r,t)(3−1a)¿{∇×H(r,t)=J(r,t)+∂∂tD(r,t)(3−1b)¿{∇⋅D(r,t)=ρ(r,t)(3−1c)¿¿¿¿在麦克斯韦方程组中，（3-1a）称为法拉第电磁感应定律，它表示变化的磁场可以产生电场；（3-1b）称为全电流安培环路定律，它表示传导电流和位移电流(也即变化的电场)都可以产生磁场；（3-1c）称为电场高斯定理，它表示电荷可以产生电场；（3-1d）称为磁场高斯定理，它表示磁场是无散场。22 年之后，1886 年德国科学家赫兹(Heinrich Hertz)完成了著名的电磁波辐射实验，证明了麦克斯韦的电磁理论学说以及电磁波存在的预言。此后，一般认为大约是在1892~1897 年之间，意大利的马可尼(Guglielmo Marconi)、俄国的波波夫(Alexander Popov)分别实现了无线电远距离传播，并很快投入商业使用。根据麦克斯韦方程，如果导电体上有随时间变化的电流，就会有电磁辐射的产生。研究电磁波的辐射，具有双重含义：一方面，电磁辐射是有害的，导电系统的电磁辐射场会对系统本身或者其它系统形成干扰，因此在系统设计时，需要进行合理的考虑，使系统的电磁辐射及防护达到规定的指标，达到规定的电磁环境的要求，以使系统中各电路之间以及各电子系统之间互不干扰地正常工作，这一研究范围称为电磁兼容；另一方面，电磁辐射是有益的，可以被有效的利用，利用电磁辐射源与场的关系，合理地设计辐射体——天线，使电磁能量能够携带有用的信息，有效地辐射到指定的空间区域，实现无线电通信等用途。后者才是本章讨论的重点。天线作为辐射或接收无线电波的部件而应用于任何一个无线电系统之中，其作用是将发射机送来的高频电流（或导波）有效地转换为无线电波并传送到特定的空间区域；或者将特定的空间区域发送过来的无线电波有效地转换为高频电流而进入接收机。前者称为发射天线，后者称为接收天线，这取决于无线电系统的功能要求，天线本身同时兼备发射和接收的功能，因此在理论上和分析设计上并不需作特别区分。天线的辐射原理可通过图 3-1 予以描述：图中上半部分为终端开路的理想平行传输线，...