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天线基础 [复制链接]

    天线为什么能发射和接收无线电信号?

自赫兹和马可尼发明天线以来 ,天线在人类的社会生活中发挥着越来越重要的作用。天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备,是无线电通信系统中重要的一环,天线的性能将直接影响到通信系统的品质。

 天线辐射的原理如图1.1所示。当导线上有交变电流通过时,就可以发生电磁波的辐射,辐射的能力与导线的长度和形状有关,若两条导线的距离很近,电场被束缚在两条导线之间,那么辐射很微弱。若将两条导线张开,电场就散播在周围的空间内,那么辐射增强。需要指出的是,当导线的长度L远小于波长时,辐射很微弱;当导线de的长度L增大到可与波长相比拟时,导线上的电流将大大增加,因此就能形成较强的辐射。

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偶极子天线搬开 image.png    传输线

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天线的辐射

image.png  

 

辐射的基本单元有电基本振子,下面以电基本振子为列来讲解天线的辐射问题。

 

    电基本振子的辐射场

电基本振子又称电流元或者电偶极子,它是一段高频电流直导线,其长度dl<<波长,其截面半径a<<dl,导线上的电流处处等幅同相。用这样的电基本振子可以组成实际的复杂天线,所以电基本振子的辐射特性是研究复杂天线辐射特性的基础。

根据电流连续性源理,在电基本振子两端将同时积存大小相等、符号相反的时变电荷。将电基本振子的中心放置于球坐标系的坐标原点,并使长度dl沿着Z轴方向,如图所示:

image.png 电基本振子的电流大小使用I表示,则矢量位A可以表示为

image.png  在球坐标系中

  image.png

于是,可以求得辐射的磁场强度为:

  image.png

image.png  在利用麦克斯韦方程,可以求得电场强度为:

image.png  即

image.png 式中,E为电场强度,单位V/m;H为磁场强度,单位为A/m;下标 image.png  分  别表示球坐标系的各个方向分量;

image.png 为自由空间的介电常数, image.png   单位为F/m;

image.png 为自由空间导磁率, image.png    单位为H/m;k是自由空间相位常数, image.png image.png 是自由空间波长。  

 

 

此帖出自RF/无线论坛
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近区场

kr<<1的区域称为近区,此时 image.png  则可以近似为:

image.png  由此可以看出,近区电场和磁场存在Π/2的相位差,于是坡印廷矢量的平均值为:

image.png

由于能量在电场和磁场以及场和源之间交换而没有能量辐射,因此近区场也称为感应场。 

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远区场

 

kr>>1的区域称为远区,此时 image.png   近似为:

image.png  由此可以看出,在远区内,电场只有E0分量,磁场只有 image.png  分量,且电场和磁场的相位相同。此时,坡印廷矢量的平均值为: image.png 由于电磁波沿着球坐标系的 r 方向 向外辐射,因此远区场也称为辐射场。

对于电基本振子的辐射场而言,电场、磁场和传播方向三者相互垂直,在传播方向上电场和磁场的分量为零,故称为横电磁波,即TEM波。

而且,电场分量E0和磁场分量的比值为常数,我们将其称为媒质的波阻抗。

对于自由空间而言,媒质的波阻抗为:

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