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纯净的硅(初级)

天线近场和远场 [复制链接]

应用于天线的信号将产生与信号相关的场。这些场是与天线上的电势相关的电场和与其中流动的电流相关的磁场。

然而,这些场的特性随着与天线的距离而变化,因此它们被称为近场和远场。

近场和远场具有不同的特性,因此在处理天线和任何测量时,有必要了解它们之间的差异。

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这两个场的反应不同,因此必须了解天线的近场和远场之间的差异以及这在实践中可能意味着什么。

了解这些场的反应方式以及它们的属性以及它们与天线的关系,有助于理解它们在从接收到广播、无线电通信、移动通信、EMC 测量等方方面面的运作。

天线及相关领域

在查看天线近场和远场及其差异时,首先需要了解不同的场是如何产生的以及它们是什么。

当射频信号应用于任何形式的天线时,都会产生电场和磁场。

施加到天线的信号的电压元素会产生电场(通常称为 E 场)。但是电流也会在天线导体中流动,并且该电流会产生磁场(通常称为 H 场)。这正如人们从对电线上的电势和电流流动的影响的基本理解中所期望的那样。

然而,电场和磁场相互作用,形成与天线相关的电磁场。

更详细地观察这些场,我们发现局部 E 和 H 场随着天线中电压和电流的频率上升和流动。

实际上发现,紧邻天线的近场彼此之间存在 90 °异相,因此这些场导致的净能量传输为零。

此外,这些场随着与天线的距离的增加而衰减得相对较快。

然而,随着距离远离天线,这些局部 E 和 H 场变得更加重要。这些领域产生了另一种形式的领域。它们会产生新的同相 E 和 H 场,这些场是电磁场,在这种情况下是从天线向外传播更远的无线电波。

显示电和磁分量的电磁波 - e/m 波用于从无线电通信到 wi-fi 无线局域网、雷达、广播、雷达等的所有应用

电磁波

由于电磁波的电子 (E) 场和磁场 (H) 同相,因此该波形携带能量。此外,由于 E 和 H 场同相并承载功率,因此电磁波从天线传播开来,并且衰减的速度远低于天线附近存在的原始 E 和 H 场

近场和远场

可以看出,基本电场和磁场存在于靠近天线的地方,并随着远离天线而迅速衰减。此外,电磁波传播距离天线更远,衰减更慢。

此,经常提到不同的区域,其中不同的领域占主导地位,等等。

使事情复杂化的是,这些区域的定义有时会根据特定应用而有所不同,并且可以称为“短”天线的天线的行为也略有不同。因此,在某些领域可能会使用不同的定义和方法。

这里的目的是提供一个概述,进一步的研究和理解可以以此为基础。

近场:   正如预期的那样,天线近场区域是靠近天线的区域。它也可以称为反应性近场区域。

在该区域中,由电势和电流产生的电场和磁场占主导地位。如前所述,这些场彼此之间存在 90° 异相。

过渡区:   这是近场和远场区域之间的区域,其中两种类型的场都不占主导地位,并且存在从一种场到另一种场的过渡。它也可以称为辐射近场区域。

远场:   顾名思义,远场区是过渡区以外的局部电场和磁场已经衰减到可以忽略不计的程度,电磁波占主导地位并且是唯一可检测形式的区域领域。

天线近场区

顾名思义,近场区域离天线最近,可以称为近场区域或反应近场区域。

正是在该区域中,电场和磁场占主导地位,其特征还在于电场和磁场彼此错开 90°。由于没有电阻,也没有功率传输或损耗,因此这会使场发生反应。

反应性近场区电磁场的辐射特性虽然存在,但相对较小。

电场和磁场在反应场中最强,因此可以分别测量电场和磁场。

然而,根据天线类型,在近场区域中一个场强于另一个场。例如,对于环形天线,磁场在该区域占主导地位——这是使用环形天线时值得记住的一个因素。

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磁环天线

有多种关于反应性近场延伸多远的定义,这取决于应用、天线等。

通常,近场区域范围的方程定义为:Near field region≤λ/2

值得记住的是,在近场区域内,与电源线、内部管道、金属排水管等导电结构的耦合比远场产生的耦合要大得多。

这不仅会导致天线的馈电阻抗和辐射方向图发生变化,而且还意味着可能会导致明显更高的干扰水平。这就是为什么始终最好使用外部天线的原因之一,这些天线可以远离可能产生不良影响的导电物体。

它也有助于在进行 EMC 测量时了解这一点,因为不同的领域反应不同,会产生不同形式的 EMC 问题。

天线过渡区

从反应性近场区域移出,存在从独立电场和磁场的反应性占主导地位到远场辐射性的转变。

这里有一个到电磁场的过渡,电场和磁场之间的位移为零,因此它能够携带能量并传播得更远。

该过渡区也可称为辐射近场区或菲涅尔区。

该区域可以在数学上指定为存在于以下区域中。

λ/2≤R≤2 L2/λ

其中:

    R 是过渡区的区域

    L 是天线的长度

天线远场区

远场区域也称为 Fraunhofer 区域,它是过渡区域之外距离天线最远的区域。

该区域以辐射电磁场为主,电场和磁场已降至可忽略不计的水平。

该区域的内部边界可以用数学方程式或公式表示如下:

R≥2 L2/λ

这有时可能被认为是天线远场方程,因为它允许可能被认为是区域的起点,在该区域可以安全地假设仅存在来自天线的远场效应。

它位于可以测量天线辐射方向图的远场区域内,因为它在很大程度上与距天线的距离无关。辐射遵循正常的 1/d 2方向图,但在足够的距离内,随着天线旋转,任何微小的变化都不会很明显。

如果需要计算该区域的场强,则使用称为 Friis 公式的公式。

了解近场和远场对天线操作的重要性可以更好地理解天线的操作,特别是当它们用于测量时,或者当附近的物体可能影响它们的接收、广播、双向无线电操作时通信、移动通信、EMC 测量等。它们操作的近场和远场方面可能对它们在特定情况下的工作方式和有效性产生重大影响。

此帖出自RF/无线论坛

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