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微波技术与天线第2版孙绪保微波技术与天线孙绪保5.1-5.3

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1、,第5章天线基本理论,5.1.1天线概述,天线有以下功能:,1 天线是能量转换器，能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量；,2 是方向性器件，具有方向性；,3 应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的极化；,4 天线是开放系统；,5 天线必须具有一定的频带宽度。,第5章天线基本理论,5.1.2天线的分类,天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等在不同情况下使用。按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、面状天线等。移动通信天线的技术发展很快，最初我国主要使用普通的定向和全向型移动天线，后来普遍使用机械天线，现在移动网已经开始使用电调天线和双极化移动天线。,都均匀辐射。,360,第5章天线基本理论,1.全向天线,2. 定向天线,在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，有方向性。,即在水平方向图上表现为,3.机械天线,即指使用机械调整下倾角度的移动天线。,第5章天线基本理论,4. 电调天线,所谓电调天线，即指使用电

2、子调整下倾角度的移动天线。,5. 双极化天线,第5章天线基本理论,5.2 电基本振子,5.2.1电基本振子的辐射场,电基本振子又称电流元，它是指一段理想的高频电流直导线，其长度,远小于波长,，,和导线直径,同时振子沿线的电流处处等幅同相，,电流分布为,图 5-1 电基本振子场及坐标系,第5章天线基本理论,在自由空间中产生的场为,是空气中电磁波的波数。,第5章天线基本理论,靠近振子的区域，,即,的区域，称为近场区。,由,和,得,忽略,项，,保留,项和,项，且,则近场为,近区场,近场,第5章天线基本理论,结论：,1）电场和磁场与,和,成正比, 近区场随距离的增大而迅速减小, 即,离天线较远时,近区场可认近似为零。,2）电场与磁场相位相差,90, 说明玻印廷矢量,为虚数,每周期平均辐射功率为零。,电磁能量在场源和场之间来回振荡,没有能量向外辐射, 所以近区场又称为感应场。,第5章天线基本理论,远离振子的区域，,即,的区域，称为远场区。,由,和,得,忽略,项，,保留,项和,项。,则远场为,(2 ) 远区场,第5章天线基本理论,远场,式中，,得,第5章天线基本理论,结论：,1 在

3、远区的场只有,和,分量, 它们在空间上相互垂直,与r方向组成右手螺旋关系，在,时间上同相位,坡印廷矢量,是实数, 且指向 r增加的方向。,这说明有电磁能量沿径向向外辐射, 所以远区场又称辐射场。,第5章天线基本理论,2 电场和磁场正比于,随着距离的增大, 辐射场减小，等相面为r等于,常数的球面，,辐射场是以球面波的形式向外扩散的,当距离增大时,辐射能量分布到更大的球面面积上;,3 电场和磁场正比,，即在不同的方向上, 辐射强度是不相等的。这,说明电基本振子,的辐射具有方向性。,第5章天线基本理论,例题5-1在垂直于基本电振子天线的轴线方向上，距离100km处，为得到,电场强度振幅值不,小于100,，问天线至少应辐射多大的功率？,解：依题意，距离r=100km，处于基本电振子的远区辐射场，场强可表示为,第5章天线基本理论,依题意，当,时,第5章天线基本理论,基本电振子平均功率流密度,=,则辐射功率,第5章天线基本理论,5.3 磁基本振子,磁基本振子又称磁流元、磁偶极子。所谓磁流元就是载有高频电流的小圆环，环半径和周长远小于波长，因此可以认为流过小环的时谐电流的振幅和相位处处相同，也就是说电流均匀分布。,5.3.1小电流环的辐射场,第5章天线基本理论,磁基本振子是一个半径为a的细线小环,其上有高频电流,环半径和周长远小于波长，假设电流环置于xoy平面上，且以坐标原点为圆心，环面积为s, 环电流的磁矩为,比较电基本振子，小电流环可以看着是由等值异号的磁荷,和,所形成的一磁基本振子，,则磁偶极矩,第5章天线基本理论,则磁流,忽略时间因子,，得,利用电场场理论的对偶原理：,，,获得小电流圆环的场,第5章天线基本理论,小圆环电流的远区场为,第5章天线基本理论,第5章天线基本理论,与电基本振子同样的处理方法，小圆环电流的远区场为,第5章天线基本理论,第5章天线基本理论,第5章天线基本理论,第5章天线基本理论,第5章天线基本理论,第5章天线基本理论,

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