第七章 面天线的辐射
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第七章 面天线利用口径面辐射或接收电磁波的天线称为面天线。
主要包括喇叭天线、抛物面天线、卡塞格仑天线和环焦天线等,是一种高增益天线。
面天线的分析是基于惠更斯-非涅尔原理,即空间任一点的场,由包围天线的封闭曲面上各点的电磁扰动产生的次级辐射在该点叠加的结果。
§6.1 等效原理与惠更斯元的辐射6.1.1 等效原理面天线通常由导体面和初级辐射源组成。
假设包围天线的封闭曲面由导体面的外表面1S 和口径面2S 组成,导体面1S 上场为零,面天线的辐射场由口径面2S 的辐射产生。
通常口径面2S 取成平面,当由口径场s E 和s H 求解远区辐射场时,可将2S 分成许多面元(称为惠更斯元),每一个面元辐射可用等效电流和等效磁流来代替,口径场的辐射场就是所有的等效电流和等效磁流辐射场之和,称为等效原理。
6.1.2 惠更斯元的辐射惠更斯元是分析面天线辐射问题的基本辐射元。
假设平面口径(xoy 面)上的一惠更斯元n edxdy s d ˆ=,其上切向电场y E 和切向磁场x H均匀分布,面元上等效电流密度为:x y x n e H e H eJ ˆˆ=⨯=相应的等效电流为:dx H edx J I x y ee ˆ== 面元上等效磁流密度为: y x y n m E e E eJ ˆˆ=⨯-= 相应的等效磁流为:dy E edy J I y x mm ˆ== 可见,惠更斯元的辐射是相互正交放置的长度分别为dy 、dx 的基本电振子和基本磁振子的辐射场之和。
在主平面E 面(y o z 平面),电流分布为dx H eI x y eˆ= 的基本电振子产生的辐射场为:()ααλπee rdydx H j E d jkr x e ˆsin 60-= 磁流分布为dx H eI x y eˆ= 的基本磁振子产生辐射场为: ()αλee rdx dy E j E d jkry m ˆ2--= 将π120y x E H -=,θπα-=2,θαe e ˆˆ-=代入上式: θθλedxdy e r E j E d jkr ye ˆcos 2-= θλedxdy e rE j E d jkry m ˆ2-= 惠更斯元在E 面上产生的辐射场为:()θθλe ds e E rjE d jkr y E ˆcos 121-+= (1)在主平面H 面(xoz 平面),同样可得基本电振子和基本磁振子的辐射场为:ϕλeds e rE j E d jkry e ˆ2-= ϕθλeds e rE j E d jkr ym ˆcos 2-= 该平面上惠更斯元产生的辐射场为:()ϕθλe ds e rE jE d jkr yH ˆcos 12-+= (2) 由(1)、(2)两式可见:(1)。
天线辐射范围
天线的辐射范围取决于其类型、设计和工作频率。
不同类型的天线具有不同的辐射模式和辐射范围。
一般来说,天线的辐射范围可以分为以下几个方面:
1. 辐射方向:天线通常具有主要辐射方向,也称为主辐射波束。
这是天线辐射信号最强的方向,辐射能量集中在这个方向上。
辐射波束的宽度决定了天线的方向性,窄波束天线辐射范围较小,宽波束天线辐射范围较大。
2. 信号强度:天线辐射信号的强度随距离的增加而逐渐减弱。
通常情况下,辐射范围随着距离的增加而增大,但信号强度会降低。
3. 工作频率:天线的辐射范围还与其工作频率有关。
不同的频率具有不同的辐射特性,如天线的大小、设计和辐射模式等可能会因频率而有所不同。
需要注意的是,天线辐射范围是三维的,通常用径向图来表示。
这个图表明了天线在各个方向上的辐射强度,通常以立体角度(solid angle)或dB(分贝)为单位。
综上所述,天线的辐射范围是一个相对的概念,具体取决于天线的类型、设计参数和工作条件。
一文看懂天线辐射的基本原理1电磁波产生的基本原理按照麦克斯韦电磁场理论,变化的电场在其周围空间产生变化的磁场,而变化的磁场又产生变化的电场。
这样,变化的电场和变化的磁场之间相互依赖,相互激发,交替产生,并以一定速度由近及远地在空间辐射出去。
周期性变化的磁场激发周期性变化的电场,周期性变化的电场激发周期性变化的磁场。
电磁波不同于机械波,它的传播不需要依赖任何弹性介质,它只靠“变化电场产生变化磁场,变化磁场产生变化电场”的机理来传播。
当电磁波频率较低时,主要籍由有形的导电体才能传递;当频率逐渐提高时,电磁波就会外溢到导体之外,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。
在低频的电振荡中,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。
然而,在高频率的电振荡中,磁电互变甚快,能量不可能反回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。
根据以上的理论,每一段流过高频电流的导线都会有电磁辐射。
但是他们在不同地方需要有不同的功能,有的导线用作传输,就不希望有太多的电磁辐射损耗能量;有的导线用作天线,就希望能尽可能地将能量转化为电磁波发射出去。
于是就有了传输线和天线。
无论是天线还是传输线,都是电磁波理论或麦克斯韦方程在不同情况下的应用。
对于传输线,这种导线的结构应该能传递电磁能量,而不会向外辐射;对于天线,这种导线的结构应该能尽可能将电磁能量传递出去。
不同形状、尺寸的导线在发射和接收某一频率的无线电信号时,效率相差很多,因此要取得理想的通信效果,必须采用适当的天线才行!研究什么样结构的导线能够实现高效的发射和接收,也就形成了天线这门学问。
高频电磁波在空中传播,如遇着导体,就会发生感应作用,在导体内产生高频电流,使我们可以用导线接收来自远处的无线电信号。
2天线在无线通信系统中,需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波,或者将无线电波转换为导波能量,用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。
微波抛物面天线的辐射原理
1.聚焦:抛物面反射器的形状是一个抛物线,并且其辐射源恰好位于
抛物线的焦点上。
当辐射源产生微波信号时,抛物面反射器会将这些信号
聚集到焦点上。
这样,辐射源产生的微波信号就会被聚焦到一个相对较小
的区域内。
2.反射:抛物面反射器的曲率可以确保来自辐射源的微波信号以几乎
完全平行的方式反射出去。
这使得微波信号能够在一个较长的距离上传播,而不会因为分散或扩散而损失能量。
3.指向性:由于抛物面反射器的形状和反射性质,微波抛物面天线具
有强烈的指向性。
也就是说,它可以将辐射源产生的微波信号以更大的功
率和更准确的方向发送出去。
这使得微波信号可以更好地传播到目标区域,从而提高了通信的质量。
4.增益:由于抛物面反射器的特性,微波抛物面天线还具有较高的增益。
增益是指天线在其中一特定方向上能够向传输介质中辐射功率的比例。
通过利用抛物面反射器的形状和反射性质,微波抛物面天线可以将辐射源
产生的微波信号集中到一个较小的区域内,从而增加了辐射功率。
总结起来,微波抛物面天线的辐射原理是通过抛物面反射器的形状和
反射性质将辐射源产生的微波信号聚焦和反射出去,从而实现强烈的指向
性和高增益。
这使得微波信号能够更好地传播到目标区域,提高通信质量。
同时,抛物面反射器的曲率确保了微波信号的几乎平行传播,从而减小了
信号的损失。
绪论单元测试1.天线是一种开放式辐射系统,传输线是一种闭合式传输系统A:对B:错答案:A第一章测试1.设均匀双线的导线半径为,双线轴线间的距离为,则均匀双线的特性阻抗为:A:B:C:D:答案:D2.半波振子天线的方向图:A:在E面和H面都是8字形B:在H面为8字形,在E面为圆形C:在E面为8字形,在H面为圆形D:在E面和H面都是圆形答案:C3.设某天线输入功率为,增益为,辐射功率为,方向系数为,则距离天线距离为的测试点出最大电场强度为A:B:C:D:答案:AB4.某天线的增益系数为20dB,工作频率为0.6GHz,则有效接收面积为()m2。
A:1.99B:1.97C:1.98D:2.00答案:A5.电基本振子的零功率波瓣宽度2θ0为()A:45°B:360°C:90°D:180°答案:D第二章测试1.天线与馈线之间连接时要考虑:A:平衡输出B:交叉馈电C:阻抗匹配D:平衡馈电答案:CD2.提高直立天线效率的关键在于A:提高辐射电阻B:降低辐射电阻C:降低损耗电阻D:提高损耗电阻答案:AC3.短波鞭状天线一般具有很高的效率。
A:对B:错答案:B4.驻波天线,也称为谐振天线,天线上以驻波能量存在,其输入阻抗具有明显的谐振特性,天线工作频带较窄。
A:错B:对答案:B5.半波对称振子的方向系数D是()A:1.67B:1.65C:1.64D:1.66答案:C第三章测试1.与驻波天线相比,行波天线具有以下优点A:较高的效率B:较好的单向辐射特性C:较高的增益D:较宽的工作带宽答案:BCD2.以下天线中行波天线有A:菱形天线B:引向天线C:螺旋天线答案:AC3.螺旋天线是一种最常用的线极化天线。
A:对B:错答案:B4.为了提高菱形天线的增益,可采用回授式菱形天线结构。
A:错B:对答案:A5.行波天线,天线上以行波能量存在,其输入阻抗基本不受频率变化影响,天线工作频带较宽。