【正文】 從點(diǎn)源輻射的波其波陣面是球面。因?yàn)橛^測(cè)點(diǎn)離開點(diǎn)源很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，在觀察者所在的局部區(qū)域，其波陣面可近似為平面，當(dāng)作平面波處理。符合這一條件的場(chǎng)通常稱為遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)。這里所謂很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)都是以波長(zhǎng)來計(jì)量的。 離開天線一定距離處，描述天線輻射的電磁場(chǎng)強(qiáng)度在空間的相對(duì)分布的 數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為天線的方向性函數(shù)；在離開天線一定距離處，描述天線輻射的電磁場(chǎng)強(qiáng)度在空間的相對(duì)分布的圖形就叫天線的方向圖。最大輻射波束通常稱為方向圖的主瓣。主瓣旁邊的幾個(gè)小的波束叫旁瓣。 天線增益是在波陣面某一給定方向天線輻射強(qiáng)度的量度。它是被研究天線在最大輻射方向的輻射強(qiáng)度與被研究天線具有同等輸入功率的各向同性天線在同一點(diǎn)所產(chǎn)生的最大輻射強(qiáng)度之比。 ?4饋入天線總功率率單位立體角最大輻射功?G () 天線方向性 DG 與天線增益 G 類似但與天線增益定義略有不同。 ?4總的輻射功率 率單位立體角最大輻射功?DG () 因?yàn)樘炀€總有損耗，天線輻射功率比饋入功率總要小一些，所以天線增益總要比天線方向性小一些。 理想天線能把全部饋入天線的功率限制在某一立體角 B? 內(nèi)輻射出去，且在B? 立體角內(nèi)均勻分布。這種情況下天線增益與天線方向性相等。 BDGG ????4 () 理想的天線輻射波束立體角 B? 及波束寬度 B? 圖 立體角及波束寬度 實(shí)際天線的輻射功率有時(shí)并不限制在一個(gè)波束中，在一個(gè)波束內(nèi)也非均勻分布。在波束中心輻射強(qiáng)度最大，偏離波束中心，輻射強(qiáng)度減小。輻射強(qiáng)度減小到3db時(shí)的立體角即定義為 B? 。波束寬度 B? 與立體角 B? 關(guān)系為 : 24BB ???? （ ） 旁瓣電平是指主瓣最近且電平最高的。第一旁瓣電平，一般以分貝表示。方向圖的旁瓣區(qū)一般是不需要輻射的區(qū)域，其電平應(yīng)盡可能的低。 天線效率 A? 定義為： 1PPPPPiA ??? ???? （ ） 式中 ， iP 為輸入功率； 1P 為歐姆損耗； ?P 為輻射功率。 天線的輻射電阻 ?R 用來度量天線輻射功率的能力，它是一個(gè)虛擬的量，定義如下：設(shè)有一個(gè)電阻 ?R ，當(dāng)通過它的電流等于天線上的最大電流時(shí)，其損耗的功率就等于輻射功率。顯然，輻射電阻越大，天線的輻射能力越強(qiáng)。由上述定義得輻射電阻與輻射功率的關(guān)系為 ??? RIP m221 （ ） 即輻射電阻為 22mIPR ??? （ ） 仿照引入輻射電阻的辦法，損耗電阻 R1為 211 2mIPR? （ ） 將上述兩式代入效率公式，得天線效率為 ??? ???? RRRR RA /1 111? （ ） 可見，要提高天線效率，應(yīng)盡可能提高 ?R ，降低 1R 。 為了定量描述傳輸線上的行波分量和駐波 分量，引入駐波系數(shù)和行波系數(shù)。 傳輸線上最大電壓 (或電流 )與最小電壓 (或電流 )的比值，定義為駐波系數(shù)或駐波比，表示為 m inm a xm inm a x IIUU ??? （ ） 駐波系數(shù)和反射系數(shù)的關(guān)系可導(dǎo)出如下 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?zzUzUzUzU ?????????? ??? 1 （ ） 故得 ? ?22m a x 1 ??? ?UU ? ?22m in 1 ??? ?UU （ ） 22m inm a x 11 ?? ???? UU? （ ） 行波系數(shù)定義為傳輸線上最小電壓 (或電流 )與最大電壓 (或電流 )的比值，即 m a xm inm a xm in IIUUK ?? （ ） 顯然： 22111 ???????K （ ） 效率有輻射效率與天線效率之分。由于入射波反射的存在，天線不可能把入射功率全部提供到天線的輸入端口作為天線的輸入功率。同時(shí)，天線也不可能把從饋線輸入給他的輸入功率全部輻射出去，總有一部分要損耗掉，如天線導(dǎo)線中的熱損耗、介 質(zhì)中的介質(zhì)損耗、地電流的損耗以及天線近旁物體吸收電磁波一起的損耗等等。 為了便于對(duì)概念的理解，先將天線的有關(guān)的基本功率定義如下： 入射功率 入P ：指發(fā)射機(jī)等提供給天線的功率。 反射功率 反P ：指天線反射回來的功率。 輸入功率 inP ：指收發(fā)機(jī)等提供給天線的功率。 損耗功率 dP ：指由于導(dǎo)線、介質(zhì)或者地電流等存在而損耗的功率。 輻射功率 ?P ：指天線把發(fā)射機(jī)提供的功率扣除損耗輻射出去的功率。 根據(jù)以上定義，很容易得到： din PPPPP ???? ?反入 （ ） 微帶縫隙天線的應(yīng)用 微帶縫隙天線在航天器飛行、衛(wèi)星直播電視以及醫(yī)學(xué)診斷中得到了應(yīng)用。 在衛(wèi)星直播電視接受中， ~用。人們以矩形寬縫微帶天線作為作為陣元，作出了 2， 4， 16， 64以及 512單元平面陣。在 H面內(nèi)，單元縫隙間距為 λ， E面縫隙間距為 λ/2?？p隙是由微帶分路器饋電。圖 512單元寬縫隙組成的陣方向圖和增益。這種天線的缺點(diǎn)是單元多，饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。 (a)方向圖 (b)增益與頻率的關(guān)系 圖 512 單元縫陣的方向圖和增益 近來，人們制作了一種寬帶高增益圓縫陣。陣元圓縫結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 圓縫的結(jié)構(gòu) 圓縫直徑與波長(zhǎng)可比，因此它也屬于寬縫。他是由兩介質(zhì)板之間帶線激勵(lì)的，下面有一段圓波導(dǎo)狀金屬導(dǎo)體。調(diào)整帶線寬度和深 入縫中的長(zhǎng)度可以獲得帶寬匹配。為了提到增益，在圓縫上金屬表面加一層直徑大一些的厚金屬板，形成短圓喇叭狀。 一個(gè) 4 4圓縫陣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是：基板厚度 ；相對(duì)介電常數(shù) ；用 50歐姆帶線饋電?？p隙的工作模式為 TEM，中心頻率為 12GHz，駐波系數(shù)為 2： 1的帶寬可達(dá) 2GHz；單縫增益為 10dB。陣的增益為 。在 ~范圍內(nèi)，天線效率可達(dá)到 57%~67%。交叉極化低于最大增益 25 dB。上述數(shù)據(jù)表明，在同樣指標(biāo)要求下，圓縫隙陣優(yōu)于矩形寬縫隙陣。 圖 天線結(jié)構(gòu)示意圖。單縫的增益可達(dá)到 6dB。工作頻率為 S波段。 圖 醫(yī)用寬縫微帶天線結(jié)構(gòu)示意圖 這種天線放在人體組織附近進(jìn)行診斷。因此，場(chǎng)強(qiáng)隨縫隙表面與人體組織間距離變化的數(shù)據(jù)是重要的。圖表示場(chǎng)強(qiáng)隨縫隙表面與水平面距離的變化。在醫(yī)療診斷和治療中，把微帶縫隙天線表面貼在人體有關(guān)部位或與有關(guān)部委保持一定距離，目的是在人體有關(guān)部位上產(chǎn)生一定形狀和強(qiáng)度的熱區(qū)。 Ansoft HFSS 軟件簡(jiǎn)介 HFSS是由 Ansoft公司推出的三維電磁仿真軟件； HFSS是由 Ansoft公司推出的 三維電磁仿真軟件；是世界上第一個(gè)商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)仿真軟件，業(yè)界公認(rèn)的三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的電子設(shè)計(jì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 HFSS提供了一簡(jiǎn)潔直觀的用戶設(shè)計(jì)界面、精確自適應(yīng)的場(chǎng)解器、擁有空前電性能分析能力的功能強(qiáng)大后處理器，能計(jì)算任意形狀三維無源結(jié)構(gòu)的 S參數(shù)和全波電磁場(chǎng)。 HFSS軟件擁有強(qiáng)大的天線設(shè)計(jì)功能，它可以計(jì)算天線參量，如增益、方向性、遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖剖面、遠(yuǎn)場(chǎng) 3D圖和 3dB帶寬；繪制極化特性，包括球形場(chǎng)分量、圓極化場(chǎng)分量、 Ludwig第三定義場(chǎng)分量和軸比。使用 HFSS，可以計(jì)算：①基本電磁場(chǎng)數(shù)值解和開邊界問題，近 遠(yuǎn)場(chǎng)輻射問題；② 端口特征阻抗和傳輸常數(shù)；③ S參數(shù)和相應(yīng)端口阻抗的歸一化 S參數(shù)；④ 結(jié)構(gòu)的本征?；蛑C振解。而且，由 Ansoft HFSS和 Ansoft Designer構(gòu)成的 Ansoft高頻解決方案，是目前唯一以物理原型為基礎(chǔ)的高頻設(shè)計(jì)解決方案，提供了從系統(tǒng)到電路直至部件級(jí)的快速而精確的設(shè)計(jì)手段，覆蓋了高頻設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)。 HFSS軟件擁有強(qiáng)大的天線設(shè)計(jì)功能，它可以計(jì)算天線參量，如增益、方向性、遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖剖面、遠(yuǎn)場(chǎng) 3D圖和 3dB帶寬；繪制極化特性，包括球形場(chǎng)分量、圓極化場(chǎng)分量、 Ludwig第三定義場(chǎng)分量和軸 比。 Ansoft HFSS提供了一個(gè)直觀、易于使用、用于建立任意三維無源器件模型的界面。創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì)包括步驟如下： 1． FileNew，然后點(diǎn)擊 Proje