【正文】 ( , ) si n4 4 4r o rr a v a vSrrP P a vP S d s S r d dPPS S d drr????? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ????? ? ??? ? ????????? ?? dds i n),(d 20 rSP avSr ???? ??? 20av sS )(θ,所以 有 , m a x200200, m a x1( , ) sin44( , )sinavavavavSDS d dSddS????? ? ? ? ?????? ? ???????主瓣功率最大值，與 無(wú)關(guān) ??, 且 222, m a x m a x2200( , ) ( , )( , )4( , ) sinavavSEFSEDF d d??? ? ? ????? ? ? ? ??????以 方向函數(shù)表示的方向系數(shù) 最終計(jì)算公式為 ③ 由波瓣寬度近似表示方向系數(shù) 當(dāng)副瓣電平較低時(shí) （ 20dB以下 ） ， 可根據(jù)兩個(gè)主平面的波瓣寬度來(lái)近似估算方向系數(shù) ， 即 0 . 5 0 . 541000( 2 )( 2 )EHD???式中波瓣寬度均用度數(shù)表示。 副瓣一般指向不需要輻射的區(qū)域 ， 因此要求天線的副瓣電平應(yīng)盡可能地低 。?0 .5?02 ?02 ?0 . 5 方向圖參數(shù) (1)零功率點(diǎn)波瓣寬度 （ Beam Widthbetween FirstNulls, BWFN) 2θ0E或 2θ0H (下標(biāo) E、 H表示 E、 H面）：指主瓣最大值兩邊兩個(gè)零輻射方向之間的夾角。E面 即電場(chǎng)強(qiáng)度矢量所在并包含最大輻射方向的平面； H面 即磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量所在并包含最大輻射方向的平面。 點(diǎn)擊播放 工程上常常采用兩個(gè)特定正交平面方向圖 。 方向圖就是與天線等距離處，天線輻射場(chǎng)大小在空間中的相對(duì)分布隨方向變化的圖形。 對(duì)偶原理建立了電荷及電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)和磁荷及磁流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系 。 但是對(duì)于某些電磁場(chǎng)問(wèn)題 ， 可引入 假想的磁荷 與 磁流 。 磁基本振子的輻射 磁基本振子 （ Magic Short Dipole） 又稱(chēng)磁流元 、 磁偶極子 ?？梢?jiàn)，電流元的輻射場(chǎng)具有 線極化 特性。場(chǎng)強(qiáng)公式中與方位角 ? 及 ? 有關(guān)的函數(shù)稱(chēng)為 方向性因子 ，以 f (?, ? ) 表示。 ?e ?e reee ?? ??krrlIH je2s i n j ?????krrlZIE je2s i n j ?????（ 3） 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)振幅與距離 r 一次方成反比，場(chǎng)強(qiáng)隨距離增加不斷衰減。 Eθ 和 Hφ 的比值為常數(shù)，稱(chēng)為媒質(zhì)的波阻抗 η 。 由上式可見(jiàn)， 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)只有兩個(gè)相位相同的分量（ Eθ,Hφ） 。 近區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn) ③ 電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間存在 π/2的相位差，坡印廷矢量的平均值 ，能流密度的實(shí)部為零，只存在虛部，可見(jiàn)近區(qū)場(chǎng)中沒(méi)有能量的單向流動(dòng)。 在球坐標(biāo)中， z 向電流元場(chǎng)強(qiáng)具有 ， 及 三個(gè)分量，而 。 00 2/k ? ? ? ? ????式中略去了時(shí)間因子 e jωt 距離遠(yuǎn)小于波長(zhǎng) (r ?)的區(qū)域稱(chēng)為 近區(qū) ； (r ?)的區(qū)域稱(chēng)為 遠(yuǎn)區(qū) 。 利用矢量磁位 A 計(jì)算其輻射場(chǎng)。第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 《 電波與天線 》 本章內(nèi)容 基本振子的輻射 發(fā)射天線的電參數(shù) 互易定理與接收天線的電參數(shù) 對(duì)稱(chēng)振子 天線陣的方向性 對(duì)稱(chēng)振子陣的阻抗特性 無(wú)限大理想導(dǎo)電反射面對(duì)天線電性能的影響 電基本振子 （ Electric Short Dipole） 是指一段 理想的高頻電流直導(dǎo)線 ， 其長(zhǎng)度 l遠(yuǎn)小于波長(zhǎng) λ以及觀察距離 ，其半徑 a遠(yuǎn)小于 l， 同時(shí)振子沿線的電流 I處處等幅同相 。 電基本振子的球坐標(biāo) yxzl OIr??E?H?Er設(shè)電流元位于 無(wú)限大的空間 ，周?chē)劫|(zhì)是 均勻線性且各向同性的理想介質(zhì) 。 由于 ， 可以認(rèn)為上式中 ， 又因電流僅具有 z 分量 ， 即 ， 因此 rll ???? ,? r??? || rrlz ??? dd el?c o szr AA ? ?? s i nzAA ?? 0??Akrz rlIA jeπ4 ?? ?式中 ? r Il z y x ? ? , ? A? Az Ar ? A? b. 位函數(shù) 再利用關(guān)系式 求得在球坐標(biāo)系原點(diǎn) O沿 z軸放置的電基本振子在無(wú)限大自由空間中場(chǎng)強(qiáng)的表達(dá)式 AH ??? ?1? ? ?? j jAAE ?????? 22302230001sin ( )421c o s( )411sin ( )40rjk rjk rrjk rHHI l kH j errI l kE j errI l k kE A j j er r rE??????? ? ??? ? ????? ????????????????? ? ??????rrE E e E eH H e?????? ???? 為自由空間相移常數(shù) ， λ為自由空間波長(zhǎng) 。具有重要意義的是物體的尺寸相對(duì)于波長(zhǎng)的大小，以波長(zhǎng)度量的幾何尺寸稱(chēng)為物體的 波長(zhǎng)尺寸 。 ② 雖然電流元的電流隨時(shí)間變化 ， 但它產(chǎn)生的近區(qū)場(chǎng)與靜態(tài)場(chǎng)的特性完全相同 ， 無(wú)滯后現(xiàn)象 ， 故近區(qū)場(chǎng)也稱(chēng)為 似穩(wěn)場(chǎng) 或 準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng) 。 近區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn) 2. 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng) kr1即 （ rλ/(2π)） 的區(qū)域稱(chēng)為遠(yuǎn)區(qū) ， 在此區(qū)域內(nèi) 231 1 1( ) ( )kr kr kr? ? ? ? 因此保留場(chǎng)強(qiáng)公式中的最大項(xiàng) 。電場(chǎng)及磁場(chǎng)均與傳播方向 r 垂直，遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)為 TEM波 ，電場(chǎng)與磁場(chǎng)的關(guān)系為 。 這就表明 ， 遠(yuǎn)區(qū)中只有不斷向外輻射的能量 ， 所以遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)又稱(chēng)為 輻射場(chǎng) 。 （ 4） 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)振幅不僅與距離有關(guān)，而且與觀察點(diǎn)所處的方位也有關(guān)，即在相等距離上處于不同方向的輻射場(chǎng)不等，這種特性稱(chēng)為天線的 方向性 。 ??? s in),( ?f（ 5） 電場(chǎng)及磁場(chǎng)的方向與時(shí)間無(wú)關(guān)。 輻射電阻 Rr 228 0 ( )rlR ????212rrP I R?WlIdddsHEdsSPSSavr22232020)(40s i n15]R e [21???????????????????????電偶極子向自由空間輻射的總功率即 輻射功率 Pr 為了衡量天線輻射功率的大小，以輻射電阻 Rr表述天線的輻射功率的能力，其定義為 由此可見(jiàn)，電流元長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則電磁輻射能力越強(qiáng)。 自然界中至今尚未發(fā)現(xiàn)任何 磁荷 與 磁流 存在 。 ? ? ? ?rrJ mm j??????磁荷守恒定律 : )()()( me rErErE ?? )()()( me rHrHrH ?? 如果將上述電場(chǎng)及磁場(chǎng)分為兩部分：一部分是由電荷及電流產(chǎn)生的電場(chǎng) 及磁場(chǎng) ；另一部分是由磁荷及磁流產(chǎn)生的電場(chǎng) 及磁場(chǎng) ， 即 )(e rE )(e rH)(m rE )(m rH麥克斯韋方程是線性的 ??????????????????????????eeeeee0 j jDBHEEJH?????????????????????0 j jmmmmmmmmDBHJEEH?????電荷和電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng) 磁荷和磁流產(chǎn)生的電磁場(chǎng) 比較上述兩組方程后 ， 可以獲得以下對(duì)應(yīng)關(guān)系： ??????memeHEEH??????????????mm??JJ這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系稱(chēng)為 對(duì)偶原理 或 二重性原理 。 發(fā)射天線的電參數(shù) 方向函數(shù) 空間方位角 yzr?O?x場(chǎng)強(qiáng) f(θ,φ)可定義為 ( , , )( , )6 0 /ErfIr???? ?對(duì)電基本振子 ， 方向函數(shù)為 ( , ) ( ) s i nlff ?? ? ? ????60( , , ( , )IE r fr? ? ? ??若天線輻射的電場(chǎng)強(qiáng)度為 E(r,θ,φ)， 把電場(chǎng)強(qiáng)度 （ 絕對(duì)值 ）寫(xiě)成 方向函數(shù) 為了便于比較不同天線的方向性 ， 常采用 歸一化方向函數(shù) ， 用 F(θ,φ)表示 ， 即 m a x m a x( , )( , )( , )( , )EfFfE?????????? 電基本振子 的歸一化方向函數(shù)可寫(xiě)為 F(θ,φ)=|sinθ| 理想點(diǎn)源 是無(wú)方向性天線 ， 它在各個(gè)方向上 、 相同距離處產(chǎn)生的輻射場(chǎng)的大小是相等的 ， 因此 ， 它的歸一化方向函數(shù)為 F(θ,φ)=1 將方向函數(shù)用曲線描繪出來(lái)，稱(chēng)之為方向圖。 方向圖 基本振子立體方向圖 yzIx?對(duì)于 電基本振子 ， 由于歸一化方向函數(shù) F(θ,φ)=|sinθ|， 因此其立體方向圖如下 。 電基本振子 E平面方向圖 yzO功 率 方 向圖 場(chǎng) 強(qiáng) 方 向圖| s in ? |?電基本振子 H平面方向圖 zxy?| s i n 9 0 | ＝ 1176。 天線方向圖的一般形狀 主軸主瓣后瓣第一副瓣? ＝ 0176。 (3)副瓣電平