【正文】 叉極化場。 ● 中場區(qū) (βr1) jj0j0 2j si n4j si n4c o s20rrrrrI dzHerI dzEerI dzEerE H H?????????????????????????????? ? ???() 鏈接 對于中等的 βr值，電場的兩個分量 Eθ和 Er在時間上不再同相，而相位相差接近 π /2 ，它們的大小一般不等，其合成場為一個隨時間變化的旋轉(zhuǎn)矢量，矢量末端的軌跡為一個橢圓，即為橢圓極化波。若要計算該區(qū)中的電磁場，則可取式 ()中各場量的前兩項。因 βr1 ，可令 ejβr≈1，則該區(qū)中的電磁場表示式 ()與恒定電流元的場完全相同。即 * * *11 ??R e[ ] R e[ ] 022a v rr E H E H? ? ??? ? ? ? ?W E H() 這種場稱為感應(yīng)場，所以近場區(qū)又稱作感應(yīng)場區(qū)。即在某一時刻電場最大時，磁場為零，磁場最大時，電場為零，就如諧振腔中的電磁場一樣。 ● 近場區(qū) (βr1) 在近場區(qū)中，式 ()表示的各電磁場分量只需取最后一項來近似表示，即 j2j0 3j0 3si n4j si n4j c o s20rrkrrrI dzHerI dzEerI dzEerE H H?????????????????????????????????? ? ? ??() 鏈接 返回 近場區(qū)中的電場分量 Eθ和 Er在時間上同相，但它們與磁場分量 Hφ在時間上相位相差 π /2。 返回 返回 1 返回 2 元天線的場區(qū)劃分 任何天線的輻射場都可化分為近場區(qū)、中場區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)三個區(qū)域。 下標(biāo) r、 θ、 φ表示球坐標(biāo)系中的各分量； 相位常數(shù) β=2π/λ ， λ為媒質(zhì)中的波長 ； 為媒質(zhì)中波阻抗，在自由空間 η0=120π。如果建立如下圖所示坐標(biāo)系，由電磁場理論很容易求得其矢量位 A為 j0? ?4rzez I d z zAr??????A() 在球坐標(biāo)系中， A的表示為 : 利用球坐標(biāo)系中矢量各分量與直角坐標(biāo)系中矢量各分量的關(guān)系矩陣 ?? ?rr A A A????? ? ?Asin c o s sin sin c o sc o s c o s c o s sin sinsin c o s 0rxyzAAA A??? ? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ????? ? ? ?() 因 Ax=Ay=0，可得 c o ss in0rzzAAAAA????? ?????? ??() 由 00j+ j? ? ? ????? AEA和 01?? ? ?HA可得 jj0 2j0 21j s i n ( 1 )4j11j s i n [ 1 ]4 j ( j )1co s ( 1 )2j0rrrrrId zHerrId zEer r rId zEerrE H H??????????????? ? ??????????????? ? ????????? ? ? ??() 式中， E為電場強度 。因此這里首先討論元天線。 線天線的分析基礎(chǔ)是元天線。簡單天線涉及元天線、單線行波天線、對稱振子天線等。對不同的用途，要求天線有不同的方向圖。天線原理與設(shè)計 教師： 王建 電子工程學(xué)院二系 第一章 天線的方向圖 天線的方向圖可以反映出天線的輻射特性。天線的方向圖表示天線輻射電磁波的功率或場強在空間的分布圖形。 這一章介紹幾種簡單的直線天線和簡單陣列天線的方向圖，以及地面對天線方向圖的影響。簡單陣列天線涉及由同類型天線組成的二元陣、三元陣和多元陣，對簡單陣列將介紹方向圖相乘原理。一個有限尺寸的線天線可看作是無窮多個元天線的輻射場在空間某點的疊加。 元天線的輻射場 元天線 元天線又稱為基本振子或電流元，它是一個長為 dz的無窮小直導(dǎo)線，其上電流為均勻分布 I。 H為磁場強度 。 0 0 0/? ? ?? 由此式，可根據(jù)場點距離 , 分區(qū)寫出元天線的電磁場。對于基本振子來說，這三個區(qū)域的劃分較為簡單，且很容易寫出各場區(qū)中的輻射電磁場。因此，近場區(qū)中的電磁場在時間上是振蕩變化的。它們的時間平均功率流為零，沒有能量向外輻射。在此區(qū)域內(nèi)無功功率占主導(dǎo)地位。 鏈接 隨著 βr值的逐漸增大，當(dāng)其大于 1時，式 ()中 βr高次冪的項將逐漸變小，最后消失。為分析的方便，可取各場量的第一項即可。但合成場矢量是在 r和 θ構(gòu)成的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。另一方面，電場分量和磁場分量在時間上趨于同相，它們的時間平均功率流不為零。 該場區(qū)中的電磁場分量式 ()中只需保留 1/r的那一項即可，其它的項均可忽略不計。因此，基本振子的遠(yuǎn)區(qū)電磁場為 ● 遠(yuǎn)場區(qū) (βr1) j0jj si n ( / )2j si n ( / )20rrrrI dzE e V mrI dzH e A mrE E H H?????????????????????? ? ? ????() 導(dǎo)出基本振子遠(yuǎn)區(qū)輻射場表示式 ()的過程較繁，這里給出一種快速求天線遠(yuǎn)區(qū)輻射場的方法。 由元天線遠(yuǎn)區(qū)輻射場公式 ()，可得如下特點： ■ 在給定坐標(biāo)系下，電磁場只有分量 Eθ和 Hφ ，它們相互垂直，同時又垂直于傳播方向 r。 ■ 空間任意點處的電磁場相位相同，等相位面是一個球心在基本振子中心點的球面。 0EH????() ■ 適當(dāng)建立坐標(biāo)系，使基本振子軸與 z軸重合，則其輻射場只與 θ角有關(guān)，與 φ角無關(guān)。 重寫式 ()中的 Eθ分量為 j0j ( )2rId zE e Fr?? ????? () 式中， ( ) s i nF ??? () 元天線的輻射方向圖 為元天線的方向圖函數(shù)。由此可畫出元天線空間立體方向圖和兩個主面 (E面和 H面 )的方向圖，如下圖所示。 ■ 方向圖函數(shù)與 φ無關(guān)，在 xy平面內(nèi)方向圖為圓。 ■ 與理想點源天線不同，元天線是有方向性的。即 有限尺寸天線的場區(qū)劃分 ■ 在感應(yīng)近場區(qū)，電磁場在時間上相位相差 π/2，在某一時刻電場最大時磁場最小，磁場最大時電場最小，為振蕩電磁場，沒有向外輻射的能量； ■ 在中場區(qū)，開始有向外輻射的能量，但存在交叉極化電場分量 Er，使得在 r與 θ組成平面內(nèi)的合成電場為橢圓極化波； ■ 在遠(yuǎn)場區(qū)，輻射電磁場只有 Eθ和 Hφ分量，在時間上二者同相，空間上它們互相正交并垂直于傳播方向，形成線極化輻射波。這與基本振子的三個場區(qū)的劃分有所不同，劃分的標(biāo)準(zhǔn)也不同。 為簡單起見，這里以細(xì)直導(dǎo)線為例來討論。)，由基本振子矢量位式 ()沿天線整個長度積分得 j0? ()4Rllez I z dzR???????? ?A() 返回 式中， R為天線上某點 (x180。,z180。=y180。)已知 ,由式 ()和 ()就可得到天線的遠(yuǎn)區(qū)電磁場。如果天線上電流為正弦分布，則式 ()能夠簡化得到一個閉合形式的表達(dá)式，這將在后面介紹。 由觀察點到坐標(biāo)原點的距離 ，及關(guān)系式 ，式 ()可寫作 2 2 2r x y z? ? ?c o