偶极子天线辐射
磁偶极子天线辐射场
磁偶极子天线辐射场
磁偶极子天线是一种用来辐射电磁波的天线类型。它由一个磁体偶极子和一根导线构成,通过电流的流动在天线上产生磁场,从而辐射出电磁波。磁偶极子天线辐射场具有一定的特性和特点。
磁偶极子天线辐射场具有方向性。由于磁偶极子天线是通过电流产生磁场来辐射电磁波的,因此其辐射场的方向与电流流动的方向相关。根据右手定则,当电流流动方向与磁偶极子天线的轴线方向相同时,辐射场沿着轴线方向辐射;当电流流动方向与轴线方向相反时,辐射场则沿着轴线相反方向辐射。这使得磁偶极子天线可以实现辐射方向的控制。
磁偶极子天线辐射场的辐射强度与频率有关。根据辐射功率的表达式,辐射功率与电流的平方成正比。而电流的大小与频率有关,当频率较低时,电流较大,辐射功率也较大;当频率较高时,电流较小,辐射功率也较小。这说明磁偶极子天线辐射场的强度与频率之间存在一定的关系。
磁偶极子天线辐射场的辐射范围也是有限的。根据辐射场的传播特性,辐射场的功率密度随着距离的增加而减小。当距离远离天线时,辐射场的强度会逐渐减小,直至无穷远处,辐射场的强度非常微弱。因此,在实际应用中,磁偶极子天线的辐射范围是受限的,需要根据需求进行合理的布置和设计。
磁偶极子天线辐射场还具有极化特性。极化是指电磁波的电场振动方向。对于磁偶极子天线辐射的电磁波来说,其电场和磁场振动方向垂直于辐射方向,因此其极化方式为垂直极化。这种极化特性在通信和雷达等领域中具有重要应用价值。
磁偶极子天线辐射场具有方向性、与频率有关、辐射范围有限以及具有特定的极化特性等特点。在无线通信、雷达系统等领域中,磁偶极子天线的辐射场特性对于信号的传输和接收起着重要的作用。因此,对于磁偶极子天线辐射场的研究和应用具有重要意义。
短偶极子天线远场区电磁场大小
短偶极子天线远场区电磁场大小
短偶极子天线是一种常见的天线类型,它在远场区的电磁场大小取决于多个因素。首先,远场区的电磁场大小与天线的尺寸、形状和工作频率有关。对于短偶极子天线来说,其尺寸相对较小,工作频率相对较高,因此在远场区的电磁场大小相对较小。
其次,远场区的电磁场大小还受到天线的辐射特性和辐射功率的影响。短偶极子天线由于其结构和工作原理的限制,其辐射效率较低,因此在远场区的电磁场大小相对较弱。
此外,远场区的电磁场大小还受到传播距离的影响。根据远场区的定义,当观察点距离天线足够远时,电磁场会呈现出较弱的衰减特性,因此远场区的电磁场大小相对较小。
最后,需要考虑到远场区的电磁场大小与天线的方向性和辐射模式有关。短偶极子天线通常具有较强的方向性,其辐射模式也会对远场区的电磁场大小产生影响。
综上所述,短偶极子天线在远场区的电磁场大小受到多种因素的综合影响,包括天线尺寸、形状、工作频率、辐射特性、辐射功
率、传播距离、方向性和辐射模式等。因此,要全面了解短偶极子天线在远场区的电磁场大小,需要综合考虑以上多个因素。
偶极子天线的辐射
偶极子天线的辐射
一、偶极子天线(元天线)
1、结构:长为Δl的载流导线,中心馈电
⑪本质上是一个LC振荡电路,振荡频率:
,
⑫为了有效地辐射能量:f↑,L、C↓图9-2-1
⑬闭合电路→开放电路→振荡偶极子点击看图
2、电特性
⑪Δl<<λ,Δl上各点的电流(包括相位)
可以看作是相等的,
⑫Δl<<r,Δl上各点到P点的距离,可以看作是相等的
3、实际的线状天线可看成是许多偶极子天线的串联组合。
二、偶极子天线的辐射
1、辐射场表达式
⑪设偶极子天线上的电流为,在空间产生的矢量位(达朗贝尔方程的解)
在球坐标系中,如图9-2-1
⑫由
⑬由
2、讨论
⑪若kr1<<(k<<1/r,r<<λ/2π=,天线近区
④~⑥式中,
⑨、⑩式是电偶极子产生的电场,p25(2.4.7)式。
电流元产生的磁场
与⑧比较,所以⑧式是电流元产生的磁场。
∴①近区的磁场是偶极子上的瞬时电流元产生的,与恒定磁场分布相似,近区的电场是偶极子上的瞬时偶极子产生的,与静电场分布相似。
② E与H相位相差π/2
③
主要是由于在(4)~(6)→(8)~(10)的过程中,略去了一些小项,实际上
是能量交换(电场~磁场)>>传输的能量。
⑫若kr>>1(k>>1/r,r>>λ/2π),天线远区由(4)~(7)式
①场强
ⅰ)只有
, 分量,TEM波。
ⅱ)E、H同频率,同相位。
ⅲ)r相等的各点相位相等――球面波。
②波阻抗
自由空间η=120π≈=377Ω。
③
3、辐射特性(远区)
⑪辐射方向性
由远区场强表达式(11)、(12)
表明辐射具有一定的方向性:在天线所在的平面内,∝sinθ,θ=0,场强为0;
半波偶极子天线特点
半波偶极子天线特点
半波偶极子天线是一种常见的天线类型,具有许多特点和优点。在这里,我将解释半波偶极子天线的特点,并结合标题中心扩展下的描述。
半波偶极子天线是一种全向天线,其辐射图案在水平方向上是均匀的圆形。这意味着它可以在水平方向上以相等的强度发送和接收无线信号,而不受方向性的限制。因此,半波偶极子天线非常适用于需要全向覆盖的应用,如无线通信基站和广播电台。
半波偶极子天线的频率范围广泛,可以覆盖从几十兆赫兹到几千兆赫兹的频段。这使得它可以适应不同的通信系统和应用需求。无论是用于移动通信、无线局域网还是卫星通信,半波偶极子天线都可以提供可靠的信号传输和接收。
半波偶极子天线具有较高的辐射效率和良好的阻抗匹配特性。它的辐射效率是指天线将输入的电能转化为辐射能的能力。由于其设计合理,半波偶极子天线可以有效地将电能转化为无线信号,并降低能量损耗。同时,它的阻抗匹配特性使得天线能够有效地与发射或接收设备之间传递信号,减少信号的反射和损耗。
半波偶极子天线还具有较小的体积和重量。相比其他天线类型,半波偶极子天线通常是由简单的金属材料制成,易于制造和安装。这使得它在实际应用中具有较大的灵活性和便利性。另外,由于其较
小的体积和重量,半波偶极子天线也可以方便地安装在各种设备上,如移动电话、无线路由器等。
半波偶极子天线还具有一定的抗干扰能力。由于其辐射图案的均匀性,半波偶极子天线可以减少外界干扰对信号的影响。这在拥挤的无线环境中尤为重要,可以提高通信系统的可靠性和性能。
半波偶极子天线还具有一定的多频段工作能力。通过合理设计和调整天线的物理结构,可以使其在不同频段上工作。这使得半波偶极子天线可以满足多种应用需求,如多频段无线通信系统和多频段无线电广播。
偶极子天线中的耦合部份的作用
偶极子天线中的耦合部份的作用
偶极子天线中的耦合部分是指天线中的两个相邻的偶极子之间的相互作用区域。在天线中,耦合是指电磁能量从一个偶极子传递到另一个偶极子的过程。耦合部分的作用是影响天线的辐射特性和频率响应。
能量传递:
耦合部分允许电磁能量在相邻的偶极子之间传递。这有助于形成天线系统,其中多个偶极子协同工作,提高整体辐射效率。
相位耦合:
耦合部分引起相邻偶极子之间的相位耦合。通过调整耦合的强度和相位,可以影响整体天线的辐射特性,包括辐射方向和天线阻抗。
增加天线带宽:
良好设计的耦合部分有助于增加天线的带宽。通过调整耦合的特性,可以实现更宽的频率范围内有效的辐射。
阻抗匹配:
耦合部分的设计可以用于调整天线的阻抗匹配,确保天线在特定频率范围内与传输线或其他电路相匹配,最大程度地将能量传递到系统中。
调整辐射图案:
耦合部分的调整可以影响整体的辐射图案。通过设计特定形状和尺寸的耦合结构,可以实现不同方向性的辐射。
消除横模辐射:
在一些情况下,耦合部分的作用是减小天线中可能出现的横模辐射。通过适当设计耦合结构,可以最小化横向辐射,提高天线的性能。
多天线系统协同作业:
耦合部分的存在使得多个天线可以协同工作,形成天线阵列或其他多天线系统,提高整体系统的性能和灵活性。
总体而言,耦合部分的设计和调整对天线的性能至关重要。在天线设计中,工程师需要平衡各种参数,以满足特定应用的要求,包括频率范围、方向性、带宽等。
偶极子天线和单极子天线的半功率波束宽度
偶极子天线和单极子天线的半功率波束宽度偶极子天线和单极子天线是无线通信中常用的两种天线类型。它们
在信号传输中起着重要的作用,而其中一个重要的参数就是半功率波
束宽度。
首先,我们来了解一下什么是偶极子天线和单极子天线。偶极子天
线是一种由两个相等且相反方向的电流元素组成的天线,它们之间的
距离通常为半个波长。而单极子天线则是一种只有一个电流元素的天线,它通常是一个垂直于地面的导体。
在无线通信中,天线的半功率波束宽度是指天线辐射功率的一半所
包含的角度范围。换句话说,当信号传输到一定角度范围外时,信号
的功率将下降到原来的一半。半功率波束宽度是衡量天线指向性的重
要参数,它决定了天线的覆盖范围和信号传输的可靠性。
对于偶极子天线来说,它的半功率波束宽度通常比较大。这是因为
偶极子天线的辐射图案呈现出较为均匀的圆形或椭圆形,信号在水平
和垂直方向上的辐射强度相对均匀。因此,偶极子天线的信号传输范
围相对较广,适用于广播和无线通信等需要覆盖大范围的场景。
而对于单极子天线来说,它的半功率波束宽度通常比较小。这是因
为单极子天线的辐射图案呈现出较为集中的方向性,信号在某个特定
方向上的辐射强度较高。因此,单极子天线的信号传输范围相对较窄,适用于需要特定方向传输信号的场景,比如雷达和卫星通信等。
半功率波束宽度的大小对于无线通信的可靠性和效果有着重要的影响。如果半功率波束宽度过大,信号将在不必要的方向上散射,导致
信号的传输范围扩大但信号强度减弱,从而影响通信质量。相反,如
果半功率波束宽度过小,信号将无法覆盖到需要传输的区域,导致通
偶极子天线结构
偶极子天线结构
偶极子天线是一种常见的天线结构,由两个相互平行的导体构成。它通常由金属材料制成,如铜、铝等。偶极子天线的导体长度通常为
半波长或四分之一波长。
偶极子天线的结构简单且易于制造。它的导体被垂直固定在支撑
结构上,使其与地面平行。两个导体之间的距离通常为导体长度的一半。
当偶极子天线与电源相连时,电流从一个导体流入、从另一个导
体流出。这种电流的流动产生了辐射,形成了电磁波。由于其结构的
对称性,偶极子天线辐射的电磁波主要集中在其垂直于导体的平面上。
偶极子天线被广泛应用于无线通信领域。它可以用于发送和接收
无线信号,如电视、无线电、手机通信等。由于其辐射模式的特点,
偶极子天线通常具有较好的方向性。
值得注意的是,偶极子天线的性能受到其长度、形状和材料的影响。设计者需要根据具体应用的需求选择适当的导体长度和形状。此外,天线的安装位置和周围环境也会对其性能产生影响。
总之,偶极子天线是一种常见且广泛应用的天线结构,其简单的
结构和良好的方向性使其成为无线通信领域中常用的天线之一。
磁偶极子天线辐射场
磁偶极子天线辐射场
磁偶极子天线是一种常见的无线通信天线,它通过产生磁场来辐射电磁波。本文将详细介绍磁偶极子天线的辐射场特性。
我们需要了解磁偶极子天线的基本结构。磁偶极子天线由一个导体环组成,电流从环的一个端口输入,通过环内部的导线流过,并返回到另一个端口。当电流通过导线时,会在环的周围产生磁场,这个磁场就是磁偶极子天线的辐射场。
磁偶极子天线的辐射场具有以下几个特点:
1. 方向性辐射:磁偶极子天线的辐射场在水平方向上具有较强的辐射能力,而在垂直方向上的辐射能力较弱。这是因为磁偶极子天线的辐射主要是由环内部的电流产生的磁场引起的,而磁场的辐射主要是垂直于电流方向的。因此,磁偶极子天线的主要辐射方向与电流的方向相垂直。
2. 辐射效率高:磁偶极子天线的辐射效率较高,这是因为磁偶极子天线的辐射主要是通过磁场辐射电磁波,而磁场的辐射功率与电流的平方成正比,因此辐射效率高。
3. 辐射范围有限:磁偶极子天线的辐射范围有限,辐射远离天线的地方辐射强度会逐渐减小。这是因为磁偶极子天线的辐射主要是通过磁场辐射电磁波,而磁场的辐射范围相对较小。
4. 偏振特性与电流方向有关:磁偶极子天线的辐射场的偏振特性与电流的方向有关。当电流方向与天线轴线的垂直方向一致时,辐射场的偏振为垂直于天线轴线的方向;当电流方向与天线轴线的垂直方向相反时,辐射场的偏振为与天线轴线平行的方向。
磁偶极子天线的辐射场是由电流在天线内部产生的磁场引起的。磁场的辐射主要是通过磁感应强度的变化来实现的。当电流通过导线时,导线周围的磁场会随着电流的变化而变化,从而产生电磁波的辐射。辐射场的强度与电流的大小、频率以及天线的结构参数有关。磁偶极子天线的辐射场具有方向性辐射、辐射效率高、辐射范围有限以及偏振特性与电流方向有关等特点。磁偶极子天线在无线通信、雷达等领域有着广泛的应用,对于研究和了解磁偶极子天线的辐射场特性具有重要意义。
磁电偶极子天线原理
磁电偶极子天线原理
一、引言
磁电偶极子天线是一种常用的无线通信天线,其原理基于磁电偶极子的辐射特性。本文将详细介绍磁电偶极子天线的原理和工作原理。
二、磁电偶极子天线的定义
磁电偶极子天线是一种将电磁波转换为电流的设备,可以将电流转换为辐射电磁波的设备。磁电偶极子天线常用于无线通信中,如蜂窝移动通信、无线局域网等。
三、磁电偶极子天线的结构
磁电偶极子天线由两个电极和一个磁场组成。两个电极之间通过电场连接,电极上的电流可以产生磁场。当电流通过电极时,电极上的电场会产生磁场,从而形成一个磁电偶极子。
四、磁电偶极子天线的工作原理
磁电偶极子天线的工作原理基于电磁波的辐射特性。当电流通过电极时,电极上的电场会产生磁场。这个磁场可以将电流转换为辐射电磁波。辐射的电磁波可以传播到空间中,从而实现无线通信。
五、磁电偶极子天线的应用
磁电偶极子天线广泛应用于无线通信领域。例如,在蜂窝移动通信中,磁电偶极子天线被用作基站天线,用于发送和接收无线信号。在无线局域网中,磁电偶极子天线被用作无线路由器的天线,用于
传输无线信号。
六、磁电偶极子天线的特点
磁电偶极子天线具有以下特点:
1. 磁电偶极子天线可以实现高效的无线通信,具有较高的传输速率和较低的信号衰减。
2. 磁电偶极子天线可以实现多频段通信,适用于不同频率的无线通信系统。
3. 磁电偶极子天线具有较小的尺寸和重量,便于安装和维护。
4. 磁电偶极子天线具有较好的方向性,可以实现定向传输和接收。
七、磁电偶极子天线的发展趋势
随着无线通信技术的不断发展,磁电偶极子天线也在不断创新和改进。未来的磁电偶极子天线可能会更加小型化、高效化和智能化。同时,磁电偶极子天线还可能应用于更多领域,如物联网、智能家居等。
偶极子天线原理
偶极子天线原理
偶极子天线是一种常用于无线通信和电波传输的天线类型。它基于偶极子原理,利用电流在天线上产生的振荡电场和磁场来辐射和接收电磁波。
偶极子天线的原理基于电流和电场之间的相互作用。当天线上有交流电流通过时,电流会在天线的两个导体之间来回振荡。这导致在天线上形成一个振荡的电场和磁场。这些电场和磁场以电磁波的形式辐射出去,传输无线信号。
偶极子天线通常由两个相等长度的导体构成,这些导体通常被称为偶极子的臂。偶极子的臂一般是直线或弯曲的,彼此平行,并且在天线的中心点相连。其中一个臂连接到电源或接收器,而另一个臂则通过一个地面平面接地。
当电流通过偶极子天线时,臂之间会产生一个交变电压。这个电压会导致电子在臂之间来回振荡。同时,振荡的电子会产生一个交变电流,这个电流会在周围空间中形成一个交变的电场和磁场。
根据辐射的电场和磁场的分布,偶极子天线可以产生不同类型的辐射图案,例如全向辐射、定向辐射和扇形辐射。辐射图案的形状取决于
偶极子天线的尺寸、形状和驱动电流的频率。
总结起来,偶极子天线通过电流在其臂之间的振荡产生电场和磁场,从而辐射和接收电磁波。这种天线原理在无线通信系统中被广泛应用,包括无线电广播、电视传输、无线网络和卫星通信等领域。
偶极子天线的傅里叶变换k空间
偶极子天线的傅里叶变换k空间
偶极子天线是一种常见的天线类型,用于接收和发送无线电信号。它由一个导体构成,通常是金属,形状类似于直线或弯曲的线圈。当电流通过这个导体时,会产生电场和磁场。这些电场和磁场的分布在傅里叶变换k空间中得到了描述。
在傅里叶变换k空间中,我们可以通过一系列的波矢量来描述电场和磁场的分布情况。波矢量可以看作是电磁波在空间中传播的方向和速度。对于偶极子天线而言,波矢量的方向与天线的方向相一致。因此,在k空间中,我们可以看到具有特定方向和强度的波矢量。
偶极子天线的傅里叶变换k空间描述了天线的辐射特性。具体而言,它展示了天线辐射的方向性和增益。方向性表示天线辐射能量的分布在空间中的方向,而增益表示天线辐射能量的强度。
在偶极子天线的傅里叶变换k空间中,我们可以看到不同方向的辐射能量。这些方向对应着天线的辐射波束。辐射波束可以看作是天线辐射能量在空间中的分布情况。不同方向的辐射波束决定了天线在不同方向上的接收和发送性能。
通过分析偶极子天线的傅里叶变换k空间,我们可以得出关于天线性能的重要信息。例如,我们可以了解到天线的主瓣方向、主瓣宽度和副瓣级别。这些信息对于天线的设计和优化非常重要。
偶极子天线的傅里叶变换k空间描述了天线辐射的方向性和增益。
通过分析k空间中的波矢量,我们可以了解天线的辐射特性,从而优化天线的设计和性能。
半波偶极子天线特点
半波偶极子天线特点
1.简单结构:半波偶极子天线由一个导体构成,其中中央的直线部分称为驻波馈电处,两端有一个弯曲部分形成互补的驻波端。这种简单的结构使得制造和安装相对容易。
2.宽频带特性:半波偶极子天线具有较宽的频带特性,在设定频段范围内能够提供较好的性能。这使得它适用于不同频率的无线通信系统,不需要频率切换或调整。
3.高辐射效率:半波偶极子天线的辐射效率较高,能够将传输的能量有效地转化为电磁波。这种高效率的辐射使得信号传播距离更远。
4.方向性辐射特性:半波偶极子天线的辐射特性呈现出较为明显的方向性。其主矢量辐射方向与驻波馈电处的延伸线相一致。这种方向性使得半波偶极子天线在特定方向上具有更好的接收和发送性能。
5.低相对强度:半波偶极子天线在其驻波馈电处的电场和磁场的相对强度较低,这减少了对附近电子设备和电线的干扰。这在家庭和工作场所的无线网络应用中尤为重要。
6.宽波束宽度:半波偶极子天线具有较宽的波束宽度,在水平和垂直方向上都能够提供较大的覆盖范围。这使得在广播和通信领域中能够实现较好的多路径传输。
7.优良的阻抗匹配:半波偶极子天线通常与50欧姆的传输线匹配,这可以有效地减少反射和驻波现象,提高信号传输的质量。
8.广泛适用性:半波偶极子天线适用于多种应用场景,包括无线通信、网络通信、广播、电视、雷达和航空等领域。这使得它成为了一种广泛使
用的天线类型。
总之,半波偶极子天线具有结构简单、宽频带特性、高辐射效率、方
向性辐射特性、低相对强度、宽波束宽度、优良的阻抗匹配和广泛适用性
等特点。这些特点使得半波偶极子天线在无线通信领域中具有重要的应用
电偶极辐射
电偶极辐射
电偶极辐射是指由电偶极子产生的电磁辐射现象。在物理学中,电偶极子是指两个电荷大小相等、符号相反、并且之间的距离很小的系统。当这两个电荷发生振荡或加速运动时,就会产生电磁辐射。
电偶极辐射是一种无线电波辐射,它的频率范围通常在几千赫兹到几百兆赫兹之间。这种辐射是由于电偶极子的振荡或加速运动所产生的,具有电场和磁场的交变分量。这两个分量垂直于彼此,且垂直于电偶极子的运动方向。电偶极辐射的特点是能够远距离传播,并且可以被天线接收。
电偶极辐射的强度和频率有关,根据麦克斯韦方程组可以得到电偶极辐射的功率与频率的关系。在频率较低的情况下,电偶极辐射的功率与频率的平方成正比;而在高频率下,电偶极辐射的功率与频率的四次方成正比。
电偶极辐射在许多领域都有应用。在通信领域,电偶极辐射被广泛应用于无线电、电视和手机等设备中。在医学领域,电偶极辐射被用于医学成像,如核磁共振成像和X射线成像等技术中。此外,电偶极辐射还被用于雷达、卫星通信、天文观测等领域。
然而,电偶极辐射也存在一些问题和挑战。由于电偶极辐射的传播距离较远,因此可能会对环境和人体健康产生一定的影响。此外,在无线通信设备如手机和无线路由器等的使用过程中,电偶极辐射
也会对人体产生一定的辐射。因此,在使用这些设备时,应尽量减少辐射对人体的影响。
为了减少电偶极辐射对人体的影响,可以采取一些措施。例如,合理安排无线通信设备的使用时间和距离,避免长时间暴露在电磁辐射环境中。此外,还可以选择辐射较小的设备,并尽量减少无线通信设备在身体附近的使用。
电偶极辐射是由电偶极子产生的电磁辐射现象,具有远距离传播的特点。它在通信、医学和科学研究等领域都有广泛应用。然而,电偶极辐射也存在一定的问题和挑战,需要采取相应的措施来减少对人体的影响。通过科学合理地使用无线通信设备,可以有效降低电偶极辐射对人体健康的潜在风险。
单极子天线发射电阻与偶极子天线发射电阻
单极子天线发射电阻与偶极子天线发射电阻单极子天线和偶极子天线是无线通信系统中常用的两种天线形式。它们在天线结构、辐射方向、辐射电阻等方面存在差异。下面将详细
探讨单极子天线发射电阻和偶极子天线发射电阻,以及它们的优缺点
和适用场景。
首先,我们来了解单极子天线。单极子天线也被称为垂直天线或
垂直棒天线,它是一种有一个单独金属棒形部分的天线。这种天线常
见于电视和无线电广播塔上的终端设备。
单极子天线发射电阻指的是在发射过程中,由于天线所处的环境
和外界因素的影响,导致天线本身发生功率损耗所产生的电阻。这个
电阻值通常是一个实际阻性值,通过测量来确定。单极子天线的发射
电阻主要取决于天线的物理结构和材料特性。
单极子天线发射电阻一般较大,这主要是由于它的辐射方式决定的。单极子天线由于只有一个导体,其辐射效率较低,部分能量被吸
收在导体上,导致发射电阻增大。此外,在实际应用中,单极子天线
所需的导体直径较大,以增加导体表面的辐射能量,从而降低发射电阻。
接下来,我们来讨论偶极子天线。偶极子天线也被称为水平天线,它是由两个相等长度的导体构成的天线。常见的偶极子天线包括馈电
位置在中间的全波长偶极子天线和馈电位置在边缘的半波长偶极子天线。
与单极子天线相比,偶极子天线的发射电阻较低。这是因为偶极
子天线的辐射模式与单极子天线不同。偶极子天线由于有两个导体,
导致辐射效率较高,不会有太多能量损耗在导体上,因此发射电阻相
对较小。
在实际应用中,偶极子天线的导体长度与信号波长相对应,以达
到最佳辐射效果。偶极子天线可以构造成多种形式,例如直线型、环
微波与天线电偶极子的辐射
得: 1 ( A )JC+ t( A t)
利用矢量恒等式: A ( A ) 2 A
1 ( A )JC+ t( A t) 2 A 2 tA 2 J C + ( A t)
V R
dV'
波源
观察点
R
场点R处的 A 和 变化的相位较其源 J 和 落后 t kR 。
该相位用时间表示: t k R (t kR ) (t R v) (t t')
式中 t ' R/v 就是波源 J 或 的变化传递到观察点所需要
的时间。
Az cos Az sin
A
0
aˆ
P R
l
y
x
AR
Il
4π
ejkR R
cos
A
Il
4π
ejkR R
sin
(2)电偶极子的电磁场
磁场由: 得:
电场由:
得:
aˆR Raˆ Rsinaˆ
H1(A)1
1
R2sin
R
得:
ER
ql 2 R3
cos
E
ql 4 R3
偶极子辐射与电磁波传播
偶极子辐射与电磁波传播
电磁波作为一种重要的物理现象,贯穿了我们整个科技文明的发展历程。电磁
波的传播以及所涉及的辐射机制一直是科学家们关注的焦点之一。而其中一个重要的辐射机制就是偶极子辐射。
首先,我们需要了解什么是偶极子。偶极子是指由两个等量但相反符号的电荷
组成的系统。当这两个电荷之间发生相对运动,就会产生一个偶极矩,从而产生一个辐射场。
偶极子辐射的传播机制具有一定的特点。首先,偶极子辐射的能量强度与距离
平方成反比。这意味着距离辐射源越远,接收到的辐射能量就越小。此外,偶极子辐射在空间中是有方向性的。这是因为辐射场的分布形式与偶极矩矢量的方向有关。根据辐射定律,辐射场的方向与偶极矩垂直,并指向远离辐射源的方向。
电磁波的传播与偶极子辐射密切相关。事实上,电磁波就是由不同频率和幅度
的偶极子辐射组成的。当偶极子发生加速运动时,会产生随时间变化的辐射场,从而形成电磁波。这个过程可以通过麦克斯韦方程组来描述,其中辐射场与电场和磁场之间有着密切的关系。
电磁波的传播具有很多特点。首先,它是一种横波,电场与磁场垂直传播,并
且振动方向也垂直于波传播的方向。其次,电磁波可以在真空中传播,不需要介质的支持,这与其他波动现象有所不同。此外,电磁波在不同介质中的传播速度会发生变化,这是由于介质的电磁性质不同所致,比如在真空中,电磁波传播的速度约为光速。
电磁波的应用非常广泛,从我们日常生活中的无线通信、广播电视,到医学成
像技术和天文观测等领域,都离不开电磁波的传播。而对于偶极子辐射来说,它在无线通信领域有着重要的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
偶极子天线的辐射
一、偶极子天线(元天线)
1、结构:长为Δl的载流导线,中心馈电
⑴本质上是一个LC振荡电路,振荡频率:
,
⑵为了有效地辐射能量:f↑,L、C↓图9-2-1
⑶闭合电路→开放电路→振荡偶极子点击看图
2、电特性
⑴Δl<<λ,Δl上各点的电流(包括相位)
可以看作是相等的,
⑵Δl<<r,Δl上各点到P点的距离,可以看作是相等的
3、实际的线状天线可看成是许多偶极子天线的串联组合。
二、偶极子天线的辐射
1、辐射场表达式
⑴设偶极子天线上的电流为,在空间产生的矢量位(达朗贝尔方程的解)
在球坐标系中,如图9-2-1
⑵由
⑶由
2、讨论
⑴若kr1<<(k<<1/r,r<<λ/2π=,天线近区
④~⑥式中,
⑨、⑩式是电偶极子产生的电场,p25(2.4.7)式。
电流元产生的磁场
与⑧比较,所以⑧式是电流元产生的磁场。
∴①近区的磁场是偶极子上的瞬时电流元产生的,与恒定磁场分布相似,近区的电场是偶极子上的瞬时偶极子产生的,与静电场分布相似。
② E与H相位相差π/2
③
主要是由于在(4)~(6)→(8)~(10)的过程中,略去了一些小项,实际上
是能量交换(电场~磁场)>>传输的能量。
⑵若kr>>1(k>>1/r,r>>λ/2π),天线远区由(4)~(7)式
①场强
ⅰ)只有, 分量,TEM波。
ⅱ)E、H同频率,同相位。
ⅲ)r相等的各点相位相等――球面波。
②波阻抗
自由空间η=120π≈=377Ω。
③
3、辐射特性(远区)
⑴辐射方向性
由远区场强表达式(11)、(12)
表明辐射具有一定的方向性:在天线所在的平面内,∝sinθ,θ=0,场强为0;
θ=π/2,场强最大;
在垂直于天线的平面内无方向性。
①方向图函数
ⅰ)定义:
ⅱ)偶极子天线,由(12)式 f(θ)=sinθ (15)
②方向图:
ⅰ)定义:按方向图函数f(θ,φ)绘出的图形称为方向图。
ⅱ)偶极子天线的方向图。
(a)三维方向图(点击链接)
(b) 侧视图图9-2-3 (c) 俯视图
方向图直观地表示出天线在不同方向上,相同距离处辐射场强的相对大小。
例:图9-2-3(b)中P
1、P
2
点表示出天线在不同方向上,相同距离处辐射场强
的相对
大小,设P1点,E max=1,P2点,E=sinθ。
⑵辐射功率和辐射电阻
①辐射功率
自由空间无损耗,以偶极子天线为中心作一球面,
天线辐射出去的功率P等于S
av
沿球面的积分。图9-2-4
②辐射电阻
ⅰ)定义:天线辐射的功率可看作被一个等效电阻“吸收”,称为辐射电阻
ⅱ)偶极子天线的辐射电阻由(17)式
由(17)式,激励电流I一定,R
r
↑,P↓。
例:某发射电台辐射功率10KW,用偶极子天线发射
(a)求在天线的垂直平分面上距离1km处的S
和E
av
减小一半
(b)在与天线的垂直平分面成何角度时,S
av
解:(a) 由
、:同频率、同相位
在效值
(b) 由①式,
⑶方向系数D
ⅰ)理想点源天线:无方向性天线,方向图是一球面。
ⅱ)方向系数的定义:在辐射功率相同的条件下,某一最大辐射方向的辐射强度与
点源天线在同一点的辐射强度之比,描述了天线辐射能量集
中的程度。
ⅲ)表达式:辐射功率P=C
例:9.2.1 求元天线的方向性系数
解:由(2)
由(16)
对于无方向性天线
P不变由(2)、(3)
P一定,偶极子天线最大辐射方向上辐射强度是无方向性天线的1.5倍。
⑷天线的增益
①天线的效率
②天线的增益G=ηD
三、接收天线
1、电磁波的接收图9-2-5
天线用作接收,作用与发射相反,是把空间电磁波的能量转换为天线上振荡电流
的能量,通过馈线传输到接收机。
把一单元接收天线(偶极子天线)放在辐射场中,电场可以分解为两个分量
E
θ平行于入射面,E垂直于入射面。天线上产生的感应电动势:
一般线天线上的感应电动势
e通过负载Z l产生感应电流,把信号传送给接收机。
2、同一付天线,用作发射天线或接收天线时,电参数是相同的,只是含义不同。例:同一天线用作发射、接收天线时,f(θ、φ)和方向图都相同,发射天线:表示天线在不同方向上,相同距离处辐射场的相对大小。
接收天线:表示天线对来自不同方向,场强相同的电磁波接收能力的相对大小。
偶极子天线f(θ)=sinθ,θ=π/2时接收的信号最强;θ=0时,接收的信
号为0。