第八章电磁能量辐射与天线概要

第八章电磁能量辐射与天线概要

第一篇：第八章电磁能量辐射与天线概要

第八章电磁能量辐射与天线

习题8.1

一长为20m的发射天线，在频率f=1MHz时，可视为单元偶极子天线，设天线上电流振幅的有效值为2.5μA，求天线的辐射电阻Rrad 和辐射功率P。如频率变为f=100kHz，其他参数不变时，辐射电阻和辐射功率又为多少?

题意分析：

单元偶极子天线辐射电阻和辐射功率是天线特性的重要参数，必须掌握。解：

当f=1MHz时

自由空间中电磁波的传播速度为光速c

所以，电磁波的波长：

c3⨯108

λ===300（m）6f1⨯10天线的辐射电阻：

Rrad=80π2(天线的辐射功率：

P=I2Rrad=(2.5⨯10-6)2⨯3.5=2.19⨯10-11（W）

当f=100kHz时：

电磁波的波长：

c3⨯108

λ==（m）

=300 03f100⨯10∆lλ)2=80π2(202)≈3.5（Ω）300天线的辐射电阻：

Rrad=80π2(天线的辐射功率：

P=I2Rrad=(2.5⨯10-6)2⨯3.5⨯10-2=2.19⨯10-13∆lλ)2=80π2(202 )≈3.5⨯10-2（Ω）3000（W）

从本题的分析可以看出：当激励电流和单元偶极子天线尺寸不变时，信号的频率越高，辐射功率越大。辐射电阻Rrad表征了单元偶极

子天线辐射电磁能量的能力，Rrad越大，辐射能力越强。

习题8.2

一单元偶极子天线位于坐标原点，离天线较远处测得天线激发的电磁波的场强为：

ρsinθr⎡E(r,t)=E0sin⎢ω(t-rc⎣⎤ρ)⎥eθV/m ⎦式中c为真空中的光速。求天线辐射的平均功率。

题意分析：

由题意，测量点距天线距离较远，本问题研究的是单元偶极子天线的远区场问题。远区场是横电磁波（TEM波），电场强度和磁场强度在空间相互垂直，且与传播方向垂直，三者满足右手螺旋定律。在研究远区场时，天线的尺寸相对于源点到场点的距离很小，可以忽略天线尺寸的影响，因此建立如图所示球坐标系。

zPρerρeθρeφρSρEρHoyx

图8.2.1 场点P处电场强度，磁场强度以及坡印廷矢量方向关系解：

根据场量与波阻抗的关系，可得磁场强度为：

ρρEρEsinθr⎤ρ⎡

H(r,t)=Hφeφ=θeφ=0sin⎢ω(t-)⎥eφ（A/m）

Z0Z0rc⎦⎣相位系数的定义式：

β=表达式中ω(t-2πλ=2πfω=λfcr)项可以写成ωt-βr，这样就与标准表达式统一起来了。c电场强度的相量形式：

ρ1sinθ-jβrρ&

E=(。E0e)eθ（V/m）

r2磁场强度的相量形式：

ρ1E0sinθ-jβrρ&

H=(。e)eφ（A/m）

2Z0r坡印廷矢量平均值：

ρρ&ρ&

Sav=ReE⨯H*

[]⎡1sinθ-jβr1E0sinθjβrρρ⎤=Re⎢(E0e)(e)(eθ⨯eφ)⎥

r2Z0r⎣2⎦

2E02sinθρ=er（W/m2）22Z0r

ρ平均功率，即将坡印廷矢量平均值Sav在球坐标系中进行闭合面积分：

2ρρ2ππE2sin2θ2EP=⎰Sav⋅dS=⎰⎰0rsinθdθdϕ=0（W）2S002Z0r90

第二篇：机载天线电磁兼容分析

姓名：周慧

学号：2011201270

专业：电磁场与微波技术

机载天线的电磁兼容性分析

姓名：周慧

学号：2011201270 摘要：天线布局和电磁兼容是机载系统设计的关键性问题。针对机载天线的特点，本文对机载天线的电磁兼容性的核心问题和主要解决途径进行了简要介绍，对常用的有限元法、物理光学、几何光学等天线电磁兼容技术分析方法进行了比较，结合机载天线的布局问题综合分析机载天线的电磁兼容技术。关键词：机载天线；电磁兼容；天线布局

一、引言

随着当今科学技术的不断进步，航空军用电子设备已成为C3I 系统实施指挥和获取情报的重要手段。预警机是情报、通讯、指挥和控制中心，要实现这些战术指标，就必然要在飞机这么一个有限的空间里布置大量的电子电气设备。飞机作为一个指挥控制单元，其工作频谱覆盖范围从甚低频（VLF）到超高频（UHF），在大功率高频（HF）和超高频（UHF）设备产生并通过天线辐射的电磁环境中，保证机载设备的兼容性是相当重要而复杂的问题。在飞机系统的研制、生产和安装过程中有必要研究其变化后的电磁环境，对其兼容性状态进行分析，从而保证机载系统的正常工作。

机载通信系统中，由于系统中无线通信设备比较多，而且还要综合考虑飞机的飞行性能，安放天线的位置就受到一定的局限，因此系

统中EMC 的问题尤为突出，在无法摆脱自身设备EMC的前提下，要降低这种干扰只能通过天线布局的方法，通过降低各天线对间的耦合度达到减小干扰的目的。

研究飞机天线系统的电磁兼容性的关键就是确定机载天线的辐射特性，得到其辐射方向图。确定机载天线的辐射特性可以通过实验的方法，如利用暗室和飞机模型测试数据，但是这样会浪费大量的人力、物力和财力，因此研制机载天线系统电磁兼容预测分析软件己成为当务之急。EMC预测分析的目标是评估全机的电磁兼容性状态，分析是否存在电磁干扰，以便于总体采取措施排除，尽量减少干扰问题的出现，确定关键性区域和关键性设备，确定干扰测试的重点，并为今后系统及设备设计和系统使用提供数据。

二、机载天线电磁兼容的基本理论

天线的电磁兼容，指天线或天线系统在共同的电磁环境中，其自身性能既不下降又不影响其它天线性能的一种共存状态。即某一设备上的天线既不会由于受

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姓名：周慧

学号：2011201270

专业：电磁场与微波技术

到处于同一电磁环境中的天线布局、载体、邻近散射体和其它天线的影响而遭受不允许的性能降低，也不会使同一电磁环境中其它天线性能遭受不允许的性能降低。值得指出的是，电磁环境除了包括安装天线的平台、平台上的其它天线、遮挡物、突出金属物以外，在这里还特别增加了一项“邻近散射体”。这里所说的邻近散射体，包括了邻近载体、地形地物和海面等。

从广义上讲，机载天线的电磁兼容性包含有两个基本概念，辐射限制和抗扰度限制。辐射限制是指在不需要的空间和不需要的频段上其辐射量的控制。抗扰度限制是指天线自身对恶意发射与难以避免的反射、散射、漏射、绕射、杂乱漫射、传导等电磁能量的响应能力。

三、机载天线电磁兼容的技术重点