天線理論與設(shè)計(jì)-第4章

第四章簡(jiǎn)單線天線4.1對(duì)稱振子4.2對(duì)偶性原理4.3磁流元的輻射4.4小環(huán)天線線天線是各種導(dǎo)線形狀均可作為天線使用。

4.1對(duì)稱振子

構(gòu)成：由兩根等長(zhǎng)的直金屬線或金屬筒構(gòu)成，中間有饋線。沿Z軸取向，長(zhǎng)為L(zhǎng)且中心饋電的為對(duì)稱振子天線，如圖可將其視為開路雙線傳輸線由末端長(zhǎng)L/2處彎折90而成

電流分布

假設(shè)彎折部分電流分布不變，引入電流分布

細(xì)振子

/4處波腹，

/2處波節(jié)

輻射場(chǎng)

求解方法，邊界問題求解，用矢量位法

應(yīng)用遠(yuǎn)場(chǎng)條件近似

遠(yuǎn)場(chǎng)取僅保持橫向分量

一般情況

將直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化到球坐標(biāo)系

具體求解：對(duì)稱陣子輻射場(chǎng)

根據(jù)積分：

上式中：

原式=

方向圖

函數(shù)由于電性能

歸一化場(chǎng)強(qiáng)方向圖

時(shí)

半波振子歸一化方向圖

當(dāng)

時(shí)出現(xiàn)多瓣圖

H面方向圖是圓

半功率波瓣寬度

輻射電阻

R

其中C=0.57721，Si(x)和Ci(x)是正弦積分和余弦積分

由輻射功率可得出輸入電阻與輻射電阻的關(guān)系

輻射電阻

輸入電阻

歸算方式不同造成P19（2-28）

輸入端電流諧振：振子的長(zhǎng)度稍短于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，輸入電抗Xin=0，稱其為諧振。此時(shí)的長(zhǎng)度稱為諧振長(zhǎng)度

帶寬

對(duì)稱振子是諧振式結(jié)構(gòu)，頻帶寬度窄10%左右，VSWR<2.0

半波振子輸入阻抗：方向性系數(shù)

半波振子：Rrm=73.1

D=1.64=2.15dB饋電連接a./4扼流套平衡器b.分流式平衡器c.U形管平衡器d.寬帶傳輸線平衡器其他線天線4.2對(duì)偶性原理一，原理描述描述兩個(gè)不同變量的方程具有相同的形式，則從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看有相同的解；方程式相同，則所有相同位置的量叫對(duì)偶量；如果一個(gè)方程的解已知，則通過(guò)符合的對(duì)換，得出另一個(gè)方程的解。二、對(duì)于時(shí)諧的電磁問題，電磁對(duì)偶情況M1=kJ1=NS

Sm

、

E1、H1

理想導(dǎo)電體

理想導(dǎo)磁體M2=NJ2=k/

2

SmS

、

E2、H2

理想導(dǎo)磁體

理想導(dǎo)電體（b）圖1.3電磁場(chǎng)的對(duì)偶關(guān)系(a)問題a：S理想導(dǎo)電體，Sm理想導(dǎo)磁體麥克斯韋方程：式問題b：與問題a的理想導(dǎo)電體、導(dǎo)磁體對(duì)換存在

麥克斯韋方程：式對(duì)上面方程組的第一式兩邊同乘

2，且利用關(guān)系式得:比較式歸納出兩個(gè)對(duì)偶問題中的場(chǎng)量關(guān)系問題aJ1M1E1H1理想導(dǎo)電體理想導(dǎo)磁體問題bM2=J1J2=-M1/

2

2H2-E2理想導(dǎo)磁體理想導(dǎo)電體1.7基本磁振子(磁流源)的場(chǎng)在討論了電振子的輻射情況后,現(xiàn)在再來(lái)討論一下基本磁振子的輻射。我們知道,在穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)中,靜止的電荷產(chǎn)生電場(chǎng),恒定的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。那么,是否有靜止的磁荷產(chǎn)生磁場(chǎng),恒定的磁流產(chǎn)生電場(chǎng)呢？迄今為止還不能肯定在自然界中是否有孤立的磁荷和磁流存在，但是,如果引入這種假想的磁荷和磁流的概念,將一部分原來(lái)由電荷和電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)用能夠產(chǎn)生同樣電磁場(chǎng)的磁荷和磁流來(lái)取代,即將“電源”換成等效“磁源”,可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算工作。圖1.4基本磁振子的輻射穩(wěn)態(tài)場(chǎng)有這種特性,時(shí)變場(chǎng)也有這種特性。小電流環(huán)的輻射場(chǎng)與磁偶極子的輻射場(chǎng)相同。基本磁振子是一個(gè)半徑為r的細(xì)線小環(huán),且小環(huán)的周長(zhǎng)滿足條件：2πr<<λ,如圖1.4所示。假設(shè)其上有電流i(t)=Icosωt,由電磁場(chǎng)理論,其磁偶極矩矢量為

根據(jù)電與磁的對(duì)偶性原理,問題a電流元

J1

E1

H1

理想導(dǎo)電體

問題b磁流元

M2=J1

2H2

-E2

理想導(dǎo)磁體

只要將電基本振子場(chǎng)的表達(dá)式1-63、64中的E換為η2H,H換為-E,并將電振子I

l換為磁振子IM

l,就可以得到沿z軸放置的磁基本振子的場(chǎng):與電基本振子做相同的近似得磁基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)為:比較電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)Eθ