《天线与电波传播I-5讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天线与电波传播I-5讲解（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,天线与电波传播（I）,天线与电波传播（I）,2,5 口径天线,5.1 场等效性原理 5.2 辐射方程 5.3 方向性系数 5.4 矩形口径 5.5 圆形口径 5.6 巴俾涅原理,天线与电波传播（I）,3,5 口径天线-aperture antennas,口径天线在微波频率是最常用的。波导或喇叭结构，其口径可以是方形、矩形、圆形、椭圆形或其他任意形式。,天线与电波传播（I）,4,5 口径天线,口径天线在空间应用上很实用，可以平装于宇宙飞船或飞机的表面，其开口可以用介质材料覆盖以防环境影响，同时不会妨碍飞行器的空气动力学特性。,线天线的辐射特性在已知线上电流分布后便可以确定。但是对于许多结构，
2、电流分布并不能准确求出，而只有物理上直觉或实验测试才能对它给出合理的近似。对于口径天线（缝隙、波导、喇叭、反射面和透镜等）更是这样。因此，需要计算天线辐射特性的替代方法。,天线与电波传播（I）,5,5.1 场等效性原理（惠更斯原理）,场等效性原理：其解不是根据电流分布，而是根据天线结构上或其附近的场的合理近似。,场的等效性是将天线和发射机之类的实际源用等效源来代替的原理。假想源与实际源在某个区域中是等效的，因为它们在那个区域中产生相同的场。,场的等效性是1936年由谢昆诺夫（S. A. Schelkunnoff）导出的，它是惠更斯（Huygens）原理的更严格的形式。,天线与电波传播（I）,6
3、,场等效性原理（惠更斯原理）,惠更斯原理：,Each point on a primary wavefront can be considered to be a new source of a secondary spherical wave and that a secondary wavefront can be constructed as the envelope of these secondary spherical waves.,初始波前上的每一点都可以看成次级球面波的新波源，这些次级波的包络便构成次级波前。,天线与电波传播（I）,7,场等效性原理,等效性原理是基于唯一性定理：
4、一个有耗区域中的场可以由该区域中的源加上边界上的电场切向分量，或边界上的磁场切向分量，或部分边界上的电场切向分量和其余边界上的磁场切向分量唯一地确定。,无耗媒质中的场看成是有耗媒质中的相应场当损耗趋于零时的极限。因此，若一封闭面上切向电场和切向磁场是完全已知的，则无源区域中的场便可确定。,A field in a lossy region is uniquely specified by the sources within the region plus the tangential components of the electric field over the boundary, or
5、 the tangential components of the magnetic field over the boundary, or the former over part of the boundary and the latter over the rest of the boundary.,天线与电波传播（I）,8,场等效性原理,根据等效性原理，在假想的封闭面上放置满足边界条件的适当的电流和磁流密度，可得出此封闭面外的场。,在大多数应用中，所取的封闭面的大部分与物理结构的导体部分相重合。由于导体表面上的切向电场分量为零，使得积分区域变小。,电磁流密度的选取应使得封闭面内的场为零
6、，而其外的场等于实际源所辐射的场。,可以计算包在封闭面内的源在封闭面外所辐射的场。模型是精确的，但需在封闭面上积分，精确度取决于对封闭面上场的切向分量的了解程度。,天线与电波传播（I）,9,场等效性原理,以一个实际辐射源为例导出等效性原理。源由电磁流密度J1和M1表示，在各处辐射的场由E1和H1表示。,选择包围电磁流密度J1和M1的封闭面S。S内的体积为V1，S外的体积为V2,The primary task will be to replace the original problem by an equivalent one which yields the same fields E1
7、and H1 outside S (within V2).,天线与电波传播（I）,10,场等效性原理,移去原始源J1和M1，并假定在S面内存在场E和H，而在S面外存在场E1和H1。S面内外的场必须满足切向电场和切向磁场分量的边界条件。因而在假想的S面上必然存在等效源：,上述等效源向无界空间辐射。电磁流密度只在V2内等效，在V1内将有与原始场不同的场。,天线与电波传播（I）,11,场等效性原理,由于JS和MS向无界空间辐射，可以用下面的公式及几何关系来确定场。,天线与电波传播（I）,12,场等效性原理,由于JS和MS向无界空间辐射，可以用下面的公式及几何关系来确定场。,等效问题已由E和H的切向分
8、量建立。由电磁场唯一性定理知，只需要单独E或H的切向分量便可确定场。,S面内的场E、H不是所关心的问题，可以是任何值，故假定为零，等效问题则可以简化。,天线与电波传播（I）,13,场等效性原理,等效流密度为,称为洛夫（Love）等效性原理。,天线与电波传播（I）,14,场等效性原理,由于S面内E = H = 0的值不能因为其中媒质特性的改变而被破坏，可以设想用一个理想电导体来代替。,电磁流不再是辐射于无界媒质中，不能再由A、F来求解。,MS在存在电导体的情况下辐射，怎样求解？,与S面相切的电流密度JS将被电导体短路，只有磁流密度MS存在。,天线与电波传播（I）,15,场等效性原理,假设用一个理
9、想磁导体来代替。,电磁流不再是辐射于无界媒质中，不能再由A、F来求解。,JS在存在磁导体的情况下辐射，怎样求解？,与S面相切的磁流密度MS将被磁导体短路，只有电流密度JS存在。,天线与电波传播（I）,16,场等效性原理,假定电导体表面是平的并延伸至无限远 应用镜像原理,MS在存在电导体的情况下辐射，怎样求解？,若干扰物表面不是平直且无限大的，如果其曲率(curvature)与波长相比是大的，则上面的等效也是一个良好的近似。,场只存在于此区域！,天线与电波传播（I）,17,场等效性原理,小结,天线与电波传播（I）,18,场等效性原理,小结,天线与电波传播（I）,19,场等效性原理,例5.1,天线
10、与电波传播（I）,20,场等效性原理,天线与电波传播（I）,21,5.2 辐射方程-radiation equations,JS和MS在无界媒质中所辐射的场可以由矢量位来计算,方程对所有观察点都产生有效的解。,对于远区观察点，公式的复杂性可能简化。,问题的难点：难以完成上式的积分！,天线与电波传播（I）,22,辐射方程,由以上近似可得,天线与电波传播（I）,23,辐射方程,天线与电波传播（I）,24,辐射方程,天线与电波传播（I）,25,辐射方程,天线与电波传播（I）,26,辐射方程,天线与电波传播（I）,27,辐射方程,小结,天线与电波传播（I）,28,辐射方程,小结,天线与电波传播（I）,
11、29,5.3 方向性系数-directivity,天线与电波传播（I）,30,5.4 矩形口径-rectangular apertures,天线与电波传播（I）,31,矩形口径,天线与电波传播（I）,32,矩形口径,天线与电波传播（I）,33,5.4.1 无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,34,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,35,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,36,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,37,无限大接地面上的均匀分布,The fields radiated by the aperture can be written
12、as,天线与电波传播（I）,38,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,39,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,40,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,41,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,42,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,43,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,44,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,45,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,46,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,47,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,48,无限大接地面上的均匀分布,
13、天线与电波传播（I）,49,无限大接地面上的均匀分布,天线与电波传播（I）,50,无限大接地面上的均匀分布,例5.2,天线与电波传播（I）,51,无限大接地面上的均匀分布,例5.2,天线与电波传播（I）,52,5.5 圆形口径-circular apertures,A widely used microwave antenna is the circular aperture. One of the attractive features of this configuration is its simplicity in construction. In addition, closed f
14、orm expressions for the fields of all the modes that can exist over the aperture can be obtained.,The procedure followed to determine the fields radiated by a circular aperture is identical to that of the rectangular, as summarized in ppt. 27-28. The primary differences lie in the formulation of the
15、 equivalent current densities (Jx, Jy, Jz, Mx, My, Mz), the differential paths from the source to the observation point (rcos), and the differential area (ds).,Because of the circular profile of the aperture, it is often convenient and desirable to adopt cylindrical coordinates for the solution of t
16、he fields. In most cases, therefore, the electric and magnetic field components over the circular opening will be known in cylindrical form. Thus the components of the equivalent current densities Ms and Js would also be conveniently expressed in cylindrical form. In addition, the required integration over the aperture to find N,N,L, and L should also be done in cylindrical coordinates.,天线与电波传播（I）,53,圆形口径,A similar transformation exists for the components
