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1、2014/4/16 Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 天线天线 Antennas 第第1414讲讲 喇叭天线喇叭天线 褚庆昕褚庆昕 华南理工大学电子与信息学院华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所天线与射频技术研究所 South China University of Technology Research
2、 Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 第第1414讲内容讲内容 引言引言 口面场的辐射口面场的辐射 喇叭天线喇叭天线 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineeri
3、ng 14.1 14.1 引言引言 前面讲过的天线有一个共性：都是由导体上的电前面讲过的天线有一个共性：都是由导体上的电 流辐射电磁波。流辐射电磁波。 还有一类天线，如喇叭天线、抛物面天线，辐射还有一类天线，如喇叭天线、抛物面天线，辐射 可以看成是通过口面上的电磁场实现的，因此，可以看成是通过口面上的电磁场实现的，因此， 这类天线称为这类天线称为Aperture Antennas（口径、口面（口径、口面 、孔径或面天线）。、孔径或面天线）。 South China University of Technology Research Institute of Antennas &am
4、p; RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 面天线的原理可以用惠更斯原理解释。以矩形喇面天线的原理可以用惠更斯原理解释。以矩形喇 叭天线为例。矩形波导中的叭天线为例。矩形波导中的TE10模传输到波导和模传输到波导和 喇叭的口面时，口面上的波可以作为次级源再次喇叭的口面时，口面上的波可以作为次级源再次 辐射。辐射。 TE10 次次 级级 源源 次次 级级 源源 South China University of Technology Research Institute of Antennas
5、 & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 更严格的解释与分析，来源于基于惠更斯原理的更严格的解释与分析，来源于基于惠更斯原理的 电磁场等效原理。电磁场等效原理。 仍以以矩形喇叭天线为例。口面可以应用等效原仍以以矩形喇叭天线为例。口面可以应用等效原 理获取等效面电流和面磁流。理获取等效面电流和面磁流。 TE10 等等 效效 面面 源源 esmsJnHJnE South China University of Technology Research Institute of Anten
6、nas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 于是，喇叭天线的问题分成了内问题和外问题。于是，喇叭天线的问题分成了内问题和外问题。 内问题是指求口面上等效面磁流或面电流，或者内问题是指求口面上等效面磁流或面电流，或者 说求口面上的场分布。内问题涉及三部分：含有说求口面上的场分布。内问题涉及三部分：含有 面磁流的波导、渐变波导和半空间。内问题计算面磁流的波导、渐变波导和半空间。内问题计算 要困难得多。本课程不涉及内问题的计算。要困难得多。本课程不涉及内问题的计算。 外问题是已知口面
7、上的电磁场分布或等效面源，外问题是已知口面上的电磁场分布或等效面源， 求空间的辐射场。外问题相对简单。求空间的辐射场。外问题相对简单。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 14.2 14.2 口面场的辐射口面场的辐射 面元（也称为惠更斯元）面元（也称为惠更斯元） 面上的电场和磁场分别用磁流面上的电场和磁场
8、分别用磁流Jm和和 电流电流Je表示表示: : 设流过设流过Ie和和Im的长度分别为的长度分别为dx和和dy， 对应的电流元和磁流元分别为：对应的电流元和磁流元分别为： Iedy= =Jedxdy=Hxdxdy 沿沿-y方向方向 Imdx= =Jmdxdy=Eydxdy 沿沿 x方向方向 面元坐标图面元坐标图 等效电流元和磁流元等效电流元和磁流元 eJmJezsyxmzsxyJaHa HJaEa E South China University of Technology Research Institute of An
9、tennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering E E面辐射场面辐射场 电流元的辐射场为电流元的辐射场为 磁流元的辐射场为磁流元的辐射场为 于是，面元在于是，面元在E E平面的辐射场为平面的辐射场为 60sin2 60)=cos2jkr emjkr xI dledEjr H dx dyejr （) 2jkr ymE dy dxedEjr （ 120y xEH (1cos )2j r yEedEjdxdyr =2TEMTEM波假设
10、波假设 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering H H面辐射场面辐射场 电流元的辐射场为电流元的辐射场为 磁流元的辐射场为磁流元的辐射场为 于是，面元在于是，面元在H H平面的辐射场为平面的辐射场为 cos2jkr ymE dxdyedEjr 2jkr yeE dydxedEjr (1cos )2jk
11、r yEedEjdxdyr South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 电流元与磁流元方向图的合成原理电流元与磁流元方向图的合成原理 E E面面 H H面面 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Tec
12、hniques School of Electronic & Information Engineering 一般情况下的辐射场为：一般情况下的辐射场为： (1cos )sin2(1cos )cos2jkr yjkr yEedEjdxdyr EedEjdxdyr cos =sin sincos =sin cosxyzxyzSouth China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & I
13、nformation Engineering 在空间任一点的总场在空间任一点的总场 合成场的量值为：合成场的量值为： 可见，总场的大小与可见，总场的大小与 无关，只与无关，只与 有关。有关。 有趣的是，当电流元与磁流元同时辐射时，只向有趣的是，当电流元与磁流元同时辐射时，只向 单边辐射。单边辐射。 面元的面元的E面和面和H面方向图面方向图 |(1 cos )2yEdEdxdyrdEdEdESouth China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Tec
14、hniques School of Electronic & Information Engineering 1sin(,)(1cos )2 1cos(,)(1cos )2jkRyssssssjkRysssssseEdEjEx ydx dyR eEdEjEx ydx dyR矩形口面的辐射矩形口面的辐射 把口面分成无数个面把口面分成无数个面 元，则整个口面在空元，则整个口面在空 间任一点的辐射场就间任一点的辐射场就 是这些面元所产生的是这些面元所产生的 场的叠加。场的叠加。 P点的辐射场有两个点的辐射场有两个 分量：分量： South China Un
15、iversity of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 在远区，在远区，P点离辐射元很远，分母上点离辐射元很远，分母上 分子上分子上 近似不变近似不变 分子上的指数相位中分子上的指数相位中 对于对于E面（面（yz面）面） =90o,E =0: 对于对于H面（面（xz面）面） =0o,E =0: sin cossin sinssRrxy
16、sin(1cos )(,)2sjkr jky EyssssseEEjEx y edx dyr sin(1cos )(,)2sjkr jkx HyssssseEEjEx y edx dyr 1/1/RrcosSouth China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 2211sin1 cos 2sin1 cos 2EHEASEAS 12j reAjEr SD D 112
17、21sin2 1sin2DD 均匀分布的矩形口面均匀分布的矩形口面 假设口径面上场的振幅和相位处处相同。假设口径面上场的振幅和相位处处相同。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering () 310 () 420aaaaee ee South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques Sc
