微波仿真论坛 - 八木天线的设计仿真与测试(1)(3)

今天，在电子技术发展H新月异的形势下，天线理论与技术水平也在不断的发 展和提高，如今天线在人们的社会生活中的已不可或缺，它无处不在，家庭或工 作场所，汽车或飞机早.，船舶、卫星和航天器的有限空间内甚至可以由步行者随

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大线的基本理论

身携带。归纳起来，就天线在电子系统中的应用来说.大体上可以分为广播天线、 通信天线、雷达天线、卫星天线和卫星地面站天线等几个方面。例如，移动通信 涉及飞机、宇宙飞船、舰船或者陆上交通工具时的需要；对于广播电台电视台， 一个传输终端可以支持不限数量的接收用户，而这些用户可能是移动中的，此时 通常要采用天线；同时蜂窝移动电话系统等需要使用天线的个人通信器材也很常 见。此外，天线还有很多非通信方面的应用，这些应用包括遥感和工业应用等。 遥感系统可以有源（如雷达）也可以无源（如辐射计)，并且各自接收来自物体的 散射和固有辐射，接收信号经过处理后产生关于物体或环境的信息：工业的应用 包括利用微波烹饪和烘干等方面。

2.2天线的基本原理和主要参数 2.2.1天线的基本原理

电磁场的一切问题，归根结底都是求解麦克斯韦方程组的问题< 分析天线问 题，主要在于求解外施电流分布J产生的场，一般来说，应该根据天线的边界条 件求解麦克斯韦方程，外施电流分布在求解过程中得到。一根天线可以看作由许 多首尾相接的电流元所组成，这些电流元又称基本振子。基本振子是构成天线辐 射的基本单元。只要求得基本振子的辐射场，利用叠加原理即可了解整个天线的 辐射情况。基本振子包括点辐射元、‘电振子元和磁振子元^

图2-1空间源的场 如

图2-1所示t空间源产生的场可以表示为t29]:

E ■? -JcaA +— --- VV*/4—Vx Ac

北京交通人孕硕十论文

如果没有磁源，仅有电源，则有r

E - -jcuA + ~-~ VV ? A

}0)fJl￡

(2.2)

H = —

M

如果空间没有电源，仅有磁源，则有：

E = —^ ▽?及

.(2.3)

H = -jajAe + ----------- W.4

jcopie

其中A和Ac分别为矢量磁位和矢量电位?

A^JLri^v R

(2.4)

At ■-—CJ^ 1 ~dV 4JIEJ R

对于具体问题，方程（2.1)可在圆柱坐标系下展开为：

\\E\\^E{R,6^)

一般根据R的变化可以将空间分为感应近场区、辐射近场区（菲涅耳区）和 远场区（夫琅和费区）三个区。感应近场区的场主要是感应场，其外边界条件一 般定义为丑< 0.621)73/1,其中，D是天线的最大尺寸，A是工作波长。如果天 线是非常短的偶极天线，其外边界定义为i?sA/2^r。感应近区场比较复杂，电场 和磁场不易互相转换，需要分别测量，这是由于这个区域场强和l/r2或]/r3有关， 所以位置的微小变化都会引起较大的测量误差。辐射近场区的场以辐射场为主， 但是场随空间角度的分布会随R的变化而变化，场的径向分量也有可能较大，这 —区域的范围一般定义为Q_62DJ5/I

SR< 2D

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.(2.5)

/X(D > A)?当天线的尺寸与波长 相比很小时，这一区域可能不存在。远区场

则是我们最关心的区域，测量几乎都 必须在这个区域进行，远场区的场基本上是横向场r径向分量很小，并且场随空 间角度的分布规律不再随R而变化。这一区域范围一般为21)2/2￡及<00。此时 电场和磁场方向垂直并且都和传播方向垂直，因此远区场的波为平面波，电场和 磁场的比值是固定值，只需测出电场就能算出磁场，反之亦然。在远场区，空间 的场可以表示为：

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