偶极子天线辐射
第3章 偶极子天线 ppt课件
2L = 3/2
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f
()
c
os 32π
c
os
sin
2L = 2
f()c
o 2πsc o s1 s in
20
3.3 偶极子天线
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3.3 偶极子天线
形成天线不同方向性的主要因素： • 基本元的方向性； • 天线上电流的振幅和相位分布； • 各基元到远区观察点的射线间的行程差。
r0
l
j 60Im cos(klcos) coskl e jkr0
r0
sin
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——偶极子天线辐射场表示式 17
3.3 偶极子天线
1）方向性函数
E 6r0 Im 0c
o kcslo () sc s in
k o ls6Im 0f()
r0
f()c
okscl(o )sc s in
oksl
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3.3 偶极子天线
偶极子天线的辐射功率和辐射电阻
P
r2 2
2
d
0
0
E2
sin
d
P
30
I
2 m
2
2
d
0
0
cos kl cos cos
sin
kl
2
d
P
1 2
I
2 m
R
R
30
2
d
0
0
cos
kl
cos
sin
cos
kl
2
d
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R1
2W t
W
Wt 1
电偶极子的辐射功率
电偶极子的辐射功率电偶极子是由两个等大异号电荷组成的系统，它具有一个正电荷和一个负电荷，它们之间的距离称为电偶极矩。
电偶极子在空间中运动时会产生辐射，这个辐射功率是电偶极子的一个重要性质。
我们来了解一下电偶极子的辐射机制。
当电偶极子受到外界的激励，例如电场或者磁场，它的电荷会受到力的作用而产生加速度。
根据电磁理论，加速度的变化会产生辐射场。
因此，电偶极子也会产生辐射。
电偶极子的辐射功率可以通过辐射场的能流密度来描述。
能流密度是单位面积上通过的能量流量。
根据辐射场的理论，电偶极子的辐射功率与其加速度的平方成正比。
也就是说，电偶极子的辐射功率与电偶极矩的大小、电偶极矩的变化率和加速度的平方成正比。
在电偶极子的辐射功率中，存在一个重要的参数，即辐射阻抗。
辐射阻抗是辐射场与电偶极子之间的耦合系数，它决定了电偶极子辐射出去的功率与其自身的功率之间的关系。
辐射阻抗与电偶极子的大小、形状以及辐射波长有关。
通过调节电偶极子的大小和形状，可以改变辐射阻抗，进而影响电偶极子的辐射功率。
除了辐射阻抗，电偶极子的辐射功率还受到辐射波长的影响。
根据辐射场的理论，当辐射波长远大于电偶极矩的尺寸时，电偶极子的辐射功率会随着辐射波长的平方递减。
这是因为辐射波长较长时，辐射场与电偶极子之间的耦合效应较弱，辐射功率会减小。
电偶极子的辐射功率还与运动轨迹有关。
当电偶极子做直线运动时，其辐射功率最大。
而当电偶极子做圆周运动时，其辐射功率最小。
这是因为在直线运动时，电偶极子的加速度变化较大，辐射功率较大；而在圆周运动时，电偶极子的加速度几乎没有变化，辐射功率较小。
总结起来，电偶极子的辐射功率与电偶极矩的大小、电偶极矩的变化率、加速度的平方、辐射阻抗以及辐射波长等因素有关。
通过调节这些因素，可以控制电偶极子的辐射功率。
电偶极子的辐射功率在无线通信、雷达、天线等领域都有着广泛的应用。
在设计和优化这些系统时，需要考虑电偶极子的辐射功率，以确保系统的性能和稳定性。
半波偶极子天线特点
半波偶极子天线特点半波偶极子天线是一种常见的天线类型，具有许多特点和优点。
在这里，我将解释半波偶极子天线的特点，并结合标题中心扩展下的描述。
半波偶极子天线是一种全向天线，其辐射图案在水平方向上是均匀的圆形。
这意味着它可以在水平方向上以相等的强度发送和接收无线信号，而不受方向性的限制。
因此，半波偶极子天线非常适用于需要全向覆盖的应用，如无线通信基站和广播电台。
半波偶极子天线的频率范围广泛，可以覆盖从几十兆赫兹到几千兆赫兹的频段。
这使得它可以适应不同的通信系统和应用需求。
无论是用于移动通信、无线局域网还是卫星通信，半波偶极子天线都可以提供可靠的信号传输和接收。
半波偶极子天线具有较高的辐射效率和良好的阻抗匹配特性。
它的辐射效率是指天线将输入的电能转化为辐射能的能力。
由于其设计合理，半波偶极子天线可以有效地将电能转化为无线信号，并降低能量损耗。
同时，它的阻抗匹配特性使得天线能够有效地与发射或接收设备之间传递信号，减少信号的反射和损耗。
半波偶极子天线还具有较小的体积和重量。
相比其他天线类型，半波偶极子天线通常是由简单的金属材料制成，易于制造和安装。
这使得它在实际应用中具有较大的灵活性和便利性。
另外，由于其较小的体积和重量，半波偶极子天线也可以方便地安装在各种设备上，如移动电话、无线路由器等。
半波偶极子天线还具有一定的抗干扰能力。
由于其辐射图案的均匀性，半波偶极子天线可以减少外界干扰对信号的影响。
这在拥挤的无线环境中尤为重要，可以提高通信系统的可靠性和性能。
半波偶极子天线还具有一定的多频段工作能力。
通过合理设计和调整天线的物理结构，可以使其在不同频段上工作。
这使得半波偶极子天线可以满足多种应用需求，如多频段无线通信系统和多频段无线电广播。
半波偶极子天线具有全向性、频率范围广、辐射效率高、阻抗匹配好、体积小、重量轻、抗干扰能力强和多频段工作能力等特点。
在不同的无线通信和广播应用中，半波偶极子天线都可以发挥重要的作用，并提供稳定可靠的信号传输和接收。
偶极子天线结构
偶极子天线结构1. 引言天线是无线通信系统中至关重要的组成部分，它负责将电磁波从传输介质中转换为自由空间中的辐射电磁波。
偶极子天线是一种常见且重要的天线结构，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
本文将对偶极子天线的结构、工作原理及其在通信系统中的应用进行详细介绍。
2. 偶极子天线的定义与分类偶极子天线是一种简单而有效的天线结构，它由两个相同长度但相反方向的导体杆构成。
根据导体杆的形状和排列方式，偶极子天线可以分为直立式偶极子天线和水平式偶极子天线。
直立式偶极子天线直立式偶极子天线由两根垂直于地面并互相平行的导体杆组成。
这种结构常见于基站、移动通信塔等场合。
直立式偶极子天线具有较高的辐射效率和辐射方向性，适用于远距离传输和大范围覆盖。
水平式偶极子天线水平式偶极子天线由两根水平并互相平行的导体杆组成。
这种结构常见于室内天线、车载天线等场合。
水平式偶极子天线具有较低的辐射效率和辐射方向性，适用于近距离传输和小范围覆盖。
3. 偶极子天线的工作原理偶极子天线的工作原理基于电磁波与导体之间的相互作用。
当电磁波通过导体时，会在导体表面产生感应电流。
这些感应电流会在导体上产生电场和磁场，从而形成一个辐射源。
根据安培定律和法拉第电磁感应定律，我们可以推导出偶极子天线的辐射特性。
偶极子天线可以看作是一个振荡器，其长度与频率密切相关。
当频率与偶极子天线的谐振频率匹配时，能量将被有效地传输到空间中，并形成一个辐射模式。
偶极子天线在空间中产生的辐射模式可以通过增加或减小导体杆长度来调节，从而实现对天线性能的优化。
4. 偶极子天线的特点与优势偶极子天线具有以下特点和优势：宽频带特性偶极子天线的宽频带特性使其能够适应不同频率范围内的通信需求。
通过调整导体杆的长度和直径，可以实现多频段的覆盖。
方向性辐射偶极子天线具有较高的辐射方向性，可以将信号集中在某个方向上，减少信号在其他方向上的损耗。
这对于提高通信系统的传输距离和抗干扰能力非常重要。
简述电偶极子的辐射场
电偶极子的辐射场引言电偶极子是一种重要的物理模型，用于描述具有正负电荷分布的物体。
当电偶极子受到外界作用力时，它会产生辐射场。
本文将详细介绍电偶极子的辐射场特性及其相关理论。
电偶极子模型电偶极子是由两个相等但异号电荷构成的系统，它们之间的距离远小于与其它物体的距离。
通常情况下，我们可以将这两个点电荷看作在一条直线上，并定义一个矢量p表示两个电荷之间的间距乘以正负电荷大小之差，即p=qd。
辐射场理论根据经典电动力学理论，加速运动的带电粒子会辐射出能量。
同样地，当外界力矩作用于电偶极子时，它也会发射辐射场。
根据辐射场理论和多极展开方法，我们可以得到以下关于电偶极子辐射场的一些重要结论。
辐射功率对于一个加速运动的点电荷，在单位时间内向外辐射的功率可以由Larmor公式给出：P = (2/3) * (q^2 * a^2)/(4πε₀c³)其中，P表示辐射功率，q表示电荷大小，a表示加速度，ε₀表示真空介电常数，c表示光速。
对于电偶极子而言，它的辐射功率可以通过将两个点电荷的辐射功率相加得到：P = (2/3) * ((qd)² * a²)/(4πε₀c³)辐射场强度辐射场强度可以通过引入辐射因子来描述。
对于电偶极子而言，辐射因子可以通过以下公式计算：R = (k²/(4πε₀c⁴)) * |(p·n)̂|²其中，k表示波数，n表示单位矢量指向观察点与电偶极子之间的方向。
辐射场分布根据辐射场强度的表达式，我们可以推导出电偶极子的辐射场强度在空间中的分布。
一般来说，在远离电偶极子的区域内，辐射场呈现出球面扩散性质。
在不同角度方向上，辐射场强度也会有所不同。
实际应用电偶极子的辐射场理论在许多领域有着重要的应用，例如天线工程、核磁共振成像等。
以下是一些实际应用的例子：天线工程天线是一种能够将电信号转换为电磁波并进行辐射传播的装置。
在天线工程中，我们可以利用电偶极子的辐射场特性来设计和优化天线结构，以达到更好的信号传输效果。
偶极子天线结构
偶极子天线结构
偶极子天线是一种常见的天线结构，由两个相互平行的导体构成。
它通常由金属材料制成，如铜、铝等。
偶极子天线的导体长度通常为
半波长或四分之一波长。
偶极子天线的结构简单且易于制造。
它的导体被垂直固定在支撑
结构上，使其与地面平行。
两个导体之间的距离通常为导体长度的一半。
当偶极子天线与电源相连时，电流从一个导体流入、从另一个导
体流出。
这种电流的流动产生了辐射，形成了电磁波。
由于其结构的
对称性，偶极子天线辐射的电磁波主要集中在其垂直于导体的平面上。
偶极子天线被广泛应用于无线通信领域。
它可以用于发送和接收
无线信号，如电视、无线电、手机通信等。
由于其辐射模式的特点，
偶极子天线通常具有较好的方向性。
值得注意的是，偶极子天线的性能受到其长度、形状和材料的影响。
设计者需要根据具体应用的需求选择适当的导体长度和形状。
此外，天线的安装位置和周围环境也会对其性能产生影响。
总之，偶极子天线是一种常见且广泛应用的天线结构，其简单的
结构和良好的方向性使其成为无线通信领域中常用的天线之一。
天线中应用电偶极子的原理
天线中应用电偶极子的原理1. 介绍天线是无线通信系统中非常重要的组成部分，能够将电信号转换成电磁波进行信号传输。
在天线的设计中，电偶极子是最为常见和基本的一种结构。
本文将介绍天线中应用电偶极子的原理和工作机制。
2. 电偶极子的定义电偶极子是一个具有两个等大反向电荷的狭长物体。
它在交流电信号作用下会发射电磁波，同时也能够接收电磁波并转换成电信号。
由于电偶极子结构简单、易制作、高效率，因此在天线设计中得到了广泛的应用。
3. 电偶极子的工作原理电偶极子的工作原理基于规律：在电偶极子两个极性反向的电荷间，当外界电场或者磁场的作用力使得电荷分离时，电偶极子就会发射或者接收电磁波。
3.1 发射模式当电偶极子受到交流电信号的激励时，两个极性相反的电荷会随着电场的变化而发生振荡，产生交变电流。
这种电流在电偶极子上会产生电磁辐射，并以电磁波的形式向外传播。
在发射模式下，电偶极子可以看作是一个电流源。
3.2 接收模式在接收模式下，电偶极子通过感应电磁波的电场或者磁场来产生感应电流。
这种感应电流会被天线中的电路接收并转换为电信号。
因此，电偶极子也可以看作是一个接收电磁波的天线。
4. 电偶极子的特点电偶极子在天线设计中有许多优点，使得它成为一种经常使用的天线结构。
4.1 宽频段电偶极子可以通过调整长度，使其在较宽的频段内工作。
这是因为电偶极子的长度与工作频率有关联，频率越高需要更短的电偶极子。
4.2 简单结构电偶极子的结构相对简单，由两个等大反向电荷组成。
这种简单的结构使得电偶极子制作成本低廉，容易加工和安装。
4.3 方向图特性电偶极子在天线辐射和接收方向上具有不同的特性。
通过适当设计，可以实现不同的辐射方向图和接收特性，以满足不同的应用需求。
4.4 高效率由于电偶极子与空气接触面积相对较小，辐射和导致损耗的电流也相对较小。
因此，电偶极子具有较高的能量转换效率。
5. 应用电偶极子广泛应用于各种无线通信系统和应用中，例如：•无线电广播和电视天线•蜂窝通信基站天线•WLAN和蓝牙设备天线•射频识别（RFID）系统天线6. 结论电偶极子作为天线设计的一种基本结构，具有简单、高效、宽频段等特点，被广泛应用于无线通信系统中。
半波偶极子天线原理
半波偶极子天线原理半波偶极子天线是一种常用的无线通信天线，其工作原理是根据麦克斯韦方程组的推导，利用电场和磁场之间的相互耦合关系实现的。
半波偶极子天线的主要原理是：当天线中通以高频电流时，电流会在天线的两个部分上产生反向的电荷分布，这个分布产生的电势差形成天线上下两个部分之间的电场。
与此同时，电场与通过电流产生的磁场相互作用，形成一个闭合的电磁场传播出去，从而实现无线信号的发射或接收。
半波偶极子天线的电场分布呈现出一个半波长的特点，这就是天线被称为半波偶极子天线的原因。
在天线的中心位置，电场的幅值最大，而在两端位置，电场的幅值逐渐减小。
同时，天线的磁场分布与电场分布相互垂直，形成一个相位差为90度的电磁波。
半波偶极子天线具有许多显著的特点，使得它被广泛应用于无线通信领域。
首先，半波偶极子天线的辐射效果良好，能够实现较远的传输距离和较强的信号强度。
其次，由于天线的结构简单，制作成本相对较低，容易进行安装和调试。
此外，半波偶极子天线具有较宽的工作频带范围，适合用于不同频段的无线通信系统。
最后，半波偶极子天线还具有高效率、抗干扰能力强等优点。
在实际应用中，半波偶极子天线的设计和布局需要根据具体应用需求进行调整。
首先，天线的长度应为波长的一半，以保证天线的辐射效果。
其次，天线的位置和方向应根据通信区域和传输距离进行选择，以实现最佳的信号覆盖。
此外，天线的高度和水平位置的调整也可以对天线的辐射方向和范围进行调控。
总之，半波偶极子天线是一种重要的无线通信天线，其工作基于电场和磁场的相互作用关系。
通过合理的设计和布局，半波偶极子天线能够实现有效的无线信号传输和接收，为无线通信系统的可靠性和性能提供了有力的支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解和应用半波偶极子天线。
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偶极子天线的辐射
一、偶极子天线（元天线）
1、结构：长为Δl的载流导线，中心馈电
⑴ 本质上是一个LC振荡电路，振荡频率：
，
⑵ 为了有效地辐射能量：f↑，L、C↓ 图9－2－1
⑶ 闭合电路→开放电路→振荡偶极子 点击看图
2、电特性
⑴ Δl＜＜λ，Δl上各点的电流 （包括相位）
可以看作是相等的，
⑵ Δl＜＜r，Δl上各点到P点的距离，可以看作是相等的
3、实际的线状天线可看成是许多偶极子天线的串联组合。
二、偶极子天线的辐射
1、 辐射场表达式
⑴ 设偶极子天线上的电流为 ，在空间产生的矢量位（达朗贝尔方程的解）
2 / 9
在球坐标系中，如图9－2－1
⑵ 由
⑶ 由
2、 讨论
⑴ 若kr1＜＜（k＜＜1/r，r＜＜λ/2π＝，天线近区
④～⑥式中，
⑨、⑩式是电偶极子产生的电场，p25(2.4.7)式。
电流元产生的磁场
与⑧比较，所以⑧式是电流元产生的磁场。
∴ ① 近区的磁场是偶极子上的瞬时电流元产生的，与恒定磁场分布相似，
近区的电场是偶极子上的瞬时偶极子产生的，与静电场分布相似。
② E与H相位相差π／2
③
主要是由于在(4)～(6)→(8)～(10)的过程中，略去了一些小项，实
际上
是能量交换（电场～磁场）＞＞传输的能量。
⑵ 若kr＞＞1（k＞＞1/r，r＞＞λ/2π），天线远区 由(4)～(7)式
① 场强
ⅰ）只有 , 分量，TEM波。
ⅱ）E、H同频率，同相位。
ⅲ）r相等的各点相位相等――球面波。
② 波阻抗
自由空间 η＝120π≈＝377Ω。
③
3、辐射特性（远区）
⑴ 辐射方向性
由远区场强表达式（11）、（12）
表明辐射具有一定的方向性：在天线所在的平面内，∝sinθ,θ＝0，场强
为0；
θ＝π／2，场强最大；
在垂直于天线的平面内无方向性。
① 方向图函数
ⅰ）定义：
ⅱ）偶极子天线，由（12）式 f（θ）＝sinθ (15)
② 方向图：
ⅰ）定义：按方向图函数f（θ,φ）绘出的图形称为方向图。
ⅱ）偶极子天线的方向图。
(a)三维方向图（点击链接）
(b) 侧视图 图9－2－3 (c) 俯视图
方向图直观地表示出天线在不同方向上，相同距离处辐射场强的相对大小。
例：图9－2－3(b)中P1、P2点表示出天线在不同方向上，相同距离处辐射场强
的相对
大小，设P1点，Emax＝1，P2点，E＝sinθ。
⑵ 辐射功率和辐射电阻
① 辐射功率
自由空间无损耗，以偶极子天线为中心作一球面，
天线辐射出去的功率P等于Sav沿球面的积分。 图9－2－4
② 辐射电阻
ⅰ）定义：天线辐射的功率可看作被一个等效电阻“吸收”，称为辐射电阻
ⅱ）偶极子天线的辐射电阻 由(17)式
由（17）式，激励电流I一定，Rr↑，P↓。
例：某发射电台辐射功率10KW，用偶极子天线发射
（a）求在天线的垂直平分面上距离1km处的Sav和E
（b）在与天线的垂直平分面成何角度时，Sav减小一半
解：(a) 由
、：同频率、同相位
在效值
(b) 由①式，
⑶ 方向系数D
ⅰ）理想点源天线：无方向性天线，方向图是一球面。
ⅱ）方向系数的定义：在辐射功率相同的条件下，某一最大辐射方向的辐射强度
与
点源天线在同一点的辐射强度之比，描述了天线辐射能量集
中的程度。
ⅲ）表达式： 辐射功率P＝C
例：9.2.1 求元天线的方向性系数
解：由（2）
由（16）
对于无方向性天线
P不变 由（2）、（3）
P一定，偶极子天线最大辐射方向上辐射强度是无方向性天线的1.5倍。
⑷ 天线的增益
① 天线的效率
② 天线的增益 G＝ηD
三、接收天线
1、 电磁波的接收 图9－2－5
天线用作接收，作用与发射相反，是把空间电磁波的能量转换为天线上振荡
电流
的能量，通过馈线传输到接收机。
把一单元接收天线（偶极子天线）放在辐射场中，电场可以分解为两个分量
Eθ平行于入射面，E垂直于入射面。天线上产生的感应电动势：
一般线天线上的感应电动势
e通过负载Zl产生感应电流，把信号传送给接收机。
2、同一付天线，用作发射天线或接收天线时，电参数是相同的，只是含义不同。
例：同一天线用作发射、接收天线时，f(θ、φ)和方向图都相同，
发射天线：表示天线在不同方向上，相同距离处辐射场的相对大小。
接收天线：表示天线对来自不同方向，场强相同的电磁波接收能力的相对大
小。
偶极子天线 f(θ)＝sinθ，θ＝π／2时接收的信号最强；θ＝0时，接
收的信
号为0。