磁偶极子天线
磁偶极子天线辐射场
磁偶极子天线辐射场磁偶极子天线是一种用来辐射电磁波的天线类型。
它由一个磁体偶极子和一根导线构成，通过电流的流动在天线上产生磁场，从而辐射出电磁波。
磁偶极子天线辐射场具有一定的特性和特点。
磁偶极子天线辐射场具有方向性。
由于磁偶极子天线是通过电流产生磁场来辐射电磁波的，因此其辐射场的方向与电流流动的方向相关。
根据右手定则，当电流流动方向与磁偶极子天线的轴线方向相同时，辐射场沿着轴线方向辐射；当电流流动方向与轴线方向相反时，辐射场则沿着轴线相反方向辐射。
这使得磁偶极子天线可以实现辐射方向的控制。
磁偶极子天线辐射场的辐射强度与频率有关。
根据辐射功率的表达式，辐射功率与电流的平方成正比。
而电流的大小与频率有关，当频率较低时，电流较大，辐射功率也较大；当频率较高时，电流较小，辐射功率也较小。
这说明磁偶极子天线辐射场的强度与频率之间存在一定的关系。
磁偶极子天线辐射场的辐射范围也是有限的。
根据辐射场的传播特性，辐射场的功率密度随着距离的增加而减小。
当距离远离天线时，辐射场的强度会逐渐减小，直至无穷远处，辐射场的强度非常微弱。
因此，在实际应用中，磁偶极子天线的辐射范围是受限的，需要根据需求进行合理的布置和设计。
磁偶极子天线辐射场还具有极化特性。
极化是指电磁波的电场振动方向。
对于磁偶极子天线辐射的电磁波来说，其电场和磁场振动方向垂直于辐射方向，因此其极化方式为垂直极化。
这种极化特性在通信和雷达等领域中具有重要应用价值。
磁偶极子天线辐射场具有方向性、与频率有关、辐射范围有限以及具有特定的极化特性等特点。
在无线通信、雷达系统等领域中，磁偶极子天线的辐射场特性对于信号的传输和接收起着重要的作用。
因此，对于磁偶极子天线辐射场的研究和应用具有重要意义。
课件：磁偶极子天线
Part3 实物测试
回波损耗
理论上设计的磁偶极子天线中心频率为2.52GHZ，实际测得 2.576483GHZ，
由相对误差计算公式可得误差为2.2％
电压驻波比
S11天线的驻波比，测得为1.417。驻波比等于1时，表示馈线和天 线的阻抗完全匹配，此时高频能量全部被天线辐射出去，没有能量的 反射损耗，驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去 。驻波比用来表示天线和电波发射台是否匹配。由实测值可得，有一 部分电波被反射回来，最终变成热量，使得馈线升温。
输入阻抗
S22的输入阻抗值，等于天线输入端的电压与电流的比值， 实部为72.979Ω，虚部为j35.678Ω
实部图如下
输入阻抗
S22的输入阻抗值，等于天线输入端的电压与电流的比值， 实部为72.979Ω，虚部为j35.678Ω
虚部图如下
Smith圆图
通过Smith圆图，我们能够迅速的得出在传输线上任意一点阻抗 、电压反射系数、驻波比等数据。通过smith圆图可以进行匹配阻抗 和VSWR的调试，只需要在极坐标的smith图上以阻抗点到圆心的距离 为半径做圆，与水平轴相交，则离极坐标原点最远点坐标的大小即 为电压驻波比（VSWR）的大小。
磁偶极子天线
仿真与制作
第一组
目录
1 •天线设置
3
•实物测试
2 •仿真结果
Part1 天线设置
天线整体结构
Top surface
Bottom surface
参数值
Properties Wb h Ra L1 L2 W3 Wd
Value 20 mm 1.6 mm 5 mm 8 mm 13 mm 3.75 mm 1.25 mm
S11的smith圆图如下
磁偶极子天线辐射场
磁偶极子天线辐射场磁偶极子天线是一种常见的无线通信天线，它通过产生磁场来辐射电磁波。
本文将详细介绍磁偶极子天线的辐射场特性。
我们需要了解磁偶极子天线的基本结构。
磁偶极子天线由一个导体环组成，电流从环的一个端口输入，通过环内部的导线流过，并返回到另一个端口。
当电流通过导线时，会在环的周围产生磁场，这个磁场就是磁偶极子天线的辐射场。
磁偶极子天线的辐射场具有以下几个特点：1. 方向性辐射：磁偶极子天线的辐射场在水平方向上具有较强的辐射能力，而在垂直方向上的辐射能力较弱。
这是因为磁偶极子天线的辐射主要是由环内部的电流产生的磁场引起的，而磁场的辐射主要是垂直于电流方向的。
因此，磁偶极子天线的主要辐射方向与电流的方向相垂直。
2. 辐射效率高：磁偶极子天线的辐射效率较高，这是因为磁偶极子天线的辐射主要是通过磁场辐射电磁波，而磁场的辐射功率与电流的平方成正比，因此辐射效率高。
3. 辐射范围有限：磁偶极子天线的辐射范围有限，辐射远离天线的地方辐射强度会逐渐减小。
这是因为磁偶极子天线的辐射主要是通过磁场辐射电磁波，而磁场的辐射范围相对较小。
4. 偏振特性与电流方向有关：磁偶极子天线的辐射场的偏振特性与电流的方向有关。
当电流方向与天线轴线的垂直方向一致时，辐射场的偏振为垂直于天线轴线的方向；当电流方向与天线轴线的垂直方向相反时，辐射场的偏振为与天线轴线平行的方向。
磁偶极子天线的辐射场是由电流在天线内部产生的磁场引起的。
磁场的辐射主要是通过磁感应强度的变化来实现的。
当电流通过导线时，导线周围的磁场会随着电流的变化而变化，从而产生电磁波的辐射。
辐射场的强度与电流的大小、频率以及天线的结构参数有关。
磁偶极子天线的辐射场具有方向性辐射、辐射效率高、辐射范围有限以及偏振特性与电流方向有关等特点。
磁偶极子天线在无线通信、雷达等领域有着广泛的应用，对于研究和了解磁偶极子天线的辐射场特性具有重要意义。
涡流场问题实例：磁偶极子天线的近区场计算
电磁场与电磁波实验报告实验四班级：通信2班姓名：闫振宇学号：1306030222日期：实验4 涡流场问题实例：磁偶极子天线的近区场计算1. 实验目的和任务a.学习软件Ansoft maxwell 软件的使用方法；b.通过软件的学习掌握运用Ansoft Maxwell 进行边界上的坡印廷矢量及其辐射电阻计算的流程；c.理解并掌握辐射边界的使用。
2. 实验内容1)磁偶极子线圈的近区场在边界上的坡印廷矢量及其辐射电阻；2)会用Ansoft Maxwell 后处理器和计算器对仿真结果分析；3)恒定磁场力矩计算。
3. 实验原理磁偶极子是类比电偶极子而建立的物理模型。
具有等值异号的两个点磁荷构成的系统称为磁偶极子。
磁偶极子受到力矩的作用会发生转动，只有当力矩为零时，磁偶极子才会处于平衡状态。
利用这个道理，可以进行磁场的测量。
但由于没有发现单独存在的磁单极子，故我们将一个载有电流的圆形回路作为磁偶极子的模型。
利用磁偶极子模型计算给定区域内的涡流场问题。
4 实验步骤4.1 建模（Model）Project > Insert Maxwell 3D Design选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Eddy current设置几何尺寸单位：Modeler > Units > Select Units: m (meters)4.2 创建线圈Draw>Torus中心点：（0,0,0）输入线圈的内径：（0.0095,0,0）输入线圈的外径：（0.001,0,0）将材料设置为Copper重命名为：coil4.3 创建计算区域RegionDraw>Sphere中心点：（0,0,0）输入球形计算区域的半径：（0.06,0,0）材料设为vacuum图4-1 仿真模型4.4 创建激励电流加载面（Create Section）Select coilModeler > Surface > SectionSection Plane: YZ平面Modeler > Boolean > Separate Bodies（分离两Section面）Del 删除1个截面将剩下的1个截面重命名为“current”4.5 设置激励（Assign Excitation）选中线圈截面：currentMaxwell 3D> Excitations > Assign > CurrentValue: 1.414Type: soild4.6 设置涡流效应和位移电流存在区域Maxwell > Excitations > Set Eddy Effects图4-2 设置涡流效应和位移电流存在区域4.7设置辐射边界Radiation Boundary将region的半径表示为的函数选中Region下的Create sphere将半径radius改为：lambda/4+0.01 (m)添加变量lambda的定义为：c0/frequ这里c0表示真空中的光速添加变量frequ的定义为：1.5GHz图4-3 设置变量结果图按f 键，改为面选择4.8 选中Region的外表面Maxwell > Boundaries > Assign > Radiation…4.9 设置表面剖分的近似原则选中外表面Maxwell > Mesh Operations > Assign > Surface Approximation…Maximum surface deviation：ignoreSet maximum normal deviation (angle)：15 degSet aspect ratio：104.10 创建计算区域的外表面选中Region区域的外表面Modeler > Surface > Create Object From Face将该面重命名为Outside4.11 设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix4.12 设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes ：5误差要求：Percent Error: 10%频率设置：Solver > Adaptive Frequency: 1.5GHz5.检查并运行Check & Run6.计算结果6.1 计算辐射电阻创建平均Poynting 矢量的计算表达式⎭⎬⎫⎩⎨⎧*⨯=→→→H E p Re 21Maxwell 3D > Fields > Calculator…Quantity > E Quantity > HComplex > Conj （取H 矢量的共轭） Cross （叉乘操作）Complex > Real （取实部） Number > 0.5 *点击Add…Named expressions > PP DoneIp R rmsavr 2=Maxwell > Fields > Calculator在Named Expressions 栏中选中PoyntingCopy to stack （将pp 的计算设置copy 到Calculator 堆栈中） Geometry > Surface > Outside Normal （保留pp 的法向分量）⎰积分Eval （查看结果）6.2 查看阻抗矩阵Maxwell > Results > Solution Data图6-1 阻抗矩阵结果图6.3 查看辐射边界上的pp 矢量图选中Region的外表面Maxwell > Fields > Fields > Named Expression…选中pp图6-2 辐射边界上的pp矢量图7.心得体会本次的实验，感觉真的好麻烦，中间遇到很多的困难，有些地方的一个符号，一个字母不对，就会影响之后的结果，然后只能重来。
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辐射电阻愈大，则辐射功率愈强
（3）小电流环天线的辐射场特性
计算结果表明，同样频率、同样长度的导线制作成小电流环天 线的辐射阻抗远小于制作电偶极子天线的辐射阻抗。这说明小 电流环天线辐射电磁波的能力远小于电偶极子天线。其原因何 在？
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利用辐射电阻的定义，得到小电流圆环（磁偶极子）的辐射电阻是
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磁电偶极子天线原理
磁电偶极子天线原理一、引言磁电偶极子天线是一种常用的无线通信天线，其原理基于磁电偶极子的辐射特性。
本文将详细介绍磁电偶极子天线的原理和工作原理。
二、磁电偶极子天线的定义磁电偶极子天线是一种将电磁波转换为电流的设备，可以将电流转换为辐射电磁波的设备。
磁电偶极子天线常用于无线通信中，如蜂窝移动通信、无线局域网等。
三、磁电偶极子天线的结构磁电偶极子天线由两个电极和一个磁场组成。
两个电极之间通过电场连接，电极上的电流可以产生磁场。
当电流通过电极时，电极上的电场会产生磁场，从而形成一个磁电偶极子。
四、磁电偶极子天线的工作原理磁电偶极子天线的工作原理基于电磁波的辐射特性。
当电流通过电极时，电极上的电场会产生磁场。
这个磁场可以将电流转换为辐射电磁波。
辐射的电磁波可以传播到空间中，从而实现无线通信。
五、磁电偶极子天线的应用磁电偶极子天线广泛应用于无线通信领域。
例如，在蜂窝移动通信中，磁电偶极子天线被用作基站天线，用于发送和接收无线信号。
在无线局域网中，磁电偶极子天线被用作无线路由器的天线，用于传输无线信号。
六、磁电偶极子天线的特点磁电偶极子天线具有以下特点：1. 磁电偶极子天线可以实现高效的无线通信，具有较高的传输速率和较低的信号衰减。
2. 磁电偶极子天线可以实现多频段通信，适用于不同频率的无线通信系统。
3. 磁电偶极子天线具有较小的尺寸和重量，便于安装和维护。
4. 磁电偶极子天线具有较好的方向性，可以实现定向传输和接收。
七、磁电偶极子天线的发展趋势随着无线通信技术的不断发展，磁电偶极子天线也在不断创新和改进。
未来的磁电偶极子天线可能会更加小型化、高效化和智能化。
同时，磁电偶极子天线还可能应用于更多领域，如物联网、智能家居等。
八、结论磁电偶极子天线是一种常用的无线通信设备，其原理基于磁电偶极子的辐射特性。
磁电偶极子天线具有高效的无线通信能力、多频段通信、小型化和方向性等特点。
随着无线通信技术的发展，磁电偶极子天线将在未来得到更广泛的应用。
2020高中物理竞赛-电磁学篇(电磁场理论)06电磁波的辐射：小电流环—磁偶极子天线 (共12张PP
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【例】 设导线的长度为1米，求制作成圆环和电 偶极子天线的辐射电阻。电磁振荡频率为1MHz
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计算结果表明，同样频率、同样长度的导线制作
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4 小电流环与磁偶极子等效
在静态电磁场中，恒定小电流环可用磁偶极子等 效。在时变电磁场中，置于坐标原点的磁偶极子
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电磁场理论
Electromagnetic Theory 2020高中物理竞赛 （电磁学篇）
6.3 小电流环—磁偶极子天线
1 小电流环天线结构
电流环上通有随时间谐变的电流，电流的振幅为 恒量，数学上可表示为：
如果电流环半径很小，考虑到是随位置变化的，将
其在球坐标系中表示，即
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近场区电磁场
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宽带磁电偶极子天线设计
宽带磁电偶极子天线设计
通信系统的飞速发展离不开天线技术的支持。
随着4G通信系统的普及和5G 通信系统频率的确定与发布,通信系统更新换代越来越快的局面给天线技术的发展再次提出了新的要求:宽频带、低交叉极化、在工作带宽内有稳定的增益和方向图指标等。
磁电偶极子天线以其优越的性能获得广大学者的关注,对磁电偶极子天线这种新型互补型天线的研究从未停下脚步。
本文在现有技术的基础上结合相关文献对宽带磁电偶极子天线进行研究和设计。
论文的主要工作内容如下:(1)设计了一款具有简单馈电结构的磁电偶极子
天线单元。
将交叉偶极子天线的馈电方式进行优化并应用于磁电偶极子天线上,采用同轴线耦合馈电的方式替代传统r型馈线条带,实现了47%(驻波比小于1.5)的工作带宽(1.68GHz-2.71GHz)。
在天线的工作带宽内增益稳定同时保持了良好的方向图指标,交叉极化较低。
(2)设计了一款宽带磁电偶极子天线单元。
通过改进传统的r型馈线条带形成H型馈线条带进行馈电,同时采用印刷
FR4基板代替传统铜材质的磁电偶极子辐射振子,水平电偶极子设计成八边形渐
变结构,使天线获得了79.1%(驻波比小于1.5)的相对带宽覆盖1.56GHz-3.60GHz。
为防止天线高频增益和方向图的严重恶化,天线采用有金属围栏的反射板,这种
设计能有效改善天线增益和方向图的恶化。
在整个工作频段内,天线具有稳定的增益,交叉极化较低,辐射方向图能保持良好的一致性和单向性。
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磁偶极子辐射电场为：
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电场的两个分量初始相位保持为pi/2
（3）小电流环天线的辐射场特性
利用辐射电阻的定义，得到小电流圆环（磁偶极子）的辐射电阻是
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【例】 设导线的长度为1米，求制作成圆环和电偶极子天线的辐射电阻。电 磁振荡频率为1MHz
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其磁场正好是第三章中小电流圆 环（即磁偶极子）产生磁场的表 达式（3-5-12）
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由于环上电流只有phi分量，可以预言A仅有phi分量，故上式积分后只剩下phi分量。
（2）小电流环天线的电磁场
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因为电流环上的电流方向不一致，导致其产生的 辐射场有部分互相抵消，从而削弱了整个辐射场
（4）小电流环与磁偶极子等效
在静态电磁场中，恒定小电流环可用磁偶极子等效。在时 变电磁场中，置于坐标原点的磁偶极子的磁矢势〔参考（ 6-1-12)式〕为：
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电偶极子天线
小圆环天线
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辐射电阻愈大，则辐射功率愈强
（3）小电流环天线的辐射场特性
计算结果表明，同样频率、同样长度的导线制作成小电流环天 线的辐射阻抗远小于制作电偶极子天线的辐射阻抗。这说明小 电流环天线辐射电磁波的能力远小于电偶极子天线。其原因何 在？
6.4 磁偶极子天线
自强●弘毅●求是●拓新
（1）小电流环天线结构
电流环上通有随时间谐变的电流，电流的振幅为恒量，数学 上可表示为：
（2）小电流环天线的电磁场
如果电流环半径很小，考虑到是随位置变化的，将
其在球坐标系中表示，即
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其远区电磁场为：
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如何用一个电偶极子和一个磁偶极子天线实现圆极化波？
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（3）小电流环天线的辐射场特性
近场区电磁场
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