haihongyuan.com
海量文库 文档专家
全站搜索:
您现在的位置:首页 > 幼儿教育 > 幼儿读物幼儿读物

ch06_天线

发布时间:2013-12-14 10:01:46  

電磁波

第6章 天線(Antennas)

第6章 天線

6- 1

1

電磁波

第6章 天線(Antennas)

? 6-1 輻射功率場型、增益、波束(Radiation Power Pattern, Gain, and Beams) ? ? ? ? ? ? 6-2 Hertz偶極天線(Hertz Dipole Antenna) 6-3 遠場近似法(Far-Field Approximation) 6-4 半波長偶極天線 6-5 天線陣列(Antenna Arrays) 6-6 八木天線(Yagi-Uda Antennas) 6-7 孔口天線(Aperture Antennas)

綱要

6- 2

2

電磁波

第6章 天線(Antennas)

電磁場的產生
? Maxwell方程式
? ?? ? ?H ? 0 ? ? ? ?? ? ? E ? ? ?

? 電流和電荷產生電磁場 ? 電荷守恆定律 ? ?? ? ? J+ =0 ?t
– 配合起始條件(Initial Condition),可以由電流決定電荷

? 產生電磁場的只是電流
6- 3
3

電磁波

第6章 天線(Antennas)

輻射(Radiation)
? 考慮空間中電流分佈 ? 電流改變時,週遭的磁場 會發生改變 ? 磁場改變時,電場也跟著 變 ? 電磁場的強度便因此傳播 出去 (輻射) ? 即使沒有特殊的構造來傳 導它,電磁場也能夠傳開

電流變化產生電磁場變化

6- 4

4

電磁波

第6章 天線(Antennas)

破壞導波系統結構的輻射
? 切斷無窮長導波管,裏 頭傳播的電磁能量被釋 放出來 ? 導波管中的電場變化, 在開口外的空間中引起 了磁場變化 ? 而這些磁場變化又影響 了電場 ? 形成輻射
5

切斷導波管造成輻射

6- 5

電磁波

第6章 天線(Antennas)

天線(Antennas)
? 產生輻射的裝置
– 例如時變電流,或開口導波管

6- 6

6

電磁波

第6章 天線(Antennas)

? 6-1 輻射功率場型、增益、波束(Radiation Power Pattern, Gain, and Beams) ? ? ? ? ? ? 6-2 Hertz偶極天線(Hertz Dipole Antenna) 6-3 遠場近似法(Far-Field Approximation) 6-4 半波長偶極天線 6-5 天線陣列(Antenna Arrays) 6-6 八木天線(Yagi-Uda Antennas) 6-7 孔口天線(Aperture Antennas)

綱要

6- 7

7

電磁波

第6章 天線(Antennas)

輻射特性
? 輻射功率在各方向的相對比例
– 瞭解天線在各方向輻射的相對比例,便利接收 – 把大部份功率送到所希望的方向上 – 節約功率,並避免干擾到其他的電磁波系統

? 輸入功率用於輻射的比率
– 可以知道輻射系統是否有效率

6- 8

8

電磁波

第6章 天線(Antennas)

? 球座標系中(?,f)方向, 每單位立體角分到功率 p(?,f) 2D輻射功率場型的直角座標表示圖 ? 3D場型
– 同時考慮(?,f) – 較難掌握

輻射功率場型 (Radiation Power Pattern)

? 2D場型
2D輻射功率場型的極座標表示圖

?? ? – p? ,f ? 和 p(?,0) ?2 ?
9

6- 9

電磁波

第6章 天線(Antennas)

波瓣(Lobe)或波束(Beam)
? 輻射功率場型中一瓣 一瓣的叫做波瓣(Lobe) 或波束(Beam) ? 最大的稱主波瓣(Main Lobe) ? 其餘為次要波瓣,或 副波瓣(Side-Lobe)

2D輻射

功率場型的直角座標表示圖

2D輻射功率場型的極座標表示圖

6- 10

10

電磁波

第6章 天線(Antennas)

3D輻射功率場型
? p(?,f)比較簡單時可 繪出其立體圖形 ? p為常數的曲面和平面 ? ?= 的交線就是 p? ?,f ? ? ? 2 ?2 ? 的極座標圖形 ? 曲面和平面f=0的交 線則成為 p(?,0) 的極座標圖形
11

輻射場型的立體圖形表示一例

6- 11

電磁波

第6章 天線(Antennas)

無向性天線(Isotropic Antenna)
? 由天線功率對角度的分配p(?,f)可大致明 瞭其集中功率於某一方向的能力 ? 通常,可以拿它來和無向性天線比較 ? 無向性天線 (並不存在,只是一種理想)均勻 向四面八方輻射,沒有特別強或特別弱的 方向 Pr ? 無向性天線 p(?,f) = 4?
– Pr 是總輻射功率
6- 12
12

電磁波

第6章 天線(Antennas)

指向性(Directivity)
? 天線集中功率的能力 ? 定義為天線功率輻射最大方向的p(?,f) = Pmax與無向性天線輻射相等功率的p(?,f) ? 輻射功率 ? 之比值 ? ?
? 立體角 ? ? ? max D= = 輻射功率 ? Pr ? ? ? ? 4? ? 4? ? ? Pmax

? 無向性天線之指向性為1
6- 13
13

電磁波

第6章 天線(Antennas)

? 假設天線之效率為ef,即輸入的功率為 P 時,有 ef P的功率輻射出去 ? 天線增益定義為輻射最大方向的p(?,f)=Pmax與 把輸入功率全部輻射出去之無向性天線的p(?,f) 之比值 Pmax
G= ? Pt ? ? ? ? 4? ? ? ? =e f ? D

增益(Gain)

? 當天線效率百分之百時 G=D ? 通常天線的金屬不是完全導體,或者介質部份有 損耗,造成P無法完全輻射轉為Pr,所以 ef < 1
6- 14
14

電磁波

第6章 天線(Antennas)

集中能力強的理想天線之指向性
? 只在某個很小的立體角範圍輻射 功率,其餘方向均無功率 ? 沒有損耗 ? 增益和指向性均可近似為 ( Pt /ΩB ) 4? G=D ? = ( Pt / 4? ) ΩB

? 此亦為實際窄波瓣(Beam)天線指 向性的良好近似式
窄波束天線之輻射場型

– WB此時指由最大輻射功率之半的點 所圍成的立體角範圍
15

6- 15

電磁波

第6章 天線(Antennas)

窄波束天線計算例題1
? 某窄波束之天線的增益為44(dB) ? 令其主要波束之截面為圓形,求其波束之 夾角

6- 16

16

電磁波

第6章 天線(Antennas)

窄波束天線計算例題1解答
G=10
44 10

? 2.51 ? 104

4? ?4 ΩB ? ? 5 ? 10 (steradian) G
窄波束天線之近似輻射場型

?B ?

4

?

ΩB ? 0.025(rad)

? 1.43°

6- 17

17

電磁波

第6章 天線(Antennas)

窄波束天線計算例題2
? 有人想過在地球外的同步軌道上建立發電 廠,收集太陽能後以微波傳送地球,稱為 SPS (Solar Power Satellites) ? 假設所用天線的波束夾角為?B=0.1o ? 距離地球36000公里 ? 假設

波束為圓形截面 ? 問地球上被照到的區域面積有多少?
6- 18
18

電磁波

第6章 天線(Antennas)

窄波束天線計算例題2解答
?B

?

1.75×10-3 (rad)

ΩB ?

? 2.41×10-6 (steradian)
窄波束天線之近似輻射場型

? 2 ?B 4

照到的區域面積

? 3.12×109 (m2)
6- 19

?

r 2 ΩB

19

電磁波

綱要

第6章 天線(Antennas)

? 6-1 輻射功率場型、增益、波束(Radiation Power Pattern, Gain, and Beams) ? ? ? ? ? ? 6-2 Hertz偶極天線(Hertz Dipole Antenna) 6-3 遠場近似法(Far-Field Approximation) 6-4 半波長偶極天線 6-5 天線陣列(Antenna Arrays) 6-6 八木天線(Yagi-Uda Antennas) 6-7 孔口天線(Aperture Antennas)

6- 20

20

電磁波

第6章 天線(Antennas)

Hertz天線
? 構造和分析最簡單的 天線 ? 一小段正弦狀波形的 電流(其長度dz << l0) 在無邊界之自由空間 ( ? ? , ? o )中輻射

自由空間中的Hertz偶極天線

6- 21

21

電磁波

第6章 天線(Antennas)

Hertz天線電磁場分析:步驟1
? ?? ?0 H =0
恆成立,故可假設

自由空間中的Hertz偶極天線

? ? ?0 H=? ? A , ? A 為向量位

[附錄B向量恆等式:

? ?? ? ?V ( x, y, z ) ? 0 ]
22

6- 22

電磁波

第6章 天線(Antennas)

Hertz天線電磁場分析:步驟2
? 若是靜磁場問題,電流不 隨時間而變,令 I = I0, 則有

? ?0 I 0 dz ? A? ? z 4? r
自由空間中的Hertz偶極天線

6- 23

23

電磁波

第6章 天線(Antennas)

Hertz天線電磁場分析:步驟3
? r ? ?dz I 0 cosw ? t- ? v ? ? ? ?0 p,0 ? ? ? A(r , t ) ? ? z 4? r
自由空間中的Hertz偶極天線

? 令電流I = I0coswt,其瞬間 電流大小產生之效果應經過 r/vp,0的延遲才扺達P點

k 0=
6- 24

? 換成相量即 ? ? ?0 I 0e ? jk r dz ? A(r , w ) ? ? z 4? r w
0

v p ,0

24

電磁波
? jk 0 r ? ? ?0 I 0e dz ? A(r , w ) ? ? z 4? r

第6章 天線(Antennas)

Hertz天線電磁場分析:步驟4
? 1 I 0 dz ? 1 jk 0 r ? ? jk0r + 1 ? ? ? ? H= ? ? ( Az z )= ?Az ? z= r?z ? ?e 2 ?0 ?0 4? ? r ?

I 0 dz ? jk0 r ? jk 0 1 ? ? ? e sin ? ? + 2 ?f 4? r ? ? r

自由空間中的Hertz偶極天線

6- 25

25

電磁波

第6章 天線(Antennas)

Hertz天線電磁場分析:步驟5
所求為外界之電場,該處無電流 ? r ? ? ??H ? 1 ? E= E= jw? 0 jw? 0 r 2 sin? ?r 0

? r? ? ?? 0

? r sin?f ? ?f r sin?Hf

? 1 I 0 ( dz )e ? jk0 r 1 ? E r= cos? ? + 2 3? 2?? 0 jwr ? ? v p ,0 r ? ?

I 0 ( dz )e ? jk0r ?0 ? k0 1 1 ? E? = sin ? ?j + 2+ 3? 4? ?0 ? r r jk 0 r ?
6- 26
26

電磁波

第6章 天線(Antennas)

Hertz天線電磁場場線分佈

Hertz偶極天線瞬間之電磁場場線示意圖

6- 27

27

電磁波

第6章 天線(Antennas)

輻射電磁場

? Poynting向量包含r-2、r-3、r-4、r-5等項 ? ?* ? ? 在無窮遠處的球面算積分 ? E ? H ? nda 時,只有r-2 ? ?* 項的 E ? H 能夠使積分不在 r ? ? 時消失 ? 媒質沒有損耗,在無窮遠球面上通過的總功率等 於天線輻射的總功率也不應是零 ? ? ? 在 E,H 中只有r-1項可以輻射功率,稱為輻射電 磁場 ? I 0 dze ? jk 0 r ? 0 jk 0 ?? E rad =? sin ? ? 4? ?0 r ? ? ? I 0 dz e ? jk0r sin ? jk 0 H rad=f 4? r
6- 28
28

電磁波

第6章 天線(Antennas)

輻射總功率與輻射電阻
? 輻射總功率
1 Pav,rad = lim r ?? 2

? ?E
0 0

2?

?

?

H f r sin ?d?df=
* 2

? | I 0 | 2 ( dz ) 2
3l 2 0

?0 ?0

? 輻射電阻
– 輻射出去的功率,相當於電流接上一個電阻,在電阻 中消耗掉的功率 – 此一等效電阻,稱為輻射電阻

1 Pav,rad 2 Rrad= ? ? ( dz ) 2 2 | I 0 |2 3l 2 0
6- 29

?0 2 ? dz ? ? 80? ? ? ?l ? ?0 ? 0?

2

29

電磁波

第6章 天線(Antennas)

平面波為球面波近似的驗證
E?,rad =?0 ? 120? Hf,rad
? ? ? 對小範圍的 ?,f 變化來說,Erad 、 H rad 可當

作平面波
– 平面波可視為為球面波近似

6- 30

30

電磁波

第6章 天線(Antennas)

輻射電場與磁場之等效傳輸線線路
rErad =E0 e ? jk0r
rH rad =

?0

E0

e ? jk0r

輻射電場與磁場之等效傳輸線線路

? I 0 dz ? E0=? sin ? ? ( jk 0? 0 ) ? 4? ?

6- 31

31

電磁波

第6章 天線(Antennas)

完整電磁場的另一表示法
E? =Erad+Estatic charge+Estatic dipole
H f=H rad+H static current
? r-1項形式為輻射場(Erad,Hrad) ? r-2項形式與電荷造成之靜電場(Estatic charge)或 靜電流造成之磁場(Hstatic current)相同 ? r-3項形式與電偶極矩造成之靜電場 (Estatic dipole)形式相同
6- 32
32

電磁波

第6章 天線(Antennas)

完整電磁場對應的等效傳輸線電路
rH static current = 1 jk 0 ? 0 r ( rE rad )=
1 jw? 0 r ( rErad )
? ? ( rH f ) ? ?

? 1 rE static charge +rE static dipole= ( rH f )=? ? j w? r jk 0 r 0 ?

?0

E? 與 Hf 對應的等效傳輸線電路

6- 33

33

電磁波

第6章 天線(Antennas)

近場(Near Field)與遠場(Far Field)

E?

與 Hf 對應的等效傳輸線電路

? r值小時,電感 ? 0 r 有如短路而 電容 ? 0 r 有如開路,複數功率 大半變成無效功率,補充所貯 存的電能和磁能之差 ? r值大時,電感 ? 0 r 有如開路, 電容 ? 0 r 有如短路,功率可以 很容易地送出去,且等效阻抗 為?0 ? r-2,r-3項的場只在r小時有影響
– 稱為近場

? r-1項主要影響遠距離的場
– 稱為遠場 6- 34
34

電磁波

第6章 天線(Antennas)

天線電流所見的等效電路
? 天線電流送出的功率有效 部份成為輻射功率,可以 由輻射電阻Rrad表

示 ? 無效功率成份提供近場的 貯存電能、磁能變換之差, 可以用一個電抗XA表示 ? ZA稱為天線阻抗
– 電阻成份即為Rrad – 電抗XA總結其近場效果

天線的等效電路

6- 35

35

電磁波
? ?* 1 ? v E (w ) ? J s (w ) d? 2

第6章 天線(Antennas)

?

天線電流等效電路推導
? E (w ) ? D? (w ) ?d? v ? E (w ) d? ? 2 jw ? v ? H (w ) ? B(w ) ? ? 2

?

1 2

?

? ? 1 ? E (w ) ? H ? (w ) ? nda ? s 2

?

?1 ? ?4

?

1 ? 4

?

? ?

1 ? 2

?

? ?* 1 * E (w ) ? J S (w )d? ? Vo I o v 2

ZA ?

Vo Io

1 2 1 Io Z A ? 2 2
ZA ? 1 2

?

? ? ? S? E (w ) ? H * (w ) ? nda ? 2 jw

?

?2 1 ?2? ?1 V? ? ? o H ? ? ? E ?d? 4 ?4 ?

?

? ? ? S? E (w ) ? H * (w ) ? nda ? 2 jw 1 Io 2

?
2

?2 1 ?2? ?1 V? ? ? o H ? ? ? E ?d? 4 ?4 ? ? R ? jX rad A

Rrad 來自S ? 上的遠場積分

6- 36

jX

A

主要來自近場上的磁能電能密度差之體積分

36

電磁波

第6章 天線(Antennas)

接收天線及接收器的等效電路

發射與接收天線

? 天線#1發射的電磁波到達天 線#2,激發起天線#2上的電 流流動,在天線#2的輸出端 產生電壓 ? 電壓大小應該就是天線#1造 成的電場沿dz得到的電位差, 即 voc=E i dz ? 整個天線#2對接收器可看成 一個有內阻抗ZA’的波源,其 信號送入接收器處理
– 例如將信號解調,再用來推動 喇叭讓我們聽到信號 – 接收器電路亦可看成一個等效 的阻抗 ZT
37

接收天線及接收器的等效電路

6- 37

電磁波

第6章 天線(Antennas)

接收天線等效電路的內阻抗
? 移走天線#1 ? 沒有入射場,Ei = 0,所以 voc = 0 ? 另將ZT改為一個電壓或電流 源,變成由天線#2輻射 ? 其輻射阻抗就正好等於ZA’ ? 可知天線的輻射阻抗ZA等於 同一天線作為接收天線時, 等效電路的內阻抗ZA’
38

接收天線及接收器的等效電路

6- 38

電磁波

第6章 天線(Antennas)

有效接收面積(Effective Area)
? 定義
Ae = 接收到的功率 入射波的功率通量密度

– 相同的入射功率通量密度下, 接收到的功率如果均勻分佈, 應該分佈在多大的面積裏

接收天線有效接收面積的概念

? 接收的能力愈強,收到的功 率愈多,有效接收面積也愈 大 ? 通常以有效接收面積為天線 接收能力的指標
39

6- 39

電磁波

第6章 天線(Antennas)

Hertz天線的有效接收面積
? 為得到最大的功率傳輸,令ZT=ZA* ? ZT接收到的功率為
1 ? | Voc | 2 ? | E i | 2 (dz ) 2 | E i |2 PR= ? =Ae ? ?= 2 ? 2 Rrad ? 4 Rrad ?0
R rad = ? ( dz ) 2 3 lo
2

2

?o

3lo2 Ae= 8?
6- 40
40

電磁波

第6章 天線(Antennas)

有效接收面積與指向性的關係
? Hertz偶極天線的指向性
1 ? I

0 dz ? 2 ? ?o r ? ? 2 ? 4? ? ? ? D= Pav,rad
2

? 2? ? ? ? ?l r? ? o ?

2



3 2

3lo2 Ae= 8?

lo2 Ae= D 4? ? 這個結果雖是由Hertz偶極天線得到,事實上對所 有天線都成立
– 只要所接的接收器 ZT=ZA* – 大天線可能有大的Ae,但其指向性和增益還要看波長 6- 41

D 4? = 2 Ae lo

4?

41

電磁波

第6章 天線(Antennas)

接收天線應用例
? 兩平行Hertz偶極天線(效率100%)立於真空 ? 其中之一發射頻率為200MHz之電磁波,給 相距500(km)遠外的另一天線 ? 兩天線連線與天線垂直 ? 假設送進發射天線的功率為1kW ? 令接收器阻抗與天線阻抗匹配 ? 求接收天線收到的功率
6- 42
42

電磁波

第6章 天線(Antennas)

接收天線應用例題解
D= =DR 1.5

l DR 1.5 ? 3 ? 10 ? Ae= = ?? ? 0.269(m 2 )=AR ? 4? 4? ? 2 ? 108 ?
2 0 8

2

收到的功率

PT GT AR PR= 4?r 2

103 ? 1.5 ?10 ? 4? ? (5 ? 105 )2 ? 0.269 ? 1.28 ? 10 (W)
43

6- 43

電磁波

第6章 天線(Antennas)

接收功率公式之物理意義

PR =

PT G T A R 4 ?r 2

? PT為輸入功率,PT/4?為使用無向性 天線時,每單位立體角的輻射功率 ? 使用偶極天線時要乘上增益,得到 輻射最強方向的每單位立體角輻射 功率(PT/4?) GT ? 輻射功率最強方向的功率通量密度
? PT ? 1 GT ? 2 ? ? 4? ?r

? 利用相當於面積AR的孔穴接收入射 功率
?? PT GT ? 1 ? ? 2 ? AR ?? ?? 4? ? r ?

6- 44

44

電磁波

第6章 天線(Antennas)

Friis公式
PR = PT G T A R 4 ?r 2
2 o

lo2 Ae= D 4?

PR l = GT GR 2 PT 4? r

? 假設兩天線沒有損耗 ? 對所有形式的天線,在自由空間且 相隔甚遠時都成立
6- 45
45

電磁波

綱要

第6章 天線(Antennas)

? 6-1 輻射功率場型、增益、波束(Radiation Power Pattern, Gain, and Beams) ? ? ? ? ? ? 6-2 Hertz偶極天線(Hertz Dipole Antenna) 6-3 遠場近似法(Far-Field Approximation) 6-4 半波長偶極天線 6-5 天線陣列(Antenna Arrays) 6-6 八木天線(Yagi-Uda Antennas) 6-7 孔口天線(Aperture Antennas)

6- 46

46

電磁波

第6章 天線(Antennas)

遠場近似法
? ? ? ? 天線產生的電磁場有遠場、近場之分 遠場與功率的傳播相關,較受重視 可以在解出全部電磁場分佈以後再求遠場 但是其實可以不經這一步,直接由電流分 佈找出遠場來,即遠場近似法

6- 47

47

電磁波

第6章 天線(Antennas)

距離的近似
? 觀察點位在遠方,可以 用r來近似R ? jk0 R ? 對相位 e 來說不夠 準確
遠場近似法的幾何關係

? ? ?0 A( r )= 4?

?

? ? J ( r ?) ? jk0 R e d? ? R

向量位公式

– 例:令r為100 km,R為 100.03 km,l0(波長)= 60 m – 用1/r代替1/R誤差不過約 0.03% – 可是相位差竟達到了180o
48

6-

48

電磁波

第6章 天線(Antennas)

較準確的近似
? ? R ? r-r ? ? r
? ? ? ?0 ? jk0r ? ? jk0r ??r? ? 0 ? jk0r ? A(r ) ? e J (r ?)e d? ?= e f (?,f ) 4?r 4?r

?

遠場近似法的幾何關係

? ? ? ? r=sin ? cos f x+sin ? sin f y+cos? z

? ? ?0 A( r )= 4?

?

? ? J ( r ?) ? jk0 R e d? ? R

? ? ? ? jk r ??r? 0 f= J ( r ?)e d? ?
(只是 ?,f 的函數,與r無關)

?

向量位公式

6- 49

49

電磁波

第6章 天線(Antennas)

? ? ?0 ? jk0r ? A(r ) ? e f (?,f ) ?0 4?r ? ?? ? 0 ? jk0 r ? ? ? ? ? 0 ? jk 0 r ? ? ? 0 ? jk0 r ? ? ?? e e e ??? f ? f ?=?? ? ? f+ 4?r ? ? ? 4?r ? ?? 4?r

? 1 ? H= ? ? A( r )

磁場遠場近似式 ?

? ?3 ?2 ? ? f 得到的全是 r ,r 項,不是所要找的遠場

? ? 0 ? jk0r ? -? 0 ? ?? e = (1 jk 0 r )e ? jk0r r + ? 2 ? 4?r ? 4?r
r
?1

? jk0 ? jk r ? -jk0 -jk0r ? ? ? H? e r ? f= e 0 (?ff-ff? ) 4? r 4? r
? 6- f? , ff 分別是 f 在 ?和f 方向的分量 50
50

? -jk 0 ? 0 ? jk0r ? e r? f 項只剩下 4?r

電磁波

第6章 天線(Antennas)

遠場近似式中的算符代換
? ? ? 1 H= ? ? A( r )

?0

? jk0 ? jk r ? -jk0 -jk0r ? ? ? H? e r ? f= e 0 (?ff-ff? ) 4? r 4? r

? ?? ? -jk 0 r ?
? ? -jk 0? 0 -jk r ? ??H jk 0? 0 -jk 0 r ? ? ? ? E= ? e r ? ( r ? f )= e 0 (? f ? +f f f ) -jw? 0 4?r 4?r ? ? ? ? ? ? ? r ? ( r ? f )=( r ? f )r-f
6- 51
? ? ? ? f=f r r+f? ?+f f f
51

電磁波

第6章 天線(Antennas)

遠場之近似平面波關係
? jk0 ? jk r ? -jk0 -jk0r ? ? ? H? e r ? f= e 0 (?ff-ff? ) 4? r 4? r
? ? -jk 0? 0 -jk r ? ??H jk 0? 0 -jk 0 r ? ? ? ? E= ? e r ? ( r ? f )= e 0 (? f ? +f f f ) -jw? 0 4?r 4?r

E? -Ef = =? 0 Hf Hf

? E? 、 E f 都是 E 0 e-jk 0 r 形式
在場觀察點附近可以當成平面波來看待 6- 52
52

電磁波

第6章 天線(Antennas)

遠場近似法
? ? 由已知的電流分佈 J 找出遠場
-jk 0 ? 0 ? jk r ? ? ? ? ? E rad = e 0 [ f-( f ? r ) r ] 4 ?r ? ? ? r ? E rad H rad=

?0 ? ? ? ? jk0 r ??r? f =? J ( r ?)e d?

? ? – 和平面波的 E,H 關係式一樣
6- 53
53

電磁波

第6章 天線(Antennas)

? 實際的問題真正的困難不在由電流求電磁 場分佈,而在如何解出電流分佈來 ? 通常都需要用計算機來算數值解
– 1968年左右Harrington提出動差方法(Method of Moment)可用計算機求天線上的電流分佈, 風行一時

實際天線問題解法

? 近年也有其他的數值方法如有限元素法

(Finite Element Method)、時域有限差分法 (Finite-Difference Time-Domain,FDTD)等 提出,可解天線附近的電磁場分佈,進而 求輻射場
6- 54
54

電磁波

綱要

第6章 天線(Antennas)

? 6-1 輻射功率場型、增益、波束(Radiation Power Pattern, Gain, and Beams) ? ? ? ? ? ? 6-2 Hertz偶極天線(Hertz Dipole Antenna) 6-3 遠場近似法(Far-Field Approximation) 6-4 半波長偶極天線 6-5 天線陣列(Antenna Arrays) 6-6 八木天線(Yagi-Uda Antennas) 6-7 孔口天線(Aperture Antennas)

6- 55

55

電磁波

第6章 天線(Antennas)

線形天線
? Hertz偶極天線外,顯 然以線形天線外形最 為簡單 ? 如天線長度不是波長 的整數倍,而且天線 也夠細,則天線上的 電流可以用傳輸線的 想法近似
56

同軸電纜饋入線形天線

6- 56

電磁波

第6章 天線(Antennas)

傳輸線的輻射可忽略的原因
? 兩條線上的電流一去 一返,而且其大小呈 正弦狀分佈 ? 在遠處,因兩線的距 離很近,它們產生的 輻射效果差不多 ? 電流方向相反,兩線 的輻射遂互相扺銷 ? 輻射可以忽略
57

末端開路之一段傳輸線

6- 57

電磁波

第6章 天線(Antennas)

線形天線上的電流近似
? 傳輸線豎起來,線上的電流 大小,大致說來,仍然維持 正弦狀分佈 ? 上下兩段線的電流流向相同, 其輻射的效果不再互相扺銷, 輻射的效率提高 ? z=0時 I=I 0=I m sin k0 h 線形天線作為豎起來的傳輸線 2 ? h為波長的整數倍時I0=0,與 ? ?h ?? I ( z )=I msin ?k 0 ? - | z | ?? 實際情況不符 ?? ? ?2
6- 58

h | z |< 2

– 若天線長為波長整數倍,不宜 假設電流呈正弦狀分佈
58

電磁波

第6章 天線(Antennas)

半波長奇數倍之線形天線
? 實際使用常把h取為半波長的奇數倍 ? 原因是根據較進一步的計算,發現天線長度落在 半波長整數倍的附近時容易發生“共振”
– 天線外所貯存的電能和磁能可以互相變換,不需補充 – 亦即,饋入天線處的阻抗沒有電抗成份

? 共振情況使天線和傳輸線的匹配比較容易進行 ? 真正的共振點未必正在半波長整數倍的地方 ? 但在半波長奇數倍的附近,天線輸入電抗隨h/l0的 變化較為緩慢,可以用簡單的電路補償,消去電 抗的成份,故仍可以半波長奇數倍的線形天線近 似共振天線
6- 59
59

電磁波

第6章 天線(Antennas)

半波長線形天線遠場近似
? ? ? f ( r )=z

?

l0
4



l0
4
l0

? I 0 cos k 0 z ? ? e jk 0 z z?r dz ?
?

? ?

? ? zI 0 ? 4l0 cos k0 z ? ? e jk0 z cos? dz ?
- 4

同軸電纜饋入線形天線

? 是欲求電磁場的所在(Field r Point), ? ? r ?=z ?z 是線上電流所在
(Source Point) ? ? ? ? r=sin ? cos f x+sin ? sin f y+cos? z ? 是由原點向 r 望去的單

位向 量 60

h=l0 / 2

I ( z )=I 0 cos k 0 z
6- 60

電磁波

第6章 天線(Antennas)
l0 ? ? ? ? f (r ) ? zI 0 ? 4l0 cos k0 z ? ? e jk 0 z cos? dz ?
- 4

半波長線形天線之輻射電場
?? cos ? cos ? ?2 ? ? ? ?I 0 f ( r )= 2 z k 0 sin 2 ?
同軸電纜饋入線形天線

? ? ? ?

h=l0 / 2

I ( z )=I 0 cos k 0 z
6- 61

? -jk 0? 0 -jk0 r ? ? Erad= e (? f?+f ff ) 4?r jI 0? 0 e-jk0 r ?? ? ?? =? cos? cos? ? 2?r sin ? ?2 ?
61

電磁波

第6章 天線(Antennas)

? 藉計算每週期平均通過一半徑為r之球面 ( r ? ? ) 的功率而求得 ? 2??
cos ? cos? ? 2 ? ?* ? |I | 1 ?2 ? d? ? Pav= Erad ? H rad ? rr 2 sin?d?df= 0 ?0 0 0 0 2 4? sin? ? ? 1 ? ?* ? 2 ? H rad= r ? Erad ? ? Erad ? ( r ? Erad )= | Erad | r ?0

每週期平均之輻射功率及輻射電阻
? ?
2?

?

?

? 通常要轉化為正弦積分和餘弦積分的和,再查表始 可積出 ? 利用數值方法(如Simpson’s Rule)由計算機或計算 器求出較簡單,最後可化得
6- 62
1.218 Pav ? ?0 | I 0 | 2 4?

Rrad

2 ?1.218 ? ? 120? ? 73(Ω) 4?

62

電磁波

第6章 天線(Antennas)

半波長線形天線之天線阻抗
? 更深入一點的計算,可發現, 此種假設的電流形式之下, 天線輸入阻抗的虛數部份約 為42.5(Ω) ,即Zin=73+ j42.5(Ω) ? 此處電抗成份不為0 ? 由圖知共振時天線長與0.5l0 相去不遠,故共振時天線電 阻必在73Ω左右 ? 這也是有些常用電纜的特性 阻抗要做成 75Ω 的原因之一
63

典型的線形天線入電抗相對於 天線長度的變化示意圖
(採自W. L. Stutzman and G. A. Thiele, Antenna Theory and Design, p.200. Wiley, 1981)

6- 63

電磁波

第6章 天線(Antennas)

半波長線形天線之指向性
? 每單位立體角輻射出去的功率
2

?* ?1 ? ? r r ? ? E rad ? H rad ?2 ?
2

?? | I 0 | ? 0 cos ? cos ? ?2 ? ? ?= ? 8 ? 2 sin 2 ? ?
2

? ? ? ?

? 最大值發生在 ?=90? 處 ?? ? cos 2 ? cos? ? ? 當? ? 0時利用L’Hospital Rule可求出 ? 22 ? ? 0 sin ? 2 | I0 | ? 指向性 ?
8? 2 D? ? 1.64 1 ? 1.218 ?0 | I 0 |2 ? ? ? ? 4? ? 4?
0

– 比Hertz偶極天線的1.5稍大 6- 64
64

電磁波

第6章 天線(Antennas)

Hertz偶極與半波長天線場型之差異

Hertz偶極與半波長偶極天線場型之差異

6- 65

65

電磁波

第6章 天線(Antennas)

正弦狀分佈電流為近似:說明1
? 線形天線電流說是正弦狀分佈,完全是一 種近似 ? King曾利用一種疊代(Iteration)的方法證 明出來正弦狀分佈電流是一串近似式中的 第一階近似 ? 可以利用假設的正弦狀分佈電流,解 Maxwell方程式,得出天線表面的電場, 算出其切向分量,檢查

是否為0
6- 66
66

電磁波

第6章 天線(Antennas)

正弦狀分佈電流為近似:說明2
? 如果正弦狀分佈電流恰好正 是天線表面電流 ? 天線假設由完全導體做成
– 表面的電場切向分量應當是零

? 由圖可看出,假設的正弦狀 分佈電流所解出之天線表面 切向分量電場並沒有完全為0
正弦狀電流假設求出的平行於 天線表面之電場分量大小

– 原先假設的電流形式一定不完 全正確

6- 67

? 大部份表面地區算出的切向 分量很接近0,只有兩端偏離 得比較厲害 – 假設電流必定相當接近真 正的電流分佈 67

電磁波

綱要

第6章 天線(Antennas)

? 6-1 輻射功率場型、增益、波束(Radiation Power Pattern, Gain, and Beams) ? ? ? ? ? ? 6-2 Hertz偶極天線(Hertz Dipole Antenna) 6-3 遠場近似法(Far-Field Approximation) 6-4 半波長偶極天線 6-5 天線陣列(Antenna Arrays) 6-6 八木天線(Yagi-Uda Antennas) 6-7 孔口天線(Aperture Antennas)

6- 68

68

電磁波

第6章 天線(Antennas)

兩個Hertz偶極天線構成的陣列
? 令兩天線接到同一波源 ? 用一樣長,一樣特性的傳 輸線來饋入功率 ? 假設天線電流方向也一致 (定為z方向),都擺放在xy 平面 ? 假設兩天線的耦合可忽略 ? 天線#1和#2的輻射特性和 並f不相干 ? 各自的輻射功率場型在xy 平面上都是圓形
69

兩個Hertz偶極天線構成的陣列

6- 69

電磁波

第6章 天線(Antennas)

兩個Hertz天線之陣列遠場推導:步驟1
? I 0 dze-jk0r ? Erad =? jk 0? 0 ? sin ? r

? 單一Hertz天線遠場決定因素
– 到偶極的距離 – 與天線電流方向的夾角 – 電流的大小、相位

兩個Hertz偶極天線構成的陣列

? 在xy平面上都有? = ?/2 ? 饋入兩天線的電流都相同 ? 只有到各天線的距離會導致 總輻射場不同
70

6- 70

電磁波

第6章 天線(Antennas)

兩個Hertz天線之陣列遠場推導:步驟2
? 對輻射場而言,距離的變 化,幾乎不影響輻射場大 小,但是卻嚴重影響相位 ? 天線#1,#2到與x軸成f角 之遠處的距離差約為d sinf ? 這誤差對1/r來說,不算什 麼 ? 但對 e-jk0 r 來講,已足夠 造成相當大的差別
71

兩個Hertz偶極天線構成的陣列

6- 71

電磁波

第6章 天線(Antennas)

兩個Hertz天線之陣列遠場推導:步驟3
? 令由天線#1、#2所輻 射之電場為
? ? jk ? ? I 0 dz e-jk0 r2 E1 ? ? 0 0 r1 ? ? jk ? ? I 0 dz e-jk0 r2 E2 ? ? 0 0 r2 ? ? ?= ? ? ? ?z
2

兩個Hertz偶極天線構成的陣列

6- 72

72

電磁波

第6章 天線(Antennas)

兩個Hertz天線之陣列遠場推導:步驟4
1 1 ? r1 r2

e
兩個Hertz偶極天線構成的陣列

-jk 0 r2

?e =e

-jk 0 ( r1-d sin f )

-jk 0 r1

? ? j? E2 ? E1e

e

j?

由距離造成的相位差 ?=k0 d sin f
6- 73
73

電磁波

第6章 天線(Antennas)

兩個Hertz天線之陣列遠場推導:步驟5
? ? ? 總輻射電場 Erad, total=E1(1+e j? )
? ? ? ? sin ? ? j? | Erad, total | = | E1 || 1 e | =2 | E1 | cos = | E1 | + ? 2 sin 2

兩個Hertz偶極天線構成的陣列

6- 74

74

電磁波

第6章 天線(Antennas)

陣列因數 (Array Factor)場型
? ? ? ? sin ? ? j? | Erad, total | = | E1 || 1 e | =2 | E1 | cos = | E1 | + ? 2 sin 2

sin ? ? Array Factor ? ? 2 cos ? 2 sin 2

兩天線構成之陣列的 陣列因數場型隨f角 變化示意圖

? 令d=l0/2 ? 在f=90o及270° 處,路徑差正好是 l0/2,兩天線的輻射場正好扺銷 ? 在f=0o及180° 處,路徑差為0,兩 天線造成之輻射場正好相加
75

6- 75

電磁波

第6章 天線(Antennas)

兩天線有相位差時的陣列因數
? 令饋入天線#2的電流比饋入天線#1的電流領先 180° 相角 ? 除了路徑差造成的相位差之外,尚須考慮天線相 位的差別 ? ? 仍有 ? j?

E rad =E 1 (1+e

)

?=?+d sin f ? 情況恰與先前相反,f = 90o及270o時反而成了極 大,而f = 0o及180o反成了極小
–但
6- 76
76

電磁波

第6章 天線(Antennas)

兩天線之陣列因數計算例
? ? ? ? d = l0 I1領先I2之相角差為90o |I1| = |I2| 求? = 90o平面上總輻射場型的無效角(Nulls)
– 無效角即總輻射場為0的角度

6- 77

77

電磁波

第6章 天線(Antennas)

兩天線之陣列因數計算例題解 ? ?

? 無效角方向上, E1 和 E 2 必 差180° ,即 ? 2? ?= -(l0 sin f ) ? = ? nodd? 2 l0
1 ? nodd+ 1 2 =3 sin f= ,- 2 4 4

輻射場型

f ? - .48? 14 ,194.48° ,48.59° ,131.41°
78

6- 78

電磁波

第6章 天線(Antennas)

一維天線陣列

N個天線構成的陣列

? 如果每個天線的相位都相同,則由?=k 0 d sin f 及等比級數公式可得
? 1 e - ?| E1 | 1 e jΨ - NΨ ? 2 = | E1 | Ψ sin 2 sin

? ? | Erad, total | = | E1 || 1 e j? +e 2 j? +e 3 j? +??+e j ( N ?1)? | +
jNΨ

6- 79

79

電磁波
N? 2 Array Factor= ? sin 2 sin

第6章 天線(Antennas)

一維天線陣列之陣列因數討論

? 陣列因數場型對y=0成對稱(因y和?y代入結果相 同) ? Nk0 d sin f ? ? ? 0 決定 ? 無效角由sin? ? n? 0 2 l 即 sin f null= ,n=0,? 1, ? 2,. . .,須保持 Nd nlo 1 ?
Nd

? 最大值
6- 80

N? sin 2 ?N f=0時 ? sin 2

80

電磁波

第6章 天線(Antennas)

一維天線陣列計算例
? N=80 ? d = l0/2 ? 求第一個無效角及波束夾 角寬度(Beam Width)
天線陣列輻射場場型之 波束夾角寬度

– 波束夾角寬度即波束最大功 率之半處的兩個角度差距

6- 81

81

電磁波

第6章 天線(Antennas)

? l0 2 sin f null= = ? ,f null ? ?1.43? Nd 80
N (? B / 2) sin 2 0.707N= (? / 2) sin B 2

一維天線陣列計算例題解
(第一個無效角)
? ? ? ? ? ?

fB fB ? ? 令波束夾角由- 至 2 2 ? ? ?B ?B ? 對應之?由- 至 2 2 ?

可解出? B ? 0.0696 (rad),再利用圖解法畫出

2 2? l0 的圖形,求交點,並由? B= ? sin f B l0 2
得出 f B ? 1.27? 即波束夾角寬度。 6- 82
82

| sin 20 B | 及80 × 0.707 × sin ?

?B

電磁波

第6章 天線(Antennas)

扇形波束(Fan Beam)與筆形波束(Pencil Beam)

? N值越大,波束夾角寬度愈小 ? 上例在?=90o的平面上操作,所以在f為定值 的平面上,波束的夾角仍不小 ? 這種波束有如薄扇,所以稱為扇形波束 ? 取80個一模一樣的上例一維陣列排成80× 80 的方陣,可預期波束在方向和方向的夾角 都差不多只有1.27° ? 這種波束,稱為筆形波束,定向性極佳
6- 83
83

電磁波

第6章 天線(Antennas)

天線電流的相位與波束指向
? 可使每個天線電流的相位不相同
– 只須把饋到每個天線的傳輸線長短做得不一樣,但仍用 同一個波源 – 也可以每個天線用一個波源來饋入功率,比較不好控制

? 設天線#i的電流比天線#(i-1)的電流慢D的相角,則

Ψ=D+k0 d sin f ? |sin(N?/2)/sin(?/2)| 之最大仍在?=0,亦即
-D 之處 sin f m= k0 d

? 波束之指向轉到角度fm
6- 84
84

電磁波

? 連續改變天線間相位差 D,可使波束在空間中掃過 某個角度範圍,稱為相位陣列天線 ? 如果雷達使用這相位陣列天線,雷達本身不必旋轉, 只要改變D,便可以偵測各個角度的敵機
– 變換D的速度要比用馬達來轉動雷達快得多多

相位陣列天線(Phased Array Antenna)與 微帶天線(Microstrip Antenna)

第6章 天線(Antennas)

? 現代無線通信也常利用這種天線 ? 通常相位陣列天線都是由槽縫或微帶天線構成
– 容易製作,也比較容易控制饋入訊號的相位

? 微帶天線為在印刷電路板上製作的一種天線,為目 前應用最廣的天線
– 但其原理不適合於本課程討論 6- 85
85

電磁波

綱要

第6章 天線(Antennas)

? 6-1 輻射功率場型、增益、波束(Radiation Power Pattern, Gain, and Beams) ? ? ? ? ? ? 6-2 Hertz偶極天線(Hertz Dipole Antenna) 6-3 遠場近似法(Far-Field Approximation) 6-4 半波長偶極天線 6-5 天線陣列(Antenna Arrays) 6-6 八木天線(Yagi-Uda Antennas) 6-7 孔口天線(Aperture Antennas)

6- 86

86

電磁波

第6章 天線(Antennas)

八木天線:說明1
? 手機與有線電視普及前,最 常見到的無線電視天線 ? 天線陣列每個天線都必須饋 入訊號,饋電線路可能極端 複雜 ? 八木天線只將訊號饋入其中 的一根線形天線,稱為激勵 器(Driver) ? 由激勵器所產生的電磁場又 激發其餘線形天線上的電流 產生類似陣列的效果,稱為 寄生陣列(Parasiti

c Array)
87

八木天線示意圖

6- 87

電磁波

第6章 天線(Antennas)

八木天線:說明2
? 具有高指向性、低成本、構 造簡單的特性 ? 廣泛運用於HF-VHF-UHF的 頻率範圍 ? 研究始於1926年,由Uda在 日本Tohoku大學完成
八木天線示意圖

– 1928年由Uda的老師八木 (Yagi)寫成英文論文發表

? 八木天線的結構一般包括三 種元件
– 是激勵器,反射器(Reflector), 導向器(Director)
6- 88
88

電磁波

第6章 天線(Antennas)

等長之激勵器與反射器形成之輻射場

激勵器(#2)和反射器(#1)

? 令激勵器是半波長的偶極天 線,反射器大小也相同 ? 設激勵器單獨存在時產生的 ? 電場為 Edrive ? ? Edrive ?碰到反射器後產生反射電 場 Eparasitic ? 兩天線連線之中線處 ? ? E drive + E parasitic =0
– 由反射器產生的電場必與激勵 器產生的電場等值反號

等長激勵器與反射器形成之 輻射場場型 6- 89

? 整個系統相當於由兩個反相 電流天線構成的陣列 ? 兩天線連線方向的輻射較強
89

電磁波

第6章 天線(Antennas)

反射器與導向器
? 反射器的長度稍比激勵器 的長度長一些時,反射會 更強 ? 往 f = ? 方向傳送的功率 就更少 ? 由輻射場場型可看出反射 器的作用 ? 如果反射器比激勵器短, 可預見其作用相反 ? 在f=0方向放比激勵器要 短的寄生天線,得到的將 不是反射器而是導向器
90

反射器較長時之輻射場場型

導向器與激勵器形成之輻射場場型

6- 90

電磁波

第6章 天線(Antennas)

三元件之八木天線
? 把反射器和導向器併在一塊 ? 在 f=0方向的輻射必更加強而 f = ?方向的輻射必定減弱 ? 三元件的八木天線,所能達到的 最大指向性約為9dB ? 此時各元件距離在0.15到0.25波 長之間,反射器比激勵器約長5%, 而導向器則比激勵器約長5%
– 利用動差方法,以計算機求出
結合反射器和導向器的輻射場場型

6- 91

91

電磁波

第6章 天線(Antennas)

八木天線的基本研究結果
? 增加反射器數目對提 高增益並無太大幫助。 ? 增加導向器的數目有 效,但超過5個時增益 的增加有限
八木天線增益與元件數之典型關係
(取自W. L. Stutzman and G. A. Thiele, Antenna Theory and Design,p.225, Wiley, 1981)

6- 92

92

電磁波

第6章 天線(Antennas)

八木天線的實作
? 實際應用中,八木天線都是架 在一個桅杆上
– 桅杆可用鋁製作,對反射器和導 向器並沒有什麼影響,但激勵器 則須與之絕緣,以免饋入端短路

? 激勵器多半用摺疊式的半波長 偶極天線
摺疊式半波長偶極天線

– 可提高輸入阻抗,配合平行二線 式的傳輸線 – 穩定性也比較高

? 文獻上也有人在印刷電路板上 製作相似的天線
6- 93
93

電磁波

綱要

第6

章 天線(Antennas)

? 6-1 輻射功率場型、增益、波束(Radiation Power Pattern, Gain, and Beams) ? ? ? ? ? ? 6-2 Hertz偶極天線(Hertz Dipole Antenna) 6-3 遠場近似法(Far-Field Approximation) 6-4 半波長偶極天線 6-5 天線陣列(Antenna Arrays) 6-6 八木天線(Yagi-Uda Antennas) 6-7 孔口天線(Aperture Antennas)

6- 94

94

電磁波

第6章 天線(Antennas)

孔口天線:導波結構開口
? 將導波結構截斷變形,造成 開口,則電磁波可經由此開 口漏出,向外輻射 ? 這種天線以其開口為特徵, 稱為孔口天線 ? 最具代表性的有槽孔天線 (Slot Antenna) 和號角天線 (Horn Antenna)
95

槽孔天線的幾個例子

號角天線一例

6- 95

電磁波

第6章 天線(Antennas)

孔口天線:等效孔口
? 利用光學反射原理,以反射 物或類似透鏡之類,將電磁 波整頓後再輻射出去 ? 代表天線即熟知之拋物面反 射天線 ? 反射天線由小偶極或號角天 線饋入訊號,經反射器反射 使其波前形狀改變 ? 由外界看來可認為是由碗面 形成之開口處電場造成的輻 射
96

拋物面反射天線

拋物面反射天線之等效孔口

6- 96

電磁波

第6章 天線(Antennas)

孔口天線原理
? Huygens原理
– 波前上的點可認為是波源

? 可將開口上的電磁場分佈視為等效波源 ? 形成了一個由無窮多波源形成的陣列 ? 如果開口上的電磁場分佈均勻,可認為是N 個同相天線構成陣列的極限情況

6- 97

97

電磁波

第6章 天線(Antennas)

? 正規化陣列因數

N天線一維陣列的極限情況
? ? Nd sin f ? Ny sin ? ? sin lo 1 1 ? ? 2 ? F (y )= N sin y N ? ? d sin f ? sin ? 2 lo ? ? ?

? d是天線間距離,顯然 N ? ? ,時 Nd ? w (開口的寬度)
? ? w sin f ? sin ? lo ? ? ? = | sinc( ws) | lin F (y ) ? N ?? ? ? w sin f ? sin ? lo ? ? ?

s=

sin f

lo
98

6- 98

電磁波

第6章 天線(Antennas)

sinc 函數
sin ?x sinc( x)= ?x

? 通訊理論中常用到的一 種函數

6- 99

sinc( x) 之函數圖形示意圖
99

電磁波

第6章 天線(Antennas)

孔口天線之波束夾角估計
? 從sinc函數表中發現: (ws)= 時 ws sinc 2 大約為0.443 w fB ? 可由 0.443= sin 求出波束夾角寬度fB
l0
2
1

? 檢驗:N = 80,d = lo/2,w = Nd = 40 lo
w

l0

sin

fB
2

=0.443 可得 f B

? 1.269?

– 與陣列例題結果相符
6- 100
100

電磁波

第6章 天線(Antennas)

孔口天線之波束夾角估計結果討論
? 寬度 w 愈大,fB愈小,即波束夾角寬度愈小 4? ? 指向性 D ? 自然愈大
ΩB

? 這個性質,即使開口處電磁場並不太均勻, 也還是對的

6- 101

101

電磁波

第6章 天線(Antennas)

號角天線原理
? 如沒有號角,電磁波仍會輻 射出去,但開口處的電力線, 磁力線較不規則,輻射定向 的

能力不很理想 ? 使用號角,則電力線磁力線 逐漸由導波管中分佈的形態 轉移為能在無窮大空間中輻 射的形態,因而有比較好的 指向性 ? 進一步的分析和計算發現, 指向性隨號角長度而增加
– 號角太長實用上頗有困難,因 此常配合拋物面來使用 6- 102
102

號角天線的電力線與磁力線

電磁波

第6章 天線(Antennas)

拋物面式天線原理
? 通常需要一個基本輻射器 和一個旋轉拋物面或拋物 柱面 ? 基本輻射器可能是Hertz偶 極天線,也可能是號角天 線,放在拋物面的焦點上 ? 從拋物面的數學性質可知 由拋物面再反射出去的電 磁波,其傳播方向都一致, 使它的功率更能集中 ? 40至50dB的指向性很普遍
拋物面天線的架構與反射原理 6- 103
103


网站首页网站地图 站长统计
All rights reserved Powered by 海文库
copyright ©right 2010-2011。
文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit326@126.com