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第十章 电磁辐射及原理
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1. 电流元辐射
一段载有均匀同相的时变电流的导线称为电流元，而且 d << l，l <<  ，l << r。
I
l
d
均
可见，电流元的波长尺寸越大，则辐射能力越强。
例 计算位于原点的 x 方向电流元的远区场。
则各球面坐标分量为
因 ， ，
解
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对于远区场仅需考虑与距离r 一次方成反比的分量。
远区场是向正 r 方向传播的TEM波。因此，电场强度 E 为
r
Il
z
y
x
 , 
P(x, y, z)
O
求得远区磁场强度为
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可见，x 方向电流元的不同场分量的方向性因子不同，此结果与 z 方向电流元完全不同。
但是，并不意味着天线的辐射特性发生变化。
电流元在其轴线方向上辐射为零，在与轴线垂直的方向上辐射最强。
改变天线相对于坐标系的方位，其方向性因子的表示式随之改变。
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2. 天线方向性
使用归一化方向性因子描述方向性比较方便。
式中， fm 为方向性因子的最大值。
归一化方向性因子的最大值 Fm= 1。
式中， 为最强辐射方向上的场强振幅。
其定义为
任何天线的辐射场振幅可用归一化方向性因子表示为
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利用归一化方向性因子绘制天线的方向图。通常使用直角坐标系或极坐标系。
z 方向电流元的方向性因子 ，
， 。
若用极坐标系，在任何  等于常数的平面内，函数 的变化轨迹为两个圆。
y
z
y
x
在 的平面内，以 为变量的函数的轨迹为一个圆。
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将 等于常数的平面内的方向图围绕 z 轴旋转一周，即构成三维空间方向图。
计算机绘制的三维空间的立体方向图更能形象地描述天线辐射场强的空间分布。
x
z
y
x
y
z
r


E
E
H
H
电流元
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辐射最强的方向称为主射方向，辐射为零的方向称为零射方向。具有主射方向的方向叶称为主叶，其余称为副叶。
场强为主射方向上场强振幅的 倍的两个方向之间的夹角称为半功率角，以 表示； 两个零射方向之间的夹角称为零功率角，以 表示。
2 0
主射方向
主叶
后叶
副叶
零射方向
零射方向
1
2
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当有向天线在主射方向上与无向天线在同一距离处获得相等场强时，无向天线所需的辐射功率 与有向天线的辐射功率 之比值称为方向性系数D ，
式中, 为有向天线主射方向上的场强振幅。
为无向天线的场强振幅。
方向性愈强，D 值愈高。
方向性系数常以分贝表示。
即
即
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已知有向天线的辐射功率为
式中, S 代表以天线为中心的闭合球面。
无向天线向周围空间均匀辐射，其辐射功率为
求得
已知电流元的 ，求得电流元的 。
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实际天线具有损耗，输入功率PA大于辐射功率Pr。Pr与PA 之比称为天线的效率 ,
天线的增益以G表示。增益是在相同的场强下，无向天线的输入功率PA0与有向天线的输入功率PA 之比,
无向天线的效率 ，得
地球站的大型抛物面天线增益高达50dB以上。
即
即
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3. 对称天线
对称天线是一根中心馈电，长度可与波长相比拟的载流导线。
L
L
d
z
y
x
Im
电流分布以中点为对称，因此称为对称天线。
若导线直径 d << ，电流沿线分布可以近似认为具有正弦驻波特性。
两端开路，电流为零，形成电流驻波的波节。波腹Im的位置取决于对称天线的长度。
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对称天线的半长为L，沿 z 轴放置，中点为原点，电流分布函数可以表示为
式中, Im 为电流驻波的波腹电流。
对称天线可以看成