电磁场、天线与电波传播讲解课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《电磁场、天线与电波传播讲解课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电磁场 天线 电波 传播 讲解 课件
- 资源描述:
-
1、电磁场、天线与电磁场、天线与电波传播电波传播闻映红闻映红北京交通大学电信学院北京交通大学电信学院EMCEMC研究室研究室学习天线与电波传播的意义学习天线与电波传播的意义v系统设计系统设计收、发信设备指标收、发信设备指标天线的性能天线的性能天线的架设方式天线的架设方式v通信质量评定通信质量评定v不同通信业务之间相互干扰的预测和不同通信业务之间相互干扰的预测和解决解决影响天线特性的因素影响天线特性的因素v天线的形状天线的形状v采用的材料采用的材料v制作工艺制作工艺v使用环境使用环境v用途用途影响电波传播特性的因素影响电波传播特性的因素v频率频率v距离距离v极化方式极化方式v天线高度天线高度v地形地
2、物地形地物v地面电特性参数地面电特性参数v时间、季节时间、季节 第一部分第一部分 电磁场的基础理论电磁场的基础理论一、麦克斯韦方程组一、麦克斯韦方程组描述了空间电场与磁场的关系描述了空间电场与磁场的关系本构关系式(本构关系式(与媒质有关的特性方程与媒质有关的特性方程):):EEJ麦克斯韦方程组的正弦稳态相量形式:麦克斯韦方程组的正弦稳态相量形式:HjEEjJH两种特殊的边界条件:两种特殊的边界条件:1)两种理想介质分界面上的边界条件:假设分界面上没有)两种理想介质分界面上的边界条件:假设分界面上没有自由电荷和传导电流,则自由电荷和传导电流,则 和和 的法向分量以及的法向分量以及 和和 的切的切
3、向分量都是连续的;向分量都是连续的;2)理想导体表面的边界条件:自由电荷和电流都集中在表)理想导体表面的边界条件:自由电荷和电流都集中在表面,面,总是垂直于理想导体的表面,总是垂直于理想导体的表面,总是平行于理想导体的总是平行于理想导体的表面。表面。DBHEEH一般的边界条件:一般的边界条件:nnsnnttsttBBDDEEJHH21212121二、无线电波的辐射二、无线电波的辐射 麦克斯韦方程组说明脱离了电流的变化的电场产生磁场,麦克斯韦方程组说明脱离了电流的变化的电场产生磁场,脱离了电荷的变化的磁场产生电场。这种电磁场在空间交替变脱离了电荷的变化的磁场产生电场。这种电磁场在空间交替变幻,绵
4、延不断向外传播的过程就是电磁波的辐射过程。幻,绵延不断向外传播的过程就是电磁波的辐射过程。辐射场的波源是辐射场的波源是电流电流和和电荷电荷产生辐射场的前提条件是要有产生辐射场的前提条件是要有位移电流位移电流位移电流:由于电位移的变化引起的真实的电的流动。位移电流:由于电位移的变化引起的真实的电的流动。tDJd+-IEHtqI+-三、波动方程三、波动方程四、平面电磁波四、平面电磁波zExHy平面电磁波的特性平面电磁波的特性平面电磁波的极化平面电磁波的极化第二部分第二部分 天线天线一、天线的基本概念一、天线的基本概念移动通信移动通信A 3G(WCDMA)handsetOutdoor Base St
5、ation for 800 and 1900MHz CDMA cells.卫星通信卫星通信Earth Station Satellite Dish(Reflector Antenna)TV Satellite Dish(Reflector Antenna)广播电视天线广播电视天线电路的辐射电路的辐射电缆的辐射电缆的辐射天线的作用天线的作用空间电磁波空间电磁波高频电流高频电流发射发射接收接收收、发天线具有互易性收、发天线具有互易性(Propagation)天线的应用天线的应用:Communications,Broadcast,Radar,Radiometry,Biomedical,etc.天线天
6、线天线的类型天线的类型v按用途分类,可分为通信天线、测量天按用途分类,可分为通信天线、测量天线等线等v按工作频段分类,可分为短波天线、超按工作频段分类,可分为短波天线、超短波天线、微波天线等短波天线、微波天线等v按方向性分类,可分为全向天线、定向按方向性分类,可分为全向天线、定向天线等天线等v按外形分类,可分为线天线、面天线等按外形分类,可分为线天线、面天线等v线天线:线天线:天线的直径远小于其几何长度天线的直径远小于其几何长度可不考虑天线横截面上的电流分布可不考虑天线横截面上的电流分布天线品种繁多,以供不同频率、不同用途、天线品种繁多,以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使
7、用。不同场合、不同要求等不同情况下使用。偶极子天线偶极子天线单极天线单极天线环天线环天线螺旋天线螺旋天线天线的辐射源天线的辐射源结论:天线的辐射源结论:天线的辐射源电流(位移电流)电流(位移电流)Jt电流连续性方程:电流连续性方程:二、天线的特性参数二、天线的特性参数机械特性参数:形状,尺寸,材料,可靠性机械特性参数:形状,尺寸,材料,可靠性等等电特性参电特性参数数一次参数:方向性图,输入阻抗,效率一次参数:方向性图,输入阻抗,效率二次参数:方向性系数,增益,波瓣宽度,二次参数:方向性系数,增益,波瓣宽度,前后比,极化特性等前后比,极化特性等1 1天线的辐射功率和辐射阻抗天线的辐射功率和辐射阻
8、抗l辐射功率:辐射功率:在单位时间内通过球面向外辐射的电磁能在单位时间内通过球面向外辐射的电磁能量的平均值量的平均值。l辐射电阻:辐射电阻:将辐射功率视为一个电阻所消耗的功率,并使将辐射功率视为一个电阻所消耗的功率,并使流过电阻的电流等于天线上的电流振幅,则该流过电阻的电流等于天线上的电流振幅,则该电阻就称为天线的辐射电阻。电阻就称为天线的辐射电阻。2 2天线的方向性天线的方向性 天线的辐射场强与方向有关的特性,称为天线的辐射场强与方向有关的特性,称为天线的方向性。天线的方向性。以电流元为例:以电流元为例:0sin2sin60HHEEerIljHerIljErrjkrjkr天线的方向性函数和方
9、向性图天线的方向性函数和方向性图 用于表示天线方向性特性的函数:用于表示天线方向性特性的函数:电流元的方向性函数电流元的方向性函数 电流元的方向性图电流元的方向性图),(fjkrerIljEsin60sin)(),(lffv赤道面:与天线轴垂直并经过天线中心赤道面:与天线轴垂直并经过天线中心 的平面。的平面。v子午面:包含天线轴的平面。子午面:包含天线轴的平面。90某一常数1)电流元在赤道面内的方向性函数和方向性图:)电流元在赤道面内的方向性函数和方向性图:lf)(090270180E2)电流元在子午面内的方向性函数和方向性图:)电流元在子午面内的方向性函数和方向性图:sin)(lf90 01
10、80270E天线的归一化方向性函数和归一化方向性图天线的归一化方向性函数和归一化方向性图 归一化方向性函数:归一化方向性函数:天线辐射场与最大方向上的场强值之比。天线辐射场与最大方向上的场强值之比。,/,/,),(maxmaxffEEF 反映了天线在不同方向的场分布。反映了天线在不同方向的场分布。归一化方向性图:归一化方向性图:表示归一化方向性函数的空间立体图形。表示归一化方向性函数的空间立体图形。通常用两个互相垂直的平面上(子午面和赤道通常用两个互相垂直的平面上(子午面和赤道面面/E面和面和H面)的平面图来表示。面)的平面图来表示。CDMA天线天线CDMA垂直极化定向天线垂直极化定向天线方向
11、性图的主瓣宽度和旁瓣电平方向性图的主瓣宽度和旁瓣电平 主瓣宽度:主瓣宽度:主瓣电平的最大值降到该值的主瓣电平的最大值降到该值的0.707倍(即倍(即-3dB)时,两个方向之间的张角宽度。)时,两个方向之间的张角宽度。在方向性图中,一般有两个或更多个波瓣。在这些波瓣中,在方向性图中,一般有两个或更多个波瓣。在这些波瓣中,最大辐射方向所在波瓣称为主瓣,其余波瓣称为旁瓣。最大辐射方向所在波瓣称为主瓣,其余波瓣称为旁瓣。3dB点点峰值峰值3dB点点5.02 旁瓣电平:相对主瓣最大值的比值。旁瓣电平:相对主瓣最大值的比值。),(maxmaxmaxnnnFEE 前后抑制比:前后抑制比:方向图中,前后瓣最大
12、值之比称为前方向图中,前后瓣最大值之比称为前后比,记为后比,记为 F/B。前后比越大,天线的前后比越大,天线的后向辐射(或接收)越小。后向辐射(或接收)越小。前后比前后比F/B 的计算:的计算:F/B=10 Lg(前向功率密度)(前向功率密度)/(后向功率密度)后向功率密度)3.3.天线的方向性系数天线的方向性系数l定义:定义:天线辐射功率一定,在任意方向天线辐射功率一定,在任意方向 辐射功率密度与相等的辐射功率均匀辐射时的辐射功率密度与相等的辐射功率均匀辐射时的平均功率密度之比。平均功率密度之比。),(11DSSD),(11l 物理意义:物理意义:由于天线有方向性,使某方向的辐射功由于天线有
13、方向性,使某方向的辐射功率密度比均匀辐射时增加的倍数率密度比均匀辐射时增加的倍数D。实际上,。实际上,D反映了天线集中辐射能量的特性。反映了天线集中辐射能量的特性。l 方向性系数的求法:方向性系数的求法:1)已知归一化方向性函数求)已知归一化方向性函数求D先求全向天线先求全向天线(点源点源)均匀辐射时的平均辐射功率密度均匀辐射时的平均辐射功率密度:24 rPSD 200211211sin,4,ddFFSSDD 通常方向性系数指的是天线最大辐射方向上的方通常方向性系数指的是天线最大辐射方向上的方向性系数,此时,向性系数,此时,1),(11F 2002sin,4ddFD 2)已知天线的辐射电阻和最
14、大辐射方向的方向)已知天线的辐射电阻和最大辐射方向的方向性函数,求性函数,求D2112114,21,rPSEZSD2112112,rZPESSDD 当天线位于自由空间时,当天线位于自由空间时,;在最大辐射方向上,在最大辐射方向上,,60),(maxmax11frIEEm1200Z大多数简单大多数简单常规天线的常规天线的最大场强值最大场强值又又RIPm221DdBDfRRIfIDmmlg10,1202160,602max22max2例:求电流元的方向性系数?例:求电流元的方向性系数?2280lR解:解:llff9090maxsin,dBdBDfRD76.15.1lg105.180120,1202
15、max4.4.天线增益天线增益l定义:定义:在任意方向在任意方向 ,辐射功率密度与将相等的辐射功率密度与将相等的输入功率均匀辐射时的平均功率密度之比,即输入功率均匀辐射时的平均功率密度之比,即天线增益为:天线增益为:),(11GSSG),(1124 rPSAGl 物理意义:物理意义:为了在观察点有相等的辐射功率密度,为了在观察点有相等的辐射功率密度,方向性天线的输入功率应小于均匀辐射天线方向性天线的输入功率应小于均匀辐射天线输入功率的输入功率的G倍。倍。dBi:表示比较对象是各向均匀辐射的理想:表示比较对象是各向均匀辐射的理想 点源;点源;dBd:表示以半波对称振子为比较对象。:表示以半波对称
展开阅读全文