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第5章縫隙天線與微帶天線.ppt 75页
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第5章縫隙天線與微帶天線.ppt
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第5章 缝隙天线与微带天线
5.1.1 理想缝隙天线
?如图5―1―1所示， 理想缝隙天线是开在无限大、无限薄的理想导体平面上(yOz)的直线缝隙， 它可以由同轴传输线激励。 缝隙的宽度w远小于波长， 而其长度2l通常为λ/2。
无论缝隙被何种方式激励， 缝隙中只存在切向的电场强度， 电场强度一定垂直于缝隙的长边， 并对缝隙的中点呈上下对称的驻波分布， 即
式中Em为缝隙中波腹处的场强值。如果引入等效的磁流源，在x&0的半空间内，缝隙相当于一个等效磁流源，其等效磁流密度为
也就是说,缝隙最终可以被等效成一个片状的、沿z轴放置的、与缝隙等长的磁对称振子。当讨论远区的辐射问题时，可以将缝隙视为线状磁对称振子，根据与全电流定律对偶的全磁流定律
根据电磁场的对偶原理，磁对称振子的辐射场可以直接由电对称振子的辐射场对偶得出为
在x&0的半空间内，由于等效磁流的方向相反，因此电场和磁场表达式分别为（5 ― 1―5）式和（5―1―6）的负值。
我们通常称理想缝隙与和它对偶的电对称振子为互补天线，因为它们相结合时形成单一的导体屏而没有重叠或孔隙。它们的区别在于场的极化不同：H面（通过缝隙轴向并且垂直于金属板的平面）、E面（垂直于缝隙轴向和金属板的平面）互换，
参见图5―1―2，但是两者具有相同的方向性，其方向函数为
例如,理想半波缝隙天线(2l=λ/2)的H面方向图如5―1―2(b)图所示，而其E面无方向性。理想缝隙天线同样可以计算其辐射电阻。如果以缝隙的波腹处电压值Um=Emw为计算辐射电阻的参考电压，缝隙的辐射功率Pr,m与辐射电阻Rr,m之间的关系为
将电对称振子的场强表达式（1―4―4）与缝隙的场强表达式（5―1―5）对比可知，若理想缝隙天线与其互补的电对称振子的辐射功率相等，则Um和电对称振子的波腹处电流值Iem应满足下面的等式:
因为电对称振子的辐射功率Pr,e与其辐射电阻Rr,e的关系为
与之对应的辐射电导Gr,m≈0.002S。和半波振子类似，理想半波缝隙天线的输入电阻也为500Ω，该值很大，所以在用同轴线给缝隙馈电时存在困难，必须采用相应的匹配措施。
（5―1―11）式可以推广到辐射阻抗，即
Zr,mZr,e=(60π)2
（5―1―12）
还可以推广到输入阻抗，即
Zin,mZin,e=(60π)2
（5―1―13）
式（5―1―12）和式（5―1―13）表明，任意长度的理想缝隙天线的输入阻抗、辐射阻抗均可以由与其互补的电对称振子的相应值求得。由于谐振电对称振子的输入阻抗为纯阻，因此谐振缝隙的输入电阻也为纯阻，并且其谐振长度同样稍短于λ/2，且缝隙越宽，缩短程度越大。
最基本的缝隙天线是由开在矩形波导壁上的半波谐振缝隙构成的。由电磁场理论，对TE10波而言，如图5―1―3所示，在波导宽壁上有纵向和横向两个电流分量，横向分量的大小沿宽边呈余弦分布，中心处为零，纵向电流沿宽边呈正弦分布，中心处最大；
而波导窄壁上只有横向电流，且沿窄边均匀分布。如果波导壁上所开的缝隙能切割电流线，则中断的电流线将以位移电流的形式延续，缝隙因此得到激励，波导内的传输功率通过缝隙向外辐射，这样的缝隙也就被称为辐射缝隙，例如图5―1―4所示的缝隙a、b、c、d、e。当缝隙与电流线平行时，不能在缝隙区内建立激励电场，这样的缝隙因得不到激励，不具有辐射能力，因而被称为非辐射缝隙，如缝隙f。
缝隙g虽然与纵向电流平行，但是其旁边设置了电抗振子h，电抗振子是插入波导内部的螺钉式金属杆，由于该螺钉平行于波导内部的电场，因此被感应出的传导电流流向螺钉底部处的波导内壁而形成径向电流，于是纵缝g可以切断其中的一部分而得到激励。
受激励的波导缝隙形成了开在有限金属面上的窄缝。当金属面的尺寸有限时，缝隙天线的边界条件发生了变化，对偶原理不能应用，有限尺寸导电面引起的电波绕射会使得天线的辐射特性发生改变。严格的求解缝隙的辐射场需要几何绕射理论或数值求解方法。 ?
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电抗与感抗,容抗之间的计算公式是什么？
10-01-01 &
交流电也可以通过线圈，但是线圈的电感对交流电有阻碍作用，这个阻碍叫做感抗。交流电越难以通过线圈，说明电感量越大，电感的阻碍作用就越大；交流电的频率高，也难以通过线圈，电感的阻碍作用也大。实验证明，感抗和电感成正比，和频率也成正比。如果感抗用XL表示，电感用L表示，频率用f表示，那么　　XL＝ 2πfL　　感抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和线圈的电感L，就可以用上式把感抗计算出来。答案补充 将电容器接入交流电路中时，由于电容器的不断充电、放电，所以电容器极板上所带电荷对定向移动的电荷具有阻碍作用，物理学上把这种阻碍作用称为容抗，用字母Xc表示。　　交流电是能够通过电容的，但是将电容器接入交流电路中时，由于电容器的不断充电、放电，所以电容器极板上所带电荷对定向移动的电荷具有阻碍作用，物理学上把这种阻碍作用称为容抗，用字母Xc表示。所以电容对交流电仍然有阻碍作用。电容对交流电的阻碍作用叫做容抗。电容量大，交流电容易通过电容，说明电容量大，电容的阻碍作用小；交流电的频率高，交流电也容易通过电容，说明频率高，电容的阻碍作用也小。实验证明，容抗和电容成反比，和频率也成反比。如果容抗用XC表示，电容用C表示，频率用f表示，那么　　XC＝1／(2πfC)　　容抗的单位是欧姆。知道了交流电的频率f和电容C，就可以用上式把容抗计算出来。 　　这些东西实在是太难学了，我想有一个主要原因就是好多人不知道交流电就是一个电磁波
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“电平”就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。这里的电量自然指“电功率”、“电压”、“电流”并将倍数化为对数，用“分贝”表示，记作“dB”。分别记作：10lg(P2/P1)、20lg(U2/U1)、20lg(I2/I1)上式中P、U、I分别是电功率、电压、电流。 电流 电流常用I表示。电流分直流和交流两种。电流的大小和方向不随时间变化的叫做直流。电流的大小和方向随时间变化的叫做交流。电流的单位是安（A），也常用毫安（mA)或者微安(uA)做单位。1A=1000mA,1mA=1000uA。电流可以用电流表测量。测量的时候，把电流表串联在电路中，要选择电流表指针接近满偏转的量程。这样可以防止电流过大而损坏电流表。 电压 河水之所以能够流动，是因为有水位差；电荷之所以能够流动，是因为有电位差。电位差也就是电压。电压是形成电流的原因。在电路中，电压常用U表示。电压的单位是伏（V），也常用毫伏（mV）或者微伏（uV）做单位。1V=1000mV，1mV=1000uV。电压可以用电压表测量。测量的时候，把电压表并联在电路上，要选择电压表指针接近满偏转的量程。如果电路上的电压大小估计不出来，要先用大的量程，粗略测量后再用合适的量程。这样可以防止由于电压过大而损坏电压表。电 阻 电路中对电流通过有阻碍作用并且造成能量消耗的部分叫做电阻。电阻常用R表示。电阻的单位是欧（Ω），也常用千欧（kΩ）或者兆欧（MΩ）做单位。1kΩ=1000Ω,1MΩ=1000000Ω。导体的电阻由导体的材料、横截面积和长度决定。电阻可以用万用表欧姆档测量。测量的时候，要选择电表指针接近偏转一半的欧姆档。如果电阻在电路中，要把电阻的一头烫开后再测量。欧姆定律 导体中的电流I和导体两端的电压U成正比，和导体的电阻R成反比，即I=U/R这个规律叫做欧姆定律。如果知道电压、电流、电阻三个量中的两个，就可以根据欧姆定律求出第三个量，即I=U/R，R＝U／I，U＝I×R在交流电路中，欧姆定律同样成立，但电阻R应该改成阻抗Z，即I＝U／Z电源 把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能。发电机、干电池等叫做电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说，也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。负载 把电能转换成其他形式的能的装置叫做负载。电动机能把电能转换成机械能，电阻能把电能转换成热能，电灯泡能把电能转换成热能和光能，扬声器能把电能转换成声能。电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都叫做负载。晶体三极管对于前面的信号源来说，也可以看作是负载。电路 电流流过的路叫做电路。最简单的电路由电源、负载和导线、开关等元件组成。电路处处连通叫做通路。只有通路，电路中才有电流通过。电路某一处断开叫做断路或者开路。电路某一部分的两端直接接通，使这部分的电压变成零，叫做短路。电动势 电动势是反映电源把其他形式的能转换成电能的本领的物理量。电动势使电源两端产生电压。在电路中，电动势常用δ表示。电动势的单位和电压的单位相同，也是伏。电源的电动势可以用电压表测量。测量的时候，电源不要接到电路中去，用电压表测量电源两端的电压，所得的电压值就可以看作等于电源的电动势。如果电源接在电路中，用电压表测得的电源两端的电压就会小于电源的电动势。这是因为电源有内电阻。在闭合的电路中，电流通过内电阻r有内电压降，通过外电阻R有外电压降。电源的电动势δ等于内电压Ur和外电压UR之和，即δ=Ur+UR 。严格来说，即使电源不接入电路，用电压表测量电源两端电压，电压表成了外电路，测得的电压也小于电动势。但是，由于电压表的内电阻很大，电源的内电阻很小，内电压可以忽略。因此，电压表测得的电源两端的电压是可以看作等于电源电动势的。干电池用旧了，用电压用测量电池两端的电压，有时候依然比较高，但是接入电路后却不能使负载（收音机、录音机等）正常工作。这种情况是因为电池的内电阻变大了，甚至比负载的电阻还大，但是依然比电压表的内电阻小。用电压表测量电池两端电压的时候，电池内电阻分得的内电压还不大，所以电压表测得的电压依然比较高。但是电池接入电路后，电池内电阻分得的内电压增大，负载电阻分得的电压就减小，因此不能使负载正常工作。为了判断旧电池能不能用，应该在有负载的时候测量电池两端的电压。有些性能较差的稳压电源，有负载和没有负载两种情况下测得的电源两端的电压相差较大，也是因为电源的内电阻较大造成的。周期 交流电完成一次完整的变化所需要的时间叫做周期，常用T表示。周期的单位是秒（s）,也常用毫秒（ms）或微秒（us）做单位。1s=1000ms，1s=1000000us。频 率 交流电在1s内完成周期性变化的次数叫做频率，常用f表示。频率的单位是赫（Hz），也常用千赫（kHz）或兆赫（MHz）做单位。1kHz=1000Hz，1MHz=1000000Hz。交流电频率f是周期T的倒数，即f =1／T电容 电容是衡量导体储存电荷能力的物理量。在两个相互绝缘的导体上，加上一定的电压，它们就会储存一定的电量。其中一个导体储存着正电荷，另一个导体储存着大小相等的负电荷。加上的电压越大，储存的电量就越多。储存的电量和加上的电压是成正比的，它们的比值叫做电容。如果电压用U表示，电量用Q表示，电容用C 表示，那么C＝Q／U电容的单位是法（F），也常用微法（uF）或者微微法（pF）做单位。1F=106uF，1F=1012pF。电容可以用电容测试仪测量，也可以用万用电表欧姆档粗略估测。欧姆表红、黑两表笔分别碰接电容的两脚，欧姆表内的电池就会给电容充电，指针偏转，充电完了，指针回零。调换红、黑两表笔，电容放电后又会反向充电。电容越大，指针偏转也越大。对比被测电容和已知电容的偏转情况，就可以粗略估计被测电容的量值。在一般的电子电路中，除了调谐回路等需要容量较准确的电容以外，用得最多的隔直、旁路电容、滤波电容等，都不需要容量准确的电容。因此，用欧姆档粗略估测电容量值是有实际意义的。但是，普通万用电表欧姆档只能估测量值较大的电容，量值较小的电容就要用中值电阻很大的晶体管万用电表欧姆档来估测，小于几十个微微法的电容就只好用电容测试仪测量了。容抗 交流电是能够通过电容的，但是电容对交流电仍然有阻碍作用。电容对交流电的阻碍作用叫做容抗。电容量大，交流电容易通过电容，说明电容量大，电容的阻碍作用小；交流电的频率高，交流电也容易通过电容，说明频率高，电容的阻碍作用也小。实验证明，容抗和电容成反比，和频率也成反比。如果容抗用XC表示，电容用C表示，频率用f表示，那么XC＝1／(2πfC)容抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和电容C，就可以用上式把容抗计算出来。电感 电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流，线圈周围就会产生磁场，线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就越大。实验证明，通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的，它们的比值叫做自感系数，也叫做电感。如果通过线圈的磁通量用φ表示，电流用I表示，电感用L表示，那么L＝ φ／I电感的单位是亨（H），也常用毫亨（mH）或微亨（uH）做单位。1H=1000mH，1H=1000000uH。感抗 交流电也可以通过线圈，但是线圈的电感对交流电有阻碍作用，这个阻碍叫做感抗。电感量大，交流电难以通过线圈，说明电感量大，电感的阻碍作用大；交流电的频率高，交流电也难以通过线圈，说明频率高，电感的阻碍作用也大。实验证明，感抗和电感成正比，和频率也成正比。如果感抗用XL表示，电感用L表示，频率用f表示，那么XL＝ 2πfL感抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和线圈的电感L，就可以用上式把感抗计算出来。阻抗 具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由电阻、感抗和容抗三者组成，但不是三者简单相加。阻抗的单位是欧。对于一个具体电路，阻抗不是不变的，而是随着频率变化而变化。在电阻、电感和电容串联电路中，电路的阻抗一般来说比电阻大。也就是阻抗减小到最小值。在电感和电容并联电路中，谐振的时候阻抗增加到最大值，这和串联电路相反。相位 相位是反映交流电任何时刻的状态的物理量。交流电的大小和方向是随时间变化的。比如正弦交流电流，它的公式是i=Isin2πft。i是交流电流的瞬时值，I是交流电流的最大值，f是交流电的频率，t是时间。随着时间的推移，交流电流可以从零变到最大值，从最大值变到零，又从零变到负的最大值，从负的最大值变到零.在三角函数中2πft相当于角度，它反映了交流电任何时刻所处的状态，是在增大还是在减小，是正的还是负的等等。因此把2πft叫做相位，或者叫做相。如果t等于零的时候，i并不等于零，公式应该改成i=Isin(2πft+ψ)。那么2πft+ψ叫做相位，ψ叫做初相位，或者叫做初相。相位差 两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫做相差。这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。例如研究加在电路上的交流电压和通过这个电路的交流电流的相位差。如果电路是纯电阻，那么交流电压和电流电流的相位差等于零。也就是说交流电压等于零的时候，交流电流也等于零，交流电压变到最大值的时候，交流电流也变到最大值。这种情况叫做同相位，或者叫做同相。如果电路含有电感和电容，交流电压和交流电流的相位差一般是不等于零的，也就是说一般是不同相的，或者电压超前于电流，或者电流超前于电压。加在晶体管放大器基极上的交流电压和从集电极输出的交流电压，这两者的相位差正好等于180°。这种情况叫做反相位，或者叫做反相。
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感抗=jXl容抗=1/jXc其中j为-1的平方根把感抗和容抗转换为以上形式,单位其实就是欧姆了,可以把他们看成为一个电阻一样的数值,可以利用普通的串联并联公式去计算了
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如果是多元件电路会存在容抗阻抗间相加减，就要加上虚数单位i，或者用角度表示电抗
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