基本輻射單元

基本輻射單元是指構成天線基本結構的單元，它能有效地輻射或接收無線電波。

基本介紹

• 中文名：基本輻射單元
• 作用：有效地輻射或接收無線電波
• 可分為：赫茲電振子、赫茲磁振子
• 可分為：惠更斯元輻射器

內容簡介

構成天線基本結構的單元，它能有效地輻射或接收無線電波。基本輻射單元可分為赫茲電振子、赫茲磁振子和惠更斯元輻射器。

赫茲電振子

有確定方向的無限小的時諧線電流元。由電流與電荷建立的連續性方程，要求電流元相對的兩端具有大小相等、極性相反的電荷，且隨時間作簡諧變化。當電流元的長度趨近於零時，其電流趨近於無限大，而電流與長度的乘積仍為有限值。赫茲電振子的輻射圖形為8字形，其遠區輻射場的表示式為

(1)

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(3)

式中是TEM。波的波阻抗；λ為波長；β為相位常數；I為基本振子上流過的線電流幅度；l為振子長度；r為離開振子的距離；取球坐標系r,θ,ψ（圖1）。　赫茲磁振子　有確定方向的無限小的時諧線磁流元，是假想的基本輻射單元。由磁流和磁荷建立的連續性方程，要求磁流元兩端的磁荷大小相等，極性相反，而且隨時間作簡諧變化。當磁流元的長度趨近於零時，磁流應趨近於無限大，而磁流與長度的乘積仍為有限值。其遠區輻射場的表示式為

(4)

(5)

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式中Im為線磁流元幅度。式(4)、(5)說明，赫茲磁振子的場結構與赫茲電振子的場結構完全相同,只是E和H互換了位置。　惠更斯元輻射器　實際上是電磁波傳播波前上的無限小的輻射單元。這一單元上的磁場可以用等效電流代替，而電場可以用等效磁流代替，其計算的輻射圖形為心臟形。把惠更斯元放在直角坐標系和球坐標系中(圖2），其遠區輻射場的表示式為

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(8)

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式中η0=E0/H0；惠更斯元上的電流I=H0l1,磁流Im=-E0l2;E0和H0分別由式(4)和式(2)計算；S=l1l2,為惠更斯元的面積；是r方向的單位矢量。
惠更斯元輻射器可直觀地看作是兩個基本振子的輻射之和，其方向性與電基本振子或磁基本振子的方向性是不相同的。

典型輻射器

由基本輻射單元構成，主要有線振子天線、縫隙天線和喇叭天線等形式。
①線振子天線：有限長的線振子可看作是由許多個赫茲電振子串接而成。沿振子的全長對式(1)作積分,就可求得遠區輻射場。最常用的有半波振子等。
②縫隙天線：在一個無限大、無限薄的理想導電平面上開一個無限小的縫隙，並用接在縫隙邊緣的電壓激勵,就構成了縫隙基本單元(圖3)。它與赫茲磁振子等效，是實現赫茲磁振子的可行方案。許多個縫隙基本單元聯接在一起就可構成縫隙天線。縫隙可以開在波導壁上，也可開在平板上或圓筒上。　③喇叭天線：由波導末端擴展而成，可以將其口面場分布看成無數的惠更斯元輻射器的總和，沿其口徑面對惠更斯元輻射器作積分就可求得它的遠區場。