2第二讲-天线元

2014/3/1 Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 天线天线 Antennas 第第2 2讲讲 天线元的辐射天线元的辐射 褚庆昕褚庆昕 华南理工大学电子与信息学院华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所天线与射频技术研究所 qxchu South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?电流元的辐射电流元的辐射 ?磁流元的辐射磁流元的辐射 ?天线的辐射特性参数天线的辐射特性参数 第第2 2讲内容讲内容 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?电流元：电流元：电流的一个微分段，即长度远小于电流的一个微分段，即长度远小于 波长的一段电流，电流均匀分布。波长的一段电流，电流均匀分布。 ?电流元是最基本、最简单的天线，也是认识电流元是最基本、最简单的天线，也是认识 和分析天线最好的样本。和分析天线最好的样本。 ?任何天线都可看成由电流元组成，天线的辐任何天线都可看成由电流元组成，天线的辐 射为所有电流元辐射的叠加。射为所有电流元辐射的叠加。 2.1 2.1 电流元辐射电流元辐射 ( )cosRe j t i tItIe ? ?dl? dlI South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?首先根据波动方程求电流元产生的电磁场：首先根据波动方程求电流元产生的电磁场： ?但是，上面方程中场强与源的关系复杂，不便但是，上面方程中场强与源的关系复杂，不便 于计算。通常采用位函数法。于计算。通常采用位函数法。 ?根据磁矢位根据磁矢位A A和电标位和电标位? ?的定义以及的定义以及LorenzLorenz规范规范 可得磁矢位可得磁矢位A A满足的波动方程满足的波动方程 ? ? ? 22 22 () () kHJ kEjJ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? vv vv BA? ? ? vv Ej A? vv 0Aj? v 22 ()kAJ? ? ? ? ? ? vv South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?可见磁矢位与源的关系简单。因此，利用矢量可见磁矢位与源的关系简单。因此，利用矢量 位求电流元产生的电磁场。在自由空间，磁矢位求电流元产生的电磁场。在自由空间，磁矢 位波动方程的解为位波动方程的解为 ?设电流元沿设电流元沿Z Z方向放置，由于很细很短，则矢方向放置，由于很细很短，则矢 量位为量位为 0 ( ) 44 j rj r zz v Idlee A ra Jdldsa rr ? ? ? ? ? ? r ( )( ) 4 j R v e A rJ rdv R ? ? ? ? ? ? rr rr v IJds? ? J r r? r r r r r? ? rr P o Rr r? ? rr South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 球坐标下球坐标下 0 0 coscos 4 sinsin 4 0 j r rz j r z Idl e AA r Idl e AA r A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 00 11 () r A HAarA rr ? ? ? ? ? ? ? rr /EHj? rr 由由 可求得电磁场。可求得电磁场。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 2 2 0 0 1 sin (1) 2 1 cos (1) 2 11 sin1() 2 0 r j r j r r j r H H Idl Hje rj r Idl Ee rj r Idl Eje rj rj r E ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 其中，其中， 为波阻抗为波阻抗 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ,1,1 j r rre ? ? ? ? ? 3 3 2 2 cos 4 1 sin 4 sin 4 r Idl Ej r Idl Ej r Idl H r ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?近场区近场区 ?由由 ，可得，可得 。代入上面的。代入上面的 电场公式，可以发现近场与电偶极子的静电场电场公式，可以发现近场与电偶极子的静电场 相同。但是，电荷是以角频率相同。但是，电荷是以角频率 振荡的，所以振荡的，所以 也称为振荡电偶极子，简称振子。也称为振荡电偶极子，简称振子。 ?磁场与恒定电流产生的磁场相同。磁场与恒定电流产生的磁场相同。 ?电场与磁场相位差电场与磁场相位差90900 0。坡印廷矢量为虚数。坡印廷矢量为虚数。 ?近场区占优势的是类似静态场的感应场。近场区占优势的是类似静态场的感应场。 I q j? ? + - ( )( )q ti t dt? ? ? ( )/qIj? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?远场区远场区 sin 2 sin 2 j r j r Idl Eje r Idl Hje r ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?电场、磁场为沿电场、磁场为沿r r方向传播的电磁波。方向传播的电磁波。 ?电场、磁场和传播方向相互垂直，且电场、磁场和传播方向相互垂直，且 ?电场、磁场同相，坡印廷矢量为实数。电场、磁场同相，坡印廷矢量为实数。 ?电场、磁场沿电场、磁场沿? ?不变化，沿不变化，沿? ?按按sinsin? ?变化，有方变化，有方 向性。向性。 ?远场区占优势的是辐射场，球面波。远场区占优势的是辐射场，球面波。 EH ? ? r? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 2.2 2.2 磁流元的辐射磁流元的辐射 ?对偶原理对偶原理 e m m e E HJ t H EJ t H E ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? r rr r rr r r 对称形式的麦克斯韦方程组对称形式的麦克斯韦方程组 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 电流、电荷电流、电荷产生的场与磁流、磁荷产生的场的方产生的场与磁流、磁荷产生的场的方 程形式相同，只要进行变量代换：程形式相同，只要进行变量代换： 两者可以互相得到，称之为电磁场的对偶原理。两者可以互相得到，称之为电磁场的对偶原理。 ,1/ emem HE JJ? ? ? rr rr 电荷、电流产生的场电荷、电流产生的场 磁荷、磁流产生的场磁荷、磁流产生的场 0 e e E HJ t H E t H E ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? r rr r r r r 0 m m E H t H EJ t H E ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? r r r rr r r South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ? 磁流元的辐射磁流元的辐射 ? 磁流元：长度远小于波长的一段磁流，磁磁流元：长度远小于波长的一段磁流，磁 流均匀分布。流均匀分布。 ? 由对偶原理，磁流元辐射可由电流元辐射由对偶原理，磁流元辐射可由电流元辐射 场经过对偶变量代换获得：场经过对偶变量代换获得： sin 2 sin 2 j r j r Idl Eje r Idl Hje r ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? sin 2 sin 2 j r m j r m I dl Eje r I dl Hje r ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 电流元辐射场电流元辐射场 磁流元辐射场磁流元辐射场 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering a? ? 小电流环的辐射小电流环的辐射 ?小电流环：半径远小于波长的电流环，电小电流环：半径远小于波长的电流环，电 流均匀分布。流均匀分布。 ?电磁场计算可知，半径为电磁场计算可知，半径为a, ,电流为电流为I 的小电的小电 流环等效于流环等效于 的磁流元。的磁流元。 ?于是，小电流环的辐射场为于是，小电流环的辐射场为 0 m jIS I dl ? ? 2 2 sin sin j r j r IS Ee r IS He r ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 2.3 天线的辐射特性参数天线的辐射特性参数 ?虽然有了电磁场表达式就可以准确全面地表虽然有了电磁场表达式就可以准确全面地表 征天线的辐射特性，但场表达式不方便实际征天线的辐射特性，但场表达式不方便实际 应用。应用。 ?为此，制定了能够简洁定量表征天线辐射特为此，制定了能够简洁定量表征天线辐射特 性的参数，主要包括：性的参数，主要包括： ?方向图（方向图（Pattern，方向性图，波瓣图），方向性图，波瓣图） ?方向系数（方向系数（Directivity，方向性，定向性），方向性，定向性） ?效率（效率（Efficiency) ?增益（增益（Gain） ?极化（极化（Polarization） South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 2.3.1 方向图方向图 ?方向图方向图: 表征辐射场方向性变化的图形表征辐射场方向性变化的图形。 ?归一化电场强度的大小随方向变化的曲归一化电场强度的大小随方向变化的曲 线图线图，称为场强方向图称为场强方向图。 ?归一化辐射功率密度随方向变化的曲线归一化辐射功率密度随方向变化的曲线 图图，称为功率方向图称为功率方向图。 ?表征方向图的函数称为方向图函数表征方向图的函数称为方向图函数。 ?方向图一般是三维的立体图方向图一般是三维的立体图（球坐标球坐标）。 2 max ( , )( , )/( , )( , ) n PSSF? ? ? ? ? max ( , )( , )/( , ) n FEE? ? ? ? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?电流元的立体方向图电流元的立体方向图 22 2 max ( , )/sin n PEE ? ? ? max ( )/sin n FEE ? ? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ( )= sin n F? 球坐标中球坐标中，r坐标为方向图函数坐标为方向图函数，因为辐射场因为辐射场 的方向性与径向无关的方向性与径向无关。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?实际中实际中，为了表达方便为了表达方便，通常采用通过天线最通常采用通过天线最 大辐射方向上的两个相互垂直的平面大辐射方向上的两个相互垂直的平面，即所谓即所谓 “主平面主平面”来表示方向图来表示方向图。 ?在超高频天线中在超高频天线中，通常采用与远区场矢量相平通常采用与远区场矢量相平 行的两个主平面行的两个主平面，即即 ?E平面平面，即电场矢量所在的平面即电场矢量所在的平面 ?H平面平面，即磁场矢量所在的平面即磁场矢量所在的平面 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?对于电流元对于电流元 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 222 max ( )/sin n PEE ? ? 功率方向图功率方向图 max ( )/sin n FEE ? ? ? z 场强方向图场强方向图 ?沿沿z方向放置的电流元的方向放置的电流元的E 面方向图面方向图 E E面方向图为面方向图为8 8字型字型 横向（即电流的法向）辐射最大，横向（即电流的法向）辐射最大， 纵向（即电流的切向）辐射为零。纵向（即电流的切向）辐射为零。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering H H面方向图为全向或无方向性面方向图为全向或无方向性 ?沿沿z方向放置的电流元的方向放置的电流元的H 面方向图面方向图 2 22 0 max ( )/sin901 n PEE ? ? 0 max ( )/sin901 n FEE ? ? z x y j |sin90o|=1 ? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?典型高方向性天线的方向图典型高方向性天线的方向图 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 波瓣宽度波瓣宽度 (lobe width) ?天线方向图通常有一个主要最大值和若干次要天线方向图通常有一个主要最大值和若干次要 最大值最大值。头两个零值之间的最大辐射区域是头两个零值之间的最大辐射区域是主主 瓣瓣，其他次要的最大值区域都是其他次要的最大值区域都是旁瓣或副瓣旁瓣或副瓣。 ?半功率主瓣宽度半功率主瓣宽度 ：主瓣两个半功率点之间：主瓣两个半功率点之间 的角度的角度, 在场强方向图中在场强方向图中, 等于最大场强的等于最大场强的 的的 两点之间的角度两点之间的角度。 ?零功率波瓣宽度零功率波瓣宽度 ：头两个零点之间的角度：头两个零点之间的角度。 ?主瓣宽度愈小主瓣宽度愈小，说明天线辐射能量愈集中说明天线辐射能量愈集中，定定 向性愈好向性愈好。 ?电流元：电流元： ， 2 0 0.5 2=90? 0 2? 0 0 2=180? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 天线方向图的参数含义天线方向图的参数含义 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?旁瓣电平旁瓣电平(side lobe level)：离主瓣最近且电平离主瓣最近且电平 最高的第一旁瓣的电平最高的第一旁瓣的电平，一般以一般以dB表示表示。通常通常 要求尽可能小要求尽可能小。 ?前后比前后比(front-to-back ratio): 最大辐射方向最大辐射方向(前前 向向)电平与其相反方向电平与其相反方向(后向后向)电平之比电平之比, 通常以通常以 dB 表示表示。通常要求尽可能大通常要求尽可能大。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 用分贝表示的直角坐标方向图用分贝表示的直角坐标方向图 ?天线方向图可以用极坐标表示天线方向图可以用极坐标表示，也可以用直也可以用直 角坐标表示角坐标表示。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?方向系数方向系数D：在远场区的球面上在远场区的球面上，最大辐射功最大辐射功 率密度率密度Smax与平均辐射功率密度与平均辐射功率密度Sav之比之比 ?也可以说也可以说，在远场区的球面上在远场区的球面上，最大辐射功率最大辐射功率 流密度与相同辐射功率的无方向天线的辐射功流密度与相同辐射功率的无方向天线的辐射功 率流密度之比率流密度之比。 2.3.2 方向系数方向系数 2 maxmax | | avav SE D SE ? 2 2 2 00 4 1 ( , )sin 4 1 ( , ) 4 av SSr d d r Sd ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? sindd d? ? ?立体角立体角 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?因此因此 max max 44 4 4( , )4 ( , ) ( , )/( , ) 44 ( , ) A n S D SdSSd Pd ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? max ( , )( , )/( , ) n PSS? ? ? ? 4 ( , ) An Pd ? ? ? ? ? 归一化功率归一化功率 方向图函数方向图函数 波束立体角波束立体角 max 4 ( , )( , ) AS Sd ? ? ? ? ? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?波束立体角是指所有辐射功率等效地按最大辐波束立体角是指所有辐射功率等效地按最大辐 射方向功率密度均匀辐射时的立体角射方向功率密度均匀辐射时的立体角。 ?方向系数等于球面立体角与波束立体角之比方向系数等于球面立体角与波束立体角之比。 ?理想各向同性天线的方向系数为理想各向同性天线的方向系数为1，但不存在但不存在 这种天线这种天线。所有实际天线方向系数都大于所有实际天线方向系数都大于1。 ?方向系数常用分贝表示方向系数常用分贝表示，需选择一个参考天线需选择一个参考天线 ?若以各向同性天线为参考若以各向同性天线为参考，分贝表示为分贝表示为dBi（ isotropy），即即，D(dBi)=10logD ?若以半波偶极子若以半波偶极子(dipole，D=1.64)为参考为参考，分贝分贝 表示为表示为dBd，即即，D(dBd)=10logD-2.15 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 【例题例题】 求沿求沿z轴放置的电流元的方向系数轴放置的电流元的方向系数。 解解: 电流元的归一化功率方向图函数为：电流元的归一化功率方向图函数为： 代入方向系数的表达式代入方向系数的表达式，得：得： 若以若以dB表示表示，则则 D=10lg1.5=1.76 dBi 可见可见，电流元的方向系数是很低的电流元的方向系数是很低的。 5 . 1 sinsin 4 2 0 2 0 ? ? ? ? ? ? ? dd D 2 ( , )sin n P? ? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?效率：效率：天线辐射功率天线辐射功率Pr与输入功率与输入功率Pin 之比之比, 记记 为为e，即即 Pl 为欧姆损耗功率为欧姆损耗功率 ?实际中实际中，常用辐射电阻常用辐射电阻Rr来度量天线辐射功率来度量天线辐射功率 的能力的能力。想象天线辐射的功率都消耗在一个电想象天线辐射的功率都消耗在一个电 阻上了阻上了，这个电阻就是辐射电阻这个电阻就是辐射电阻。设流入天线设流入天线 的电流流过辐射电阻的电流流过辐射电阻, 其损耗的功率等于天线其损耗的功率等于天线 的辐射功率的辐射功率 2.3.3 效率效率 rr e inrl PP PPP ? ? 2 1 2 rr PI R? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?则辐射电阻为则辐射电阻为 ?仿照引入辐射电阻的办法仿照引入辐射电阻的办法, 设损耗电阻设损耗电阻Rl为为 ?则天线效率为则天线效率为 ?因此因此，要提高天线效率要提高天线效率, 应尽可能提高应尽可能提高Rr, 降低降低Rl 2 2 r r P R I ? 2 2 l l P R I ? 1 1/ r e rllr R RRRR ? ? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 【例题例题】确定电流元的辐射电阻确定电流元的辐射电阻。 解解: 电流元的远区场为电流元的远区场为 辐射功率为辐射功率为 所以所以，辐射电阻为辐射电阻为 jkr de r Il jE ? ? ? ? ? sin 60 2 2 222 00 601 ()sinsin 2402 rr rIl Pd dI R r ? ? ? ? ? ? ? ? ? 22 80( ) r l R? ? ? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 讨论讨论 ?对于电流元对于电流元l? ?，所以电流元的辐射电阻很所以电流元的辐射电阻很 小小。例如当例如当l=1m，? ?=300m，电流元的辐射电流元的辐射 电阻仅为电阻仅为0.0084。 ?辐射电阻与长度成正比辐射电阻与长度成正比，与波长成反比与波长成反比。当当 天线电长度很小时天线电长度很小时，辐射电阻就很小辐射电阻就很小。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?效率没有考虑天线辐射的方向性效率没有考虑天线辐射的方向性，而方向系数而方向系数 没有考虑天线的损耗没有考虑天线的损耗。 ?同时考虑损耗和方向性的参数是同时考虑损耗和方向性的参数是增益增益，定义为定义为 ?代入方向系数与效率的定义代入方向系数与效率的定义，得得 2.3.4 增益增益 e GD? maxmax 2 /4 r e inavin P SS GD PSPr ? ? ? 2 4 rav PSr? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?因此因此，更简单的理解：更简单的理解：天线增益就是天线的最天线增益就是天线的最 大辐射功率密度与把相同的输入功率无方向性大辐射功率密度与把相同的输入功率无方向性 地分布在球面上时的功率密度的比值地分布在球面上时的功率密度的比值。 ?增益也可定义为：增益也可定义为：在相同输入功率下在相同输入功率下，天线的天线的 最大辐射功率密度与一理想的无方向性无损耗最大辐射功率密度与一理想的无方向性无损耗 天线在同一点产生的功率密度的比值天线在同一点产生的功率密度的比值。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?天线的增益系数描述了一个实际天线与理想天线的增益系数描述了一个实际天线与理想 的无方向性无损耗天线相比的无方向性无损耗天线相比，在最大辐射方在最大辐射方 向上将输入功率放大的倍数向上将输入功率放大的倍数。例如例如，一个输一个输 入功率为入功率为10W的理想的无方向性无损耗天线的理想的无方向性无损耗天线 与一个增益为与一个增益为10、输入功率为输入功率为1W的天线在最的天线在最 大辐射方向上具有相同的效果大辐射方向上具有相同的效果。 ?因此因此，当输入功率相同时当输入功率相同时，高增益天线在最高增益天线在最 大辐射方向上可以获得更大的辐射功率大辐射方向上可以获得更大的辐射功率。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?通过比较待测天线和一个已知增益的参考通过比较待测天线和一个已知增益的参考 天线在相同输入功率下所辐射的最大功率天线在相同输入功率下所辐射的最大功率 密度密度，就可以测出待测天线的增益就可以测出待测天线的增益。 ?因为因为 所以所以 max 2 0 2 ( ( /4 ( /4 in in S G Pr S G Pr ? ? ? ? 待测天线） 待测天线） （参考天线） 参考天线） max 0 ( ( S GG S ? 待测天线） 参考天线） （参考天线） South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?天线的极化定义为天线在最大辐射方向上电天线的极化定义为天线在最大辐射方向上电 磁波的极化磁波的极化。即即，在天线最大辐射方向上空在天线最大辐射方向上空 间某一固定位置上的电场矢量的末端随时间间某一固定位置上的电场矢量的末端随时间 变化所描绘的轨迹变化所描绘的轨迹。 ?该轨迹如果是直线该轨迹如果是直线、圆或椭圆圆或椭圆，就称为线极就称为线极 化化、圆极化或椭圆极化圆极化或椭圆极化。 ?线极化可以分为水平线极化可以分为水平、垂直和某角度极化垂直和某角度极化。 ?圆和椭圆极化都可以分为左旋和右旋圆和椭圆极化都可以分为左旋和右旋。右右(左左) 旋极化天线只能辐射和接收右旋极化天线只能辐射和接收右(左左)旋极化波旋极化波。 右右(左左)旋极化波的反射波是左旋极化波的反射波是左(右右)旋极化的旋极化的。 2.3.5 极化极化 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ?考虑时谐场考虑时谐场 电场矢量的末端点轨迹可以用电场矢量的末端点轨迹可以用E E与与x x轴的夹角轴的夹角 表征。表征。 cos()cos() xxmxyymy Ea Etza Etz? r cos() tan cos() ymy xmx Etz Etz ? ? ? ? ? ? South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 【线极化线极化】如果如果 ，即即 同相同相，则则 ? 夹角不随时间变化夹角不随时间变化。 这时这时E E矢量末端点的矢量末端点的 轨迹不随时间变化轨迹不随时间变化， 在传播过程中在传播过程中，末端末端 点的轨迹为一直线点的轨迹为一直线， 故称为线极化故称为线极化。 线天线可用直线电流实现线天线可用直线电流实现 xy ? xy EE、 tan ym xm E E ? E r x E y E ? x y South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering ? 下图显示了某一时刻，以下图显示了某一时刻，以+z轴为传播方向的轴为传播方向的x方向方向 线极化的场强矢量线在空间的分布图。线极化的场强矢量线在空间的分布图。 O x z 某一时刻某一时刻x方向线极化的场强矢量线在空间的分布方向线极化的场强矢量线在空间的分布 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 线极化线极化 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 【右旋圆极化右旋圆极化】如果如果 ， ， 即即 等幅等幅， 超前超前 相位相位 ，则则 ?可见可见，当当z z常数时常数时，E E矢量矢量 末端点的轨迹为一圆末端点的轨迹为一圆，夹角夹角 随着时间随着时间t t增加发生旋转增加发生旋转，旋旋 转方向与传播方向构成右手转方向与传播方向构成右手 螺旋关系螺旋关系，故称为右旋圆极化故称为右旋圆极化。 /2 yx ? ? xmym EE? tantan() x tz? x tz? xy EE、 x E y E/2? E r x E y E ? x y t增加，z固定 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 【左旋圆极化左旋圆极化】如果如果 ， ， 即即 等幅等幅， 滞后滞后 相位相位 ，则则 ?可见可见，当当z z常数时常数时，E E矢量矢量 末端点的轨迹为一圆末端点的轨迹为一圆，夹角夹角 随着时间随着时间t t增加发生旋转增加发生旋转，旋旋 转方向与传播方向构成左手转方向与传播方向构成左手 螺旋关系螺旋关系，故称为左旋圆极化故称为左旋圆极化。 /2 yx ? xmym EE? tantan() x tz? ? x tz? ? xy EE、 x E y E/2? E r x E y E ? x y t增加，z固定 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering 某一时刻右旋圆极化的场强矢量线在空间某一时刻右旋圆极化的场强矢量线在空间 的分布图的分布图(以以z轴为传播方向轴为传播方向) z ?下图是以下图是以+z轴为传播方向的右旋圆极化的场强矢轴为传播方向的右旋圆极化的场强矢 量线在空间的分布图。要注意到，固定时间的场量线在空间的分布图。要注意到，固定时间的场 强矢量线在空间的分布旋向与固定位置的场强矢强矢量线在空间的分布旋向与固定位置的场强矢 量线随时间的旋向相反。量线随时间的旋向相反。 South China University of Technology Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering z 某一时刻左旋圆极化的场强矢量线在空间的分布某一时刻左旋圆极化的场强矢量线在空间的分布 图图 (以以z轴为传