电磁兼容理论在天线工程中的应用

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1、电磁兼容理论在天线工程中的应用杨雨辰北京天航信民航通信网络发展有限公司北京100122天线工程是空管系统信息网络建设中必不可少的研究内容，天线是雷达设备、导航监视设备、卫星通信系统以及其他所有无线电收发系统中最重要的组成部分之一。天线工作状态的好坏，直接影响着整个系统的性能，而电磁兼容性良好的天线将有着更好的性能。木文基于电磁场理论，从天线原理出发，先阐述了近区场与远区场的概念，然后以近远区场为基础，讨论了天线工程里的若干重要参数与电磁兼容理论之间的关系。关键词：天线工程；交变电偶极子；近区场；远区场；辐射在空管系统通信网络建设中，有许多设备是在正常运行时有意将电磁能量辐射到空

2、中，例如雷达导航设备、卫星通信天馈设备、无线电收发信机等。同时也有一些设备是无意向外辐射电磁能量的，例如供电模块的开关、机械控制装置等。所有这些有意或无意辐射的电磁能量达到一定程度时，会严重影响设备的正常运行。电磁兼容即是某种设备在既定的工作条件下抵抗这种电磁干扰的能力。在天线工程与设计中，基于电磁兼容理论的系统设计已成为不可忽视的一部分。1电偶极子产生的场任何形式和形状的天线都可以看成是无限多个载有交流信号的基木小线元组成，这些基木元通常成为电偶极子。电偶极子的排列方式决定着天线的极化方式：水平排列的偶极子产生水平极化波；垂直排列的偶极子产生垂直极化波；而如果两个偶极子对称地

3、成直角放在一起,馈送的电流幅度相同，相位相差90°,则产生圆极化波。通过麦克斯韦方程组可知交变的电磁场之间存在着相互关系。通过一系列计算和推导可得出在球坐标系下，电偶极矩为Pm的辐射场中，磁感应强度大小为：式中k为相移常数，μ0为真空磁导率，为以原点为中心向外扩散的球面波，r为辐射距离。电场强度为r轴和轴的矢量相加，即：其中2近区场与远区场满足kr<<l条件的空间区域，我们叫做电偶极子的近区场。在近区场内由于kr<<l，故对于1/(kr)3的项而言，1/(kr)2和1/(kr)的项可以忽略，且e-jwr≈l。当ω趋于

4、0时可以看出，近区磁场与静态磁场在形式上完全一样，因此在近场区内由于电磁波的奋限传播速度所引起的相位滞后效应可以忽略。满足kr>>；l条件的空间区域叫做电偶极子的远区场。在远区场内由于kr>>l，故(kr)-l>>(kr)-2>>(kr)-3,对于1/(kr)的项而言，1/(kr)2和1/(kr)3的项可以忽略，所以电场强度和磁场强度的表达式变成：由于，所以在远场区内，电场和磁场满足如下关系：(其中c为真空中光速)在远场区内，占主要成分的场与近场区完全不同，苏电场强度和磁场强度冋相，并且辐射场占主要成分。在其他条件相同的情况下，频率

5、越高，辐射能力就越强，远区场中主要部分所携带的电磁功率将全部辐射出去。3天线的辐射功率与辐射电阻通过交变电偶极子的电磁场，可以计算它所辐射的电磁功率。以交变电偶极子为中心，以r为半径做一个封闭球面，则传出面的电磁功率即为：其中为复数坡印廷矢量。因为辐射场的电磁功率是可以辐射的，所以交变电偶极子的辐射功率可以由远场区公式计算得出：(W)对于只有空间中的交变电偶极子，波阻抗为(Ω)，所以辐射功率为：(W)从公式中可以看出，交变电偶极子辐射的总功率与成正比，一般叫做交变电偶极子的电尺对于交变电偶极子来说，电尺T总是很小的，所以它的辐射能力会受到很大的限制。如何在电偶极矩

6、与工作波长之间找到一个平衡的关系，是天线工程中比较重要的工作之一。衡量一个辐射天线的辐射能力还有一个比较重要的指标，就是辐射电阻。这里借用了电路理论中的“电阻”，一词来反应辐射器的辐射情况，即将辐射器辐射的功率等效为被一个电阻吸收的功率，并将这个等效的电阻值定义为辐射器的辐射电阻。当发射机馈到天线上的电流稳定时，天线的辐射电阻越大，辐射能力就越强。借用了电路理论中公式的形式，辐射功率为：(w)这里就是辐射电阻。在自由空间中交变电偶极子的辐射电阻为：由于交变电偶极子的电尺寸很小，因此其辐射电阻也不大，这说明它的辐射能力不强。例如在自由空间中，当=0.1时，对于交变电偶极子来说，己

7、经是非常大的电尺1*了，但辐射电阻仅有7.89欧姆。4天线的输入阻抗与天线匹配天线的输入阻抗是天线输入端所呈现的阻抗，即天线馈电端输入电压与电流的比值，天线的输入阻抗会受到其他天线和邻近物体的影响。输入阻抗由实部和虚部组成：，其中输入电阻表示功率的损耗，功率可以由两种方式损耗，即以电磁波的形式辐射出去和天线的热损耗。输入阻抗表示功率在天线近场中的存储情况。天线与馈线的连接，最佳情形是天线的输入阻抗是纯电阻并II等于馈线的特性阻抗。这时馈线端U没有功率反射，馈线上不存在驻波，天线的输入阻抗随