电磁场与天线运行有何关系?

来自小型偶极子天线的磁场

在讨论如何测量天线之前,我们需要知道测量什么。因此,我们首先需要了解一下天线是如何工作的。如前所述,天线用于发射和接收电磁能量。为了了解这种能量是如何在空间传播的,我们可以研究一个以单一频率辐射的无限小偶极子天线的情况。如果我们用电荷激发这个元件,它所产生的加速度将产生一个电磁场,这个电磁场将在空间中传播,远离源头,如上面的动画所示。这里需要注意的是,电磁场的变化是距离和时间的函数!

  • 这是一种物理现象:

加速电荷辐射、

加速电荷会产生变化的电场和磁场。变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场。感应电场和磁场之间的相互作用会产生传播电磁波。

  • 想象一下,电子围绕空间中的某一点做简谐运动:

相当于一个小型偶极子天线

即位于原点的赫兹偶极子。

垂直方向 - 沿 Z 轴。

  • 动画展示了从辐射器辐射出去的场。

注意:场随距离变化!

示例 - 来自小型偶极子天线的场

电磁场辐射

在远离天线时从球面波变为平面波

电磁场由相互正交的电场和磁场组成。当这些磁场分量远离其原点(如天线)时,它们会从球面波(菲涅尔区)扩散并穿越到平面波(弗劳恩霍夫区),就像水滴涟漪一样。

辐射天线附近的场

天线的辐射场可分为三个区域:反应近场、辐射近场(菲涅尔)和远场(弗劳恩霍夫)。

反应近场距离辐射天线表面非常近,通常在一两个波长的距离内。在这一区域内,由于表面电流产生的蒸发波,场变化非常快,而且不会传播。在几个波长的距离内,我们进入辐射近场区域。这里的电磁场表现良好,但仍是球形波,天线波束尚未完全形成。近场区域延伸至2D2/λ 的距离,此时我们可以说场现在类似于平面波。这个区域被称为远场(弗劳恩霍夫)区域,是天线波束形成的地方。

远场有多远?

在实践中,天线在三维空间中产生远场,当观测点距离源足够远时,远场近似于球面波前沿。在距离声源天线较远时,AUT 孔径处的相位面曲率较小,近似于均匀平面波。如果与声源的距离等于或大于声源远场区域的内边界Rmin> 2D2MAX/λ,则实际入射场与其远场近似值之间的最大相位差不超过 22.5 度(即 π/8 rad.)。

天线远场特性必须在源天线和 AUT 之间足够大的距离内测量。这个距离必须大于发射天线接收天线远场区域内界的较大值,即两根天线必须在彼此的远场区域内。

上述要求导致天线测量中的一个主要困难--源天线和 AUT 之间需要较大的分离距离。随着 AUT 尺寸和频率的增加,所需的远场测量场地占地面积也在增加。

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