1、P1,6.1 天線互易定理 6.2 接收天線 6.3 電磁兼容測(cè)試常用天線,第六講 高頻場(chǎng)耦合(2),P2,6.1 天線互易定理,如圖，體積V1中有時(shí)變電流源J1,體積V2中有時(shí)變電流源J2. 假設(shè)由J1產(chǎn)生的電磁場(chǎng)為E1和H1，由J2產(chǎn)生的電磁場(chǎng)為E2和H2，且電流J1和J2的變化頻率相同，則有,矢量恒等式,將上式在無(wú)限大空間體積分，并運(yùn)用散度定理將左邊體積分變化為閉合曲面面積分，可得出,P3,6.1 天線互易定理,在無(wú)窮遠(yuǎn)邊界上,Voc2表示天線1上的電流I1在天線2的饋入點(diǎn)上感應(yīng)的開(kāi)路電壓， Voc1表示等于天線2上的電流I2 在天線1的饋入點(diǎn)上感應(yīng)的開(kāi)路電壓。上式表示天線1和2的互阻抗

2、是相等。,基于上述原理，可以證明同一副天線用作接收和發(fā)射時(shí)的方向圖是相同的（在此過(guò)程中假設(shè)另一幅天線的相對(duì)取向和極化保持不變）。,P4,6.2 接收天線,計(jì)算原理：導(dǎo)體上的感應(yīng)電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)（散射場(chǎng)）與入射場(chǎng)（來(lái)波）疊加后的總場(chǎng)滿足天線表面電場(chǎng)切向分量為零的邊界條件。,Thin-wire linear antenna excited by an arbitrary E field.,1、外場(chǎng)作用下導(dǎo)體上感應(yīng)電流的計(jì)算,P5,6.2 電磁波的接收,上頁(yè)P(yáng)PT中電流分布I(z)的求解方法,2）數(shù)值計(jì)算矩量法,F. M. Tesche, et al., EMC Analysis Methods a

3、nd Computational Models, Wiely-Interscience Publication, 1996,1、外場(chǎng)作用下導(dǎo)體上感應(yīng)電流的計(jì)算,1）近似解,I(z)滿足的是如下類型的積分方程,式中，K, g為已知函數(shù)，f為待求函數(shù)，L( )代表一種已知的運(yùn)算。特點(diǎn)：該方程為線性方程。,矩量法計(jì)算的思路是將f表示為一組已知函數(shù)fn(基函數(shù))的線性疊加，再引入權(quán)函數(shù)wm構(gòu)造疊加系數(shù)in滿足的線性方程組，通過(guò)矩陣運(yùn)算得出in。具體選取基函數(shù)和權(quán)函數(shù)需結(jié)合實(shí)際考慮。,P6,6.2 電磁波的接收,2、接收天線的電路模型,接收天線從入射場(chǎng)Ei中獲取能量，一部分交給負(fù)載，一部分散射到空間，滿

4、足能量守恒。如下圖所示，假設(shè)接收天線饋入端口(a, b端子)的電流為I，則負(fù)載功率PL和散射功率Psca分別為,入射場(chǎng)Ei向接收天線轉(zhuǎn)移能量的過(guò)程可以理解為接收天線上的電荷受入射場(chǎng)Ei的推動(dòng)而做功，具體可表示稱Ei對(duì)天線上分布的電流（用電流密度J表示）的做功，其功率為,Ei可以看成常數(shù)，且考慮天線為線天線（沿z軸方向，長(zhǎng)度L），線電流分布為Ii(z).,定義接收天線開(kāi)路電壓為,能量守恒導(dǎo)出：,因此，接收天線的負(fù)載阻抗與輸入阻抗串聯(lián)分壓，電壓為負(fù)載端開(kāi)路時(shí)的電壓。,P7,6.2 電磁波的接收,Example 1 一根長(zhǎng)度為0.2m的對(duì)稱陣子天線，處于場(chǎng)強(qiáng)1V/m，頻率100MHz的均勻平面波中，

5、試著計(jì)算該天線負(fù)載能接收到的最大有功功率？,P8,6.2 電磁波的接收,3、接收天線的有效孔徑（Effactive aperture）,接收天線的有效孔徑Aeff定義為其負(fù)載ZL接收到的有功功率PL與其所處的入射波的平均功率流密度Sav（坡印廷矢量）的比值，有效孔徑的單位為m2(面積)。它反映的是天線能將空間多大面積上入射波的電磁功率“捕獲”到。,顯然，Aeff與天線放置的方向（相對(duì)于入射波）和匹配情況（ZL與輸入阻抗Zin的匹配）有關(guān)。,例題 試推導(dǎo)電偶極子天線在外來(lái)均勻平面電磁波中的最大有效孔徑,解 假設(shè)外來(lái)場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度為Ei，天線方向與成夾角x，則接收天線上的開(kāi)路電壓為,當(dāng)夾角x為零，且Z

6、L與Zin匹配（互為共軛復(fù)數(shù)）時(shí)，PL最大,上式中假設(shè)了Zin的實(shí)部（電阻）只有輻射電阻Rrad，即忽略天線本身的歐姆損耗電阻Rdiss。,P9,6.2 電磁波的接收,Example 2 As an example, let us calculate the coupling between two half-wave resonant dipole antennas. Assume that the dipoles are separated by a distance of 1000 m, are operated at a frequency of 150 MHz, and are or

7、iented parallel to each other for maximum reception. The transmitting dipole is driven by a 100-V (peak), 50-V, source .,P10,6.3 電磁兼容測(cè)試常用天線,為了發(fā)射或接收空間電磁場(chǎng)，需要用到天線。天線的種類繁多，但在無(wú)線電干擾測(cè)量方面，已經(jīng)基本達(dá)成了共識(shí)。根據(jù)測(cè)量頻段的不同，選用的天線已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化。,1. 9150kHz頻段：該頻段的電磁騷擾主要是磁場(chǎng)分量，因此通常采用帶電屏蔽的環(huán)形天線，或采用合適的鐵氧體磁棒天線。對(duì)該類天線的平衡性有一定的要求：當(dāng)天線在均勻場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)

8、，垂直于極化方向的電平應(yīng)當(dāng)至少比平行于極化方向的電平低20dB。 2. 150kHz30MHz頻段：該頻段的電磁騷擾既有電場(chǎng)分量又有磁場(chǎng)分量，測(cè)量磁場(chǎng)分量也是采用帶電屏蔽的環(huán)形天線，對(duì)天線平衡性的要求與1相同。測(cè)量電場(chǎng)分量則采用非平衡的鞭狀天線，鞭狀天線的底部通常安裝有接地金屬板。,P11,6.3 電磁兼容測(cè)試常用天線,3. 30MHz300MHz頻段：對(duì)該頻段電磁騷擾的測(cè)量一般容易滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件，電磁波的電場(chǎng)分量與磁場(chǎng)分量具有固定的波阻抗關(guān)系。該頻段的標(biāo)準(zhǔn)天線是雙錐天線，它是寬帶天線的一種，天線的增益在整個(gè)頻段內(nèi)均較高。此外，平衡偶極子天線也是這一頻段的標(biāo)準(zhǔn)天線，規(guī)定當(dāng)頻率等于或高于80MHz

9、時(shí)，天線的長(zhǎng)度應(yīng)為諧振長(zhǎng)度。頻率低于或等于80MHz時(shí)，天線的長(zhǎng)度應(yīng)為80MHz時(shí)諧振長(zhǎng)度。應(yīng)當(dāng)采用一個(gè)平衡-不平衡變換器，以便使天線與測(cè)量接收機(jī)的饋線相匹配。在該頻段對(duì)天線平衡性的要求與1相同。 4. 300MHz1GHz頻段：該頻段的標(biāo)準(zhǔn)天線是對(duì)數(shù)周期天線，它具有增益高、駐波比低、頻帶寬等特點(diǎn)。性能參數(shù)為：天線增益06dB，駐波比小于1.5，頻帶范圍可達(dá)80MHz1GHz，連續(xù)波功率50W，阻抗50。也可以采用偶極子天線，但是由于該頻段對(duì)應(yīng)的天線尺寸較小，因此通常天線的靈敏度較低。,P12,6.3 電磁兼容測(cè)試常用天線,5. 100MHz10GHz頻段：該頻段電磁騷擾的測(cè)量采用螺旋天線，它既可以測(cè)量線極化波又可以測(cè)量圓極化波。性能參數(shù)為：天線增益約4dB，駐波比1.61.9，頻帶范圍可達(dá)80MHz1GHz