天线是一种能量转换装置,发射天线将导行波转换为空间辐射波,接收天线则把空间辐射波转换为导行波。因此,一副发射天线可以视为辐射电磁波的波源,其周围的场强分布一般都是离开天线距离和角坐标的函数。通常,根据离开天线距离的不同将天线周围的场区划分为感应场区、辐射近场区和辐射远场区,如图5所示。
图5天线的场区
(1电抗近场
感应场区是指很靠近天线的区域。在这个场区里,不辐射电磁波,电场能量和磁场能量交替地贮存于天线附近的空间内。电小尺寸的偶极子天线其感应场区的外边界条件是l/2p。这里,l是工作波长。
(2)辐射近场
在辐射近场区(又称菲涅尔区)里电场的相对角分布(即方向图)与离开天线的距离有关,即在不同距离处的方向图是不同的。这是因为:
*由天线各辐射源所建立的场之相对相位关系是随距离而变的。
*这些场的相对振幅也随距离而改变。在辐射近场区的内边界处(即感应场区的外边界处)天线方向图是一个主瓣和副瓣难分的起伏包络。
*随着离开天线距离的增加直到靠近远场辐射区,天线方向图的主瓣和副瓣才明显形成,但零点电平和副瓣电平均较高。辐射近场区的外边界按通用标准规定为:
r=2D2/λ(m) (1.3.1)
式中,r是观察点到天线的距离;
D是天线孔径的尺寸。
(3)辐射远场
辐射近场区的外边就是辐射远场区(夫朗荷费区)。该区域的特点是:
*场的相对角分布与离开天线的距离无关;
*场的大小与离开天线的距离成反比;
*方向图主瓣、副瓣和零值点已全部形成。
辐射远场区是进行天线测试的重要场区,天线辐射特性所包括各参数的测量均需在该区进行。实际测量中必须遵守公认的式(1.3.1)所示的近、远场的分界距离。
图6电小尺寸天线的场区
图6是电小尺寸L/l<1(L是线天线的最大尺寸)的线天线的场区。由图可见,电小天线只存在电抗近场区和辐射远场区,没有辐射近场区。常把辐射远场与电抗近场相等的距离定义为L/l<1一类天线电抗近场区的外界,越过了这个距离(R=2p/l),辐射远场就占优势。
为了表征辐射远场相对电抗近场的大小,常用它们的相对比值。由电基本振子的场方程可以求得电抗近场与辐射远场之比,若用dB表示则为PE(dB)=20lg(λ/2πR)=-16 20lg(λ/R)
不同距离上的场强比值如表1所示。
表1不同距离上的场强比值
R |
1l |
2l |
3l |
4l |
5l |
6l |
7l |
8l |
9l |
10l |
ρE(dB) |
-16.0 |
-22.0 |
-25.5 |
-28.0 |
-29.9 |
-31.5 |
-32.9 |
-34.0 |
-35.0 |
-36.0 |