天線的近場區和遠場區

2021-08-16 19:07:50 字數 1930 閱讀 4431

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圍繞著天線的場可以劃分為兩個主要的區域:接近天線的區域稱為近場或者菲斯涅耳(

fresnel

)區,離天線較遠的稱為遠場或弗朗霍法(

fraunhofer

)區。參考下圖,兩區的分界線可取為半徑

r=2l2/

λ(m)

其中,l

是天線的最大尺寸(公尺),

λ是波長(公尺)。

在遠場或

弗朗霍法(

fraunhofer

)區,測量到的場分量處於以天線為中心的徑向的橫截面上,並且所有的功率流(更確切地說是能量流)都是沿徑向向外的。在遠場,場波瓣圖的形狀與到天線的距離無關。在近場或者菲斯涅耳(

fresnel

)區,電場有明顯的縱向(或者徑向)分量,而功率流則不是完全徑向的。在近場,一般來說場波瓣圖的形狀取決於到天線的距離。

如果如下圖所示用想象的球面邊界包裹住天線,則在接近球面極點的區域可以視為反射器。另一方面,以垂直於偶極子方向擴散的波在赤道區域產生了穿透球面的功率洩漏,就好像這個區域是部分透明一樣。

這導致了天線附近的能量往返振盪伴隨赤道區域的向外能量流的情況。外流的功率決定了天線輻射出去的功率,而往返振盪的功率代表了無效功率

——被限制在天線附近,就像乙個諧振器。

對於乙個二分之一波長的偶極子天線,某乙個瞬間能量被儲存在靠近天線末端(或最大電荷區)的電場中;而過了半個週期後,能量被儲存在靠近天線中點(或者最大電流區)的磁場中。

注意:雖然有時使用「功率流」一詞,實際上是「能量」在流動。功率是能量流對時間的變化率。這就像常說的付功率賬單,其實是為電能買單。

通常,天線周圍場,劃分為三個區域:

無功所場區,輻射近場區和輻射遠場區

。射頻訊號載入到天線後,緊鄰天線除了輻射場之外,還有乙個非輻射場。

該場與距離的高次冪成反比

,隨著離開天線的距離增大迅速減小。在這個區域,由於電抗場佔優勢,因而將此區域稱為電抗近場區,它的外界約為乙個波長。超過電抗近場區就到了輻射場區,按照與天線距離的遠近,又把輻射場區分為輻射近場區和輻射遠場區。

無功近場區:

又稱為電抗近場區,是天線輻射場中緊鄰天線口徑的乙個近場區域。在該區域中,電抗性儲能場佔支配地位,該區域的界限通常取為距天線口徑表面

λ/2π

處。從物理概念上講,無功近場區是乙個儲能場,其中的電場與磁場的轉換類似於變壓器中的電場、磁場之間的轉換,是一種

感應場。

輻射近場區:

超過電抗近場區就到了輻射場區,輻射場區的電磁場已經脫離了天線的束縛,並作為電磁波進入空間。按照與天線距離的遠近,又把輻射場區分為輻射近場區和輻射遠場區。在輻射近場區中,輻射場佔優勢,並且輻射場的角度分布與距離天線口徑的距離有關。對於通常的天線,此區域也稱為

菲涅爾區

。輻射遠場區:

通常所說的遠場區,又稱為

夫朗荷費區

。在該區域中,輻射場的角分布與距離無關。嚴格地講,只有離天線無窮遠處才能到達天線的遠場區。

公認為,

輻射近場區與遠場區的分界距離r為:

2d*d/ λ

。見下圖。

其中,圖是的d為天線直徑;為天線波長,d>>λ。

要進一步說明的是:

輻射場中,能量是以電磁波形式向外傳播,無功近場中射頻能量以磁場、電場形式相互轉換,並不向外傳播。

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