什么是基本辐射单元?

什么是基本辐射单元?

[拼音]：jiben fushe danyuan

[外文]：basic radiating element

构成天线基本结构的单元，它能有效地辐射或接收无线电波。基本辐射单元可分为赫兹电振子、赫兹磁振子和惠更斯元辐射器。

赫兹电振子

有确定方向的无限小的时谐线电流元。由电流与电荷建立的连续性方程，要求电流元相对的两端具有大小相等、极性相反的电荷，且随时间作简谐变化。当电流元的长度趋近于零时，其电流趋近于无限大，而电流与长度的乘积仍为有限值。赫兹电振子的辐射图形为8字形，其远区辐射场的表示式为

(1)

(2)

(3)

式中


是TEM。波的波阻抗；λ为波长；β为相位常数；I为基本振子上流过的线电流幅度；l为振子长度；r为离开振子的距离；取球坐标系r，θ，ψ（图1）。

赫兹磁振子

有确定方向的无限小的时谐线磁流元，是假想的基本辐射单元。由磁流和磁荷建立的连续性方程，要求磁流元两端的磁荷大小相等，极性相反，而且随时间作简谐变化。当磁流元的长度趋近于零时，磁流应趋近于无限大，而磁流与长度的乘积仍为有限值。其远区辐射场的表示式为

(4)

(5)

(6)

式中Im为线磁流元幅度。式(4)、(5)说明，赫兹磁振子的场结构与赫兹电振子的场结构完全相同，只是E 和H互换了位置。

惠更斯元辐射器

实际上是电磁波传播波前上的无限小的辐射单元。这一单元上的磁场可以用等效电流代替，而电场可以用等效磁流代替，其计算的辐射图形为心脏形。把惠更斯元放在直角坐标系和球坐标系中(图2），其远区辐射场的表示式为

(7)

(8)

(9)

式中η0＝E0/H0；惠更斯元上的电流I＝H0l1，磁流Im＝-E0l2;E0和H0分别由式(4)和式(2)计算；S＝l1l2，为惠更斯元的面积；


是r方向的单位矢量。

惠更斯元辐射器可直观地看作是两个基本振子的辐射之和，其方向性与电基本振子或磁基本振子的方向性是不相同的。

典型辐射器

由基本辐射单元构成，主要有线振子天线、缝隙天线和喇叭天线等形式。

（1）线振子天线：有限长的线振子可看作是由许多个赫兹电振子串接而成。沿振子的全长对式(1)作积分，就可求得远区辐射场。最常用的有半波振子等。

（2）缝隙天线：在一个无限大、无限薄的理想导电平面上开一个无限小的缝隙，并用接在缝隙边缘的电压激励，就构成了缝隙基本单元(图3)。它与赫兹磁振子等效，是实现赫兹磁振子的可行方案。许多个缝隙基本单元联接在一起就可构成缝隙天线。缝隙可以开在波导壁上，也可开在平板上或圆筒上。

（3）喇叭天线：由波导末端扩展而成，可以将其口面场分布看成无数的惠更斯元辐射器的总和，沿其口径面对惠更斯元辐射器作积分就可求得它的远区场。