《天线原理与设计》讲稿 王建 199
第八章 口径天线理论基础
在第七章以前我们讨论的是线状天线,其特点是天线呈直线、折线或曲线状,
且天线的尺寸为波长的几分之一或数个波长。所构成的基本理论称之为线天线理
论。既使是第七章的开槽缝隙天线,在
时也是借助了缝隙天线的互补天线—
金属线天线来分析。
在实际工作中,还将遇到金属导体构成的口径天线和反射面天线。有时我们
统称为口面天线。它们包括:喇叭天线、透镜天线、抛物面天线、双反射面的卡
塞格伦天线等。见 P169 图 8-1。它们的尺寸可以是波长的十几到几十倍以上。
口面天线的分析模型如图 8-1 所示:
图 8-1 口面天线的分析模型
S′为天线金属导体面, 为开口面,S S′+ 构成一个封闭面,封闭面内有一源。 S
对这样一个分析模型,要求解空间某点p处的电磁场EP、HP。它们可描述为
由两部分组成:一部分是源的直达波,一部分是由天线导体面上感应电流产生的
散射场。这种分析方法我们称之为面电流法。面电流法对反射面天线有效,它是
分析反射面天线的方法之一。但是,面电流法对喇叭天线、波导口天线一类的口
径天线无效,或者说处理很难。我们可采用口径场法。
口径场法步骤:
1、解内问题,即由场源求得口面上的场分布;
2、解外问题,即由口面上场分布求解远区辐射场。
由此可见,反射面天线也可用口径场法分析。
喇叭天线一类:口径场法;
反射面天线一类:口经场法,面电流法。(近似方法)
有的反射面天线如抛物环面,由于口径场不易确定,还只得用面电流法。
口径场法和面电流法都是近似的方法,它们只能求出口径面前方半空间的辐
射场,口面后方半空间的场无法求得。实际上口面天线的外表面及口径边缘 L
上均有感应电流。这部分电流就是对口面天线后向辐射的主要贡献。但通常的做
法是采用几何绕射理论,求由边缘 L 产生的绕射。
值得说明的是,口面天线的边缘绕射场与前方半空间的场相比是微不足道
的。
如果采用口径场法,那么,现在的问题是:能否用口径天线口面上的场分布
来确定天线辐射场?回答是肯定的,这就须由惠更斯—菲涅尔原理来说明。
《天线原理与设计》讲稿 王建 200
8.1 惠更斯—菲涅尔原理
见 P181 图 8-7。经典波动光学指出,围绕振荡源作一封闭面,封闭面外任
意一点 P 处的场可看作是:把封闭面上每一点都看作是一个新的小振荡源,每个
小振荡源在 P 点处产生的场的总和构成了该系统在 P 点处的场。这就是惠更斯
—菲涅尔原理。
把这个原理应用于天线问题,即是空间某点 P 处的场,是包围天线的一个封
闭面上各点的次级场在 P 点处迭加的结果。
对口面天线,所作封闭面有一部分是金属导体面 S′(见图 8-2)。其外表面上
的场为零,所以,按惠更斯—菲涅尔原理,口面天线的辐射问题,简化为开口面
的辐射。 S
图 8-2 口径天线分析模型示意
求解口面天线的辐射场,须先求得开口面上的场分布,然后按惠更斯—菲涅
尔原理,把开口面分割成许多小面元。根据面元的辐射场,并在整个开口面 上
积分,最后可求得口面天线的辐射场。
S
要按照这个过程求解口面天线的辐射场,还有一个问题必须解决,因为我们
知道,要求解一个辐射系统的辐射场,是根据振荡源(电流源 和磁流源 )
来求解的,而不是直接由场来求场。根据等效原理,就可将口面天线口径面上的
电磁场等效为电、磁流。
J ( )mM J
8.2 等效原理
用图解说明这个问题,见图 8-3。该图说明的是:已知口径面 上的场S sE 和
sH ,如何等效为电磁流 和M ,进而求远区场? J
图 8-3 口径天线等效原理示意图
《天线原理与设计》讲稿 王建 201
由惠更斯—菲涅尔原理我们已经说明了天线口径面上的每一点可看作一个
小振荡源。原来天线在空间某点产生的场等同于其口径面 上分布的所有次级源
在该点产生的场,而天线口径面上的次级源分布等效于原来天线内部的源分布。
S
以口径面 上的次级源分布代替实际源分布以后,封闭面内的场 ,
但封闭面外的场不变,口径面 上的电磁场的切向分量
S 0= =E H
S ˆ sn×H 和 ˆ sn×E 也不变。
在新的分析系统中(见图 b),口径面 的内外侧,电磁场由 0 值跃变为S sH 和 sE ,
即发生了不连续,这种不连续只有在存在相应的面电流 sJ 和面磁流 sM 时才能发
生。因此
了口径面 上的S sJ 和 sM 分别为:
ˆ
ˆ
s s
s s
n
n
= ×⎧⎨ = − ×⎩
J H
M E
(8.1)
假设口面天线的口径场 sE 和 sH 已知,口径面上的等效电流 sJ 和等效磁流
sM 由式(8.1)确定,由此等效电磁流就可借助矢量位求解辐射场。
8.3 矢位法
由电磁场理论可知,电流 sJ 和磁流 sM 产生的矢量位分别为:
j
0
j
0
4
4
R
s
s
R
s
s
e ds
R
e ds
R
β
β
μ
π
ε
π
−
−
⎧ =⎪⎪⎨⎪ =⎪⎩
∫∫
∫∫
A J
F M
(8.2)
若空间某处放置有口径面 ,口径面 上有电磁流分布S S sJ 和 sM ,如图 8-4
所示。在 面上取一小面元 ,它到坐标原点的距离为S ds′ r′,到远区的距离为R,
坐标原点到远区某点的距离为 。 r
波程差: ˆ cosr R r r r ψ′ ′− = ⋅ =K (8.3)
式中,ψ 为 r与 r′的空间夹角。由式(8.2)有:
图 8-4 口径天线分析模型及坐标系
《天线原理与设计》讲稿 王建 202
j j
j ( ) j cos0 0
4 4
r r
R r r
s
s s
e ee ds e
r r
β β
β
s ds
μ μ
π π
− −
′− − β ψ′ ′= =∫∫ ∫∫A J J = j04
re
r
βμ
π
−
N (8.4)
同理:
j j
j cos0
4 4
r r
r
s
s
e e ds
r r
β β
β ψε
π π
− −
′ ′= ∫∫F M 0eε= L
s
(8.5)
式中, (8.6)
j cos j cos
j cos j cos
ˆ ˆ ˆ( )
ˆ ˆ ˆ( )
r r
s x y z
s s
r r
s x y z
s s
e ds x y z e ds
e ds x y z e d
β ψ β ψ
β ψ β ψ
′ ′
′ ′
⎧ ′ ′= = + +⎪⎨ ′ ′= = + +⎪⎩
∫∫ ∫∫
∫∫ ∫∫
N J J J J
L M M M M
由直角坐标矢量到球坐标矢量的转换公式
sin cos sin sin cos
cos cos cos sin sin
sin cos 0
xr
y
z
AA
A A
A A
θ
ϕ
θ ϕ θ ϕ θ
θ ϕ θ ϕ θ
ϕ ϕ
⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢=⎢ ⎥ ⎥− ⎢ ⎥⎢⎢ ⎥ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥−⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎣ ⎦
(8.7)
可得: (8.8)
j cos
j cos
cos cos cos sin sin
sin cos
r
x y z
s
r
x y
s
N J J J e
N J J e ds
β ψ
θ
β ψ
ϕ
θ ϕ θ ϕ θ
ϕ ϕ
′
′
⎧ ′⎡ ⎤= + −⎣ ⎦⎪⎨ ′⎡ ⎤= − +⎪ ⎣ ⎦⎩
∫∫
∫∫
ds
j cos
cos
cos cos cos sin sin
sin cos
r
x y z
s
j r
x y
s
L M M M e
L M M e ds
β ψ
θ
β ψ
ϕ
θ ϕ θ ϕ θ
ϕ ϕ
′
′
⎧ ′⎡ ⎤= + −⎣ ⎦⎪⎨ ′⎡ ⎤= − +⎪ ⎣ ⎦⎩
∫∫
∫∫
ds
(8.9)
由远场公式:
j
j
A
F
ω
ω
≈ −⎧⎨ ≈ −⎩
E A
H F
, 、 分别为电流源和磁流源产生的场 (8.10) AE FH
及 rˆη= ×E H (8.11)
因
ˆ ˆ
ˆ ˆ
E E
H H
θ ϕ
θ ϕ
θ ϕ
θ ϕ
⎧ = +⎪⎨ = +⎪⎩
E
H
⇒ E H
E H
θ ϕ
ϕ θ
η
η
=⎧⎪⎨ = −⎪⎩
(8.12)
式中, 120η π= 为自由空间波阻抗。由式(8.10) 得:
j
j
A
A
E A
E A
θ θ
ϕ ϕ
ω
ω
= −⎧⎨ = −⎩
(8.13)
j
j
F
F
H F
H F
θ θ
ϕ ϕ
ω
ω
= −⎧⎨ = −⎩
(8.14)
由式(8.12)得 和 : AH FE
《天线原理与设计》讲稿 王建 203
1 j
1 j
A A
A A
A
H E
AH E
ϕ
θ ϕ
θ
ϕ θ
ωη η
ωη η
⎧ = − =⎪⎪⎨⎪ = = −⎪⎩
(8.15)
j
j
F F
F F
E H F
E H F
θ ϕ ϕ
ϕ θ θ
η ωη
η ωη
= = −⎧⎪⎨ = − =⎪⎩
(8.16)
由于分析的问题同时存在 sJ 和 sM ,则由式(8.4)、(8.5)、(8.13)~(8.16)得远区总电
场为:
j
j
j
j
j ( ) j ( )
2
j ( ) j ( )
2
1 1j ( ) j ( )
2
1 1j ( ) j ( )
2
0
r
A F
r
A F
r
A F
r
A F
r r
eE E E A F L N
r
eE E E A F L N
r
eH H H F A N L
r
eH H H F A N L
r
E H
β
θ θ θ θ ϕ ϕ θ
β
ϕ ϕ ϕ ϕ θ θ ϕ
β
θ θ θ θ ϕ ϕ θ
β
ϕ ϕ ϕ ϕ θ θ
ω η ηλ
ω η ηλ
ω η λ η
ω η λ
−
−
−
−
⎧ = + = − + = − +⎪⎪⎪ = + = − − = −⎪⎪⎪ = + = − − = −⎨⎪⎪ = + = − + = − +⎪⎪⎪ = =⎪⎩
ϕη
(8.17)
大多数口面天线的口径面是一个平面。例如开口矩形波导、开口圆波导、喇
叭天线、旋转抛物面天线等。我们选择平面口径面为 xy 面,如图 8-5 所示。
图 8-5 矩形口径及坐标系
1、 矩形口径
见图 8-5,设惠更斯面元位于口径面上点(x,y)处,面元处的位置矢量为
ˆ ˆxx yy= +ρ ,则式(8.3)表示的波程差为
ˆcosr rψ′ = ⋅ρ ( cos sin )sinx yϕ ϕ= + θ
y z
(8.18)
式中, r xˆ ˆ ˆ ˆsin cos sin sin cosθ ϕ θ ϕ θ= + +
《天线原理与设计》讲稿 王建 204
且 0,则式(8.8)和(8.9)可写作: z zJ M= =
j ( cos sin )sin
j ( cos sin )sin
cos cos cos sin
sin cos
x y
x y
s
x y
x y
s
N J J e dxdy
N J J e dxdy
β ϕ ϕ θ
θ
β ϕ ϕ θ
ϕ
θ ϕ θ ϕ
ϕ ϕ
+
+
⎧ ⎡ ⎤= +⎣ ⎦⎪⎨ ⎡ ⎤= − +⎪ ⎣ ⎦⎩
∫∫
∫∫ (8.19)
j ( cos sin )sin
j ( cos sin )sin
cos cos cos sin
sin cos
x y
x y
s
x y
x y
s
L M M e
L M M e dxdy
β ϕ ϕ θ
θ
β ϕ ϕ θ
ϕ
θ ϕ θ ϕ
ϕ ϕ
+
+
⎧ ⎡ ⎤= +⎣ ⎦⎪⎨ ⎡ ⎤= − +⎪ ⎣ ⎦⎩
∫∫
∫∫
dxdy
(8.20)
2、 圆口径
如图所示,设圆口径面上的电磁流分布为:
ˆ ˆ
ˆ ˆ
s
s
J J
M M
ρ ϕ
ρ ϕ
ρ ϕ
ρ ϕ
= +⎧⎪⎨ = +⎪⎩
J
M
图 8-6 圆口径及坐标系
由公式 cos sin
sin cos
x
y
JJ
J J
ρ
ϕ
ϕ ϕ
ϕ ϕ
′ ′ ⎡−⎡ ⎤ ⎡= ⎤⎤ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥′ ′⎣ ⎦⎣ ⎦ ⎦
(8.21)
⎣
cos
sin
x
y
ρ ϕ
ρ ϕ
′=⎧⎨ , dxdy′=⎩ d dρ ρ ϕ′= (8.22)
将(8.21)、(8.22)代入(8.19) 、(8.20)得:
j sin cos( )
j sin cos( )
cos cos( ) cos sin( )
sin( ) cos( )
s
s
N J J e d d
N J J e d d
βρ θ ϕ ϕ
θ ρ ϕ
βρ θ ϕ ϕ
ϕ ρ ϕ
θ ϕ ϕ θ ϕ ϕ ρ ρ ϕ
ϕ ϕ ϕ ϕ ρ ρ ϕ
′−
′−
⎧ ′ ′⎡ ⎤= − + −⎣ ⎦⎪⎨ ′ ′ ′⎡ ⎤= − − + −⎪ ⎣ ⎦⎩
∫∫
∫∫
′
(8.23)
j sin cos( )
j sin cos( )
cos cos( ) cos sin( )
sin( ) cos( )
S
S
L M M e
L M M e d d
βρ θ ϕ ϕ
θ ρ ϕ
βρ θ ϕ ϕ
ϕ ρ ϕ
d dθ ϕ ϕ θ ϕ ϕ ρ ρ ϕ
ϕ ϕ ϕ ϕ ρ ρ ϕ
′−
′−
⎧ ′ ′⎡ ⎤= − + −⎣ ⎦⎪⎨ ′ ′ ′⎡ ⎤= − − + −⎪ ⎣ ⎦⎩
∫∫
∫∫
′
(8-24)
《天线原理与设计》讲稿 王建 205
8.4 惠更斯源的辐射
1、矩形口径面元
所谓惠更斯源就是天线口径面上电磁波传播波前的一个面元,设此面元为一
小矩形 ds ,在此小面元上,口径场是均匀的。其口径电磁场分别为: dxdy=
ˆ
ˆ
s sx
s sy
xH
yE
=⎧⎪⎨ =⎪⎩
H
E
,且 sy sxE Hη= − (8.25)
由式(8.1)得面元上的电磁流分别为:
ˆ ˆ ˆ ˆˆ
ˆ ˆ ˆˆ
sy
s s sx sx
s s sy sy
E
n z xH yH y
n z yE xE
η
⎧ = × = × = = −⎪⎨⎪ = − × = − × =⎩
J H
M E
(8.26)
由式(8.19)和(8.20)( )得: 0x yJ M= =
j ( cos sin )sin
j ( cos sin )sin
j ( cos sin )sin
j ( cos sin )sin
1 cos sin
1 cos
cos cos
sin
x y
sy
x y
sy
x y
sy
x y
sy
N E e dx
N E e dxdy
L E e dxdy
N E e dxdy
β ϕ ϕ θ
θ
β ϕ ϕ θ
ϕ
β ϕ ϕ θ
θ
β ϕ ϕ θ
ϕ
θ ϕη
ϕη
θ ϕ
ϕ
+
+
+
+
⎧ = −⎪⎪⎪⎪ = −⎨⎪ =⎪⎪ = −⎪⎩
dy
(8.27)
上式代入式(8.17)得电场dEθ 和 dEϕ
jj
j ( cos sin ) sin
jj
j ( cos sin ) sin
j ( ) j sin (1 cos )
2 2
j ( ) j cos (1 cos )
2 2
rr
sy x y
rr
sy x y
E eedE L N e dxdy
r r
E eedE L N e dxdy
r r
ββ
β ϕ ϕ θ
θ ϕ θ
ββ
β ϕ ϕ θ
ϕ θ ϕ
η ϕ θλ λ
η ϕ θλ λ
−−
+
−−
+
⎧ = − + = +⎪⎪⎨⎪ = − = +⎪⎩
(8.28)
若惠更斯矩形面元放在坐标原点,x=y=0,就与书上 P189 结果一样。
空间电场矢量合成为:
ˆ ˆd dE dEθ ϕθ ϕ= +E (8.29)
其模为: 2 2| | | |d dE dEθ ϕ= +E
矩形面元的方向图函数:
( , ) sin (1 cos )
( , ) cos (1 cos )
f
f
θ
ϕ
θ ϕ ϕ θ
θ ϕ ϕ
= +⎧⎪⎨ = +⎪⎩ θ
(8.30)
合成方向图函数: 2 2( , ) 1 cosF f fθ ϕθ ϕ θ= + = +
《天线原理与设计》讲稿 王建 206
E 面(
2
πϕ = )
2 2
( ) ( , ) | ( , ) | 1 cosEf F fπ θ πϕ ϕθ θ ϕ θ ϕ θ= == = = + (8.31a)
H 面( 0ϕ = ) 0 0( ) ( , ) | ( , ) | 1 cosHf F fϕ ϕ ϕθ θ ϕ θ ϕ θ= == = = + (8.31b)
惠更斯面元的方向图如下图 8-7 所示:
图 8-7 矩形口径惠更斯面元
方向图
一般来说,口径面为矩形的天线划分的面元就为矩形,因此,由式(8.28)可得矩
形口径天线的远场公式为:
j
j ( cos sin ) sin
j
j ( cos sin ) sin
j sin (1 cos ) ( , )
2
j cos (1 cos ) ( , )
2
r
x y
sy
s
r
x y
sy
s
eE E x y e dxdy
r
eE E x y e dxdy
r
β
β ϕ ϕ θ
θ
β
β ϕ ϕ θ
ϕ
ϕ θλ
ϕ θλ
−
+
−
+
⎧ = +⎪⎪⎨⎪ = +⎪⎩
∫∫
∫∫
(8.32)
Hθ 和Hϕ 可由式(8.12)导出: ,
EEH H ϕθϕ θη η= = −
2、圆形口径面元 ds d dρ ρ ϕ′=
圆形口径天线,其口径面上的场分布通常是以极坐标表示场分量,如圆波
导中场的表示。作为辐射的圆波导口天线,其口径面上的场也是极坐标表示的
ˆ ˆ
1 1 ˆ ˆˆ ( )
s s s
s s s
E E
z E
ρ ϕ
sEϕ ρ
ρ ϕ
ρ ϕη η
= +⎧⎪⎨ = × = − +⎪⎩
E
H E
(8.33)
由式(8.1)得口径面上等效的电磁流分布为
1ˆ ˆˆ ˆˆ ( ) ( ) (
ˆ ˆˆ ˆ ˆˆ ( )
s s
s s s s
s s s s s s
ˆ )
E E
n z E E
n z E E E E
ρ ϕ
ϕ ρ
ρ ϕ ϕ ρ
ρ ϕ ρ ϕη η
ρ ϕ ρ ϕ
⎧ = × = × − + = − + − η
⎪ = − × = − × − + = −⎩
J H
M E
⎪⎨ (8.34)
即:
/
/
s
s
J E
J E
ρ ρ
ϕ ϕ
η
η
= −⎧⎪⎨ = −⎪⎩
s
s
M E
M E
ρ ϕ
ϕ ρ
=⎧⎪⎨ = −⎪⎩
由式(8.23)、(8.24)得面元的表示:
《天线原理与设计》讲稿 王建 207
j sin cos( )
j sin cos( )
j sin cos( )
1 cos( ) sin( ) cos
1 sin( ) cos( )
cos( ) sin( ) cos
sin( ) co
s s
s s
s s
s s
N E E e d
N E E e d d
L E E e d d
L E E
βρ θ ϕ ϕ
θ ρ ϕ
βρ θ ϕ ϕ
ϕ ρ ϕ
βρ θ ϕ ϕ
θ ϕ ρ
ϕ ϕ ρ
dϕ ϕ ϕ ϕ θ ρη
ϕ ϕ ϕ ϕ ρ ρ ϕη
ϕ ϕ ϕ ϕ θ ρ ρ ϕ
ϕ ϕ
′−
′−
′−
ρ ϕ′ ′ ′⎡ ⎤= − − + −⎣ ⎦
′ ′⎡ ⎤= − − −⎣ ⎦
′ ′⎡ ⎤= − − −⎣ ⎦
′= − − + j sin cos( )s( ) e d dβρ θ ϕ ϕϕ ϕ ρ ρ ϕ′−
⎧⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪ ′ ′⎡ ⎤−⎪ ⎣ ⎦⎩
′
′
上式代入(8.17)可得电场dEθ 和 dEϕ
j
j sin cos( )
j
j sin cos( )
j (1 cos ) cos( ) sin( )
2
j (1 cos ) sin( ) cos( )
2
r
s s
r
s s
edE E E e d d
r
edE E E e d d
r
β
βρ θ ϕ ϕ
θ ρ ϕ
β
βρ θ ϕ ϕ
ϕ ρ ϕ
θ ϕ ϕ ϕ ϕ ρ ρ ϕλ
θ ϕ ϕ ϕ ϕ ρ ρ ϕλ
−
′−
−
′−
⎧ ′ ′ ′⎡ ⎤= + − + −⎪ ⎣ ⎦⎪⎨⎪ ′ ′ ′⎡ ⎤= + − − + −⎣ ⎦⎪⎩
(8.35)
由此可得圆口径天线远场公式。
j
j sin cos( )
j
j sin cos( )
j (1 cos ) ( , )cos( ) ( , )sin( )
2
j (1 cos ) ( , )sin( ) ( , )cos( )
2
r
s s
s
r
s s
s
eE E E e
r
e
d d
E E E e
r
β
βρ θ ϕ ϕ
θ ρ ϕ
β
βρ θ ϕ ϕ
ϕ ρ ϕ d d
θ ρ ϕ ϕ ϕ ρ ϕ ϕ ϕ ρ ρ ϕλ
θ ρ ϕ ϕ ϕ ρ ϕ ϕ ϕ ρ ρ ϕλ
−
′−
−
′−
⎧ ′ ′ ′ ′⎡ ⎤= + − + −⎪ ⎣ ⎦⎪⎨⎪ ′ ′ ′ ′⎡ ⎤= + − − + −⎣ ⎦⎪⎩
∫∫
∫∫
′
′
(8.36)
1 rˆη= ×H E
/
/
H E
H E
θ ϕ
ϕ θ
η
η
= −⎧⎪⇒ ⎨ =⎪⎩
至此,我们就由惠更斯面元导出了矩型口径和圆口径天线的辐射场公式(8.32)
和(8.36)。由此两个公式。就可计算平面口径天线的辐射场。
面天线理论中的惠更斯面元方向图函数 θcos1+ ,就如线天线理论中元天线
的 θsin 。
小结:
一、 矩形口径天线的远区辐射电场公式:
j
j sin ( cos sin )
j
j sin ( cos sin )
j sin (1 cos ) ( , )
2
j cos (1 cos ) ( , )
2
r
x y
sy
s
r
x y
sy
s
eE E x y e
r
eE E x y e
r
β
β θ ϕ ϕ
θ
β
β θ ϕ ϕ
ϕ
ϕ θλ
ϕ θλ
−
+
−
+
⎧ = +⎪⎪⎨⎪ = +⎪⎩
∫∫
∫∫
dxdy
dxdy
该式为前面式(8.32)。其适合的条件及分析模型为
○1 已知口径电场分量 ( , )syE x y 的分布;
○2 口径电磁场满足关系 /sx syH E η= − (平面波);
○3 分析的模型及坐标如下图 8-8 所示。
《天线原理与设计》讲稿 王建 208
E 面和 H 面辐射电场
sin
2
sin
0
| (1 cos ) ( , )
2
| (1 cos ) ( , )
2
j r
j y
E sy
s
j r
j x
H sy
s
eE E j E x y e dxdy
r
eE E j E x y e dxdy
r
β
β θ
θ πϕ
β
β θ
ϕ ϕ
θλ
θλ
−
=
−
=
⎧ = = +⎪⎪⎨⎪ = = +⎪⎩
∫∫
∫∫
(8.37)
即为书上 P195 式(9.3)和(9.4)
图 8-8 矩形口径及口径场示意 图 8-9 圆口径及口径场示意
二、 圆形口径天线的远区辐射电场公式
j
j sin cos( )
j
j sin cos( )
j (1 cos ) ( , )cos( ) ( , )sin( )
2
j (1 cos ) ( , )sin( ) ( , )cos( )
2
r
sp s
s
r
sp s
s
eE E E e
r
e
d d
E E E e
r
β
βρ θ ϕ ϕ
θ ϕ
β
βρ θ ϕ ϕ
ϕ ϕ d d
θ ρ ϕ ϕ ϕ ρ ϕ ϕ ϕ ρ ρ ϕλ
θ ρ ϕ ϕ ϕ ρ ϕ ϕ ϕ ρ ρ ϕλ
−
′−
−
′−
⎧ ′ ′ ′ ′⎡ ⎤= + − + −⎪ ⎣ ⎦⎪⎨⎪
′
′ ′ ′ ′⎡ ⎤= + − − + −⎣ ⎦⎪⎩
∫∫
∫∫ ′
该式为前面式(8.36)。适合的条件及分析模型为
○1 已知口径电场分量: ˆ ˆs s sE Eρ ϕρ ϕ= +E ;
○2 口径电磁场满足关系 ˆ /s sz η= ×H E ,即: / , /s s s sH E H Eρ ϕ ϕ ρη η= − =
○3 分析的模型及坐标如图 8-9 所示。
三、 若口径面电磁场满足的关系是
1
sx sH Kη
−= yE
式中,K为系数。见 P219 式(10.4)、(10.6)、(10.7),P236 式(10.73)、(10.74)、(10.75)。
可以导出矩形口径远区辐射电场为:
sin ( cos sin )
sin ( cos sin )
sin (1 cos ) ( , )
2
cos ( cos ) ( , )
2
j r
j x y
sy
s
j r
j x y
sy
s
eE j K E x y e dxdy
r
eE j K E x y e dxdy
r
β
β θ ϕ ϕ
θ
β
β θ ϕ ϕ
ϕ
ϕ θλ
ϕ θλ
−
+
−
+
⎧ = +⎪⎪⎨⎪ = +⎪⎩
∫∫
∫∫
(8.38)