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EE141 电子信息科学概论MTI2011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论11任爱锋任爱锋电子工程学院电子工程学院E-mail:Office:新科技楼A901Phone:88202830-607Mobile:133849195991任爱锋1EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论2 电子信息科学概论MTI2Unit 3 电磁场电磁场,天线和微波天线和微波EM Fields,Antenna and MicrowavesUnit3-1电磁场电磁场ElectromagneticField2Unit3电磁场,天线和微波EMFields,2EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论3 电子信息科学概论MTI3New Words3NewWords3EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论4 电子信息科学概论MTI4TheelectromagneticfieldisaphysicalfieldproducedbyelectricallyTheelectromagneticfieldisaphysicalfieldproducedbyelectricallychargedobjects.Itaffectsthebehaviorofchargedobjectsinthevicinitychargedobjects.Itaffectsthebehaviorofchargedobjectsinthevicinityofthefield.ofthefield.TheelectromagneticfieldTheelectromagneticfieldextendsextendsindefinitelythroughoutindefinitelythroughoutspaceandspaceanddescribesdescribestheelectromagneticinteraction.theelectromagneticinteraction.ItisoneofthefourItisoneofthefourfundamentalforcesinthenature(theothersaregravitation,theweakfundamentalforcesinthenature(theothersaregravitation,theweakinteraction,andthestronginteraction)interaction,andthestronginteraction)电磁场是由带电物体产生的物理场。它会影响场附近的带电电磁场是由带电物体产生的物理场。它会影响场附近的带电电磁场是由带电物体产生的物理场。它会影响场附近的带电电磁场是由带电物体产生的物理场。它会影响场附近的带电物体的行为。电磁场在空间无限延伸，描述电磁相互作用。物体的行为。电磁场在空间无限延伸，描述电磁相互作用。物体的行为。电磁场在空间无限延伸，描述电磁相互作用。物体的行为。电磁场在空间无限延伸，描述电磁相互作用。它是自然界中四个基本作用力之一（其余为万有引力，弱相它是自然界中四个基本作用力之一（其余为万有引力，弱相它是自然界中四个基本作用力之一（其余为万有引力，弱相它是自然界中四个基本作用力之一（其余为万有引力，弱相互作用，强相互作用）。互作用，强相互作用）。互作用，强相互作用）。互作用，强相互作用）。Unit3-1电磁场4Theelectromagneticfieldis4EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论5 电子信息科学概论MTI5ThefieldcanbeviewedasthecombinationofanelectricfieldandaThefieldcanbeviewedasthecombinationofanelectricfieldandamagneticfield.Theelectricfieldisproducedbystationarycharges,andmagneticfield.Theelectricfieldisproducedbystationarycharges,andthemagneticfieldbymovingcharges(currents);thesetwoareoftenthemagneticfieldbymovingcharges(currents);thesetwoareoftendescribedasthesourcesofthefield.describedasthesourcesofthefield.ThewayinwhichchargesandThewayinwhichchargesandcurrentsinteractwiththeelectromagneticfieldisdescribedbyMaxwellscurrentsinteractwiththeelectromagneticfieldisdescribedbyMaxwellsequationsandtheLorentzforcelaw.equationsandtheLorentzforcelaw.电磁场可以看成是电场和磁场的结合。电场是由静止电荷产电磁场可以看成是电场和磁场的结合。电场是由静止电荷产电磁场可以看成是电场和磁场的结合。电场是由静止电荷产电磁场可以看成是电场和磁场的结合。电场是由静止电荷产生的，磁场由运动电荷（电流）产生；这两种（电荷）通常生的，磁场由运动电荷（电流）产生；这两种（电荷）通常生的，磁场由运动电荷（电流）产生；这两种（电荷）通常生的，磁场由运动电荷（电流）产生；这两种（电荷）通常被描述为电磁场的源。电荷和电流与电磁场相互作用的方式被描述为电磁场的源。电荷和电流与电磁场相互作用的方式被描述为电磁场的源。电荷和电流与电磁场相互作用的方式被描述为电磁场的源。电荷和电流与电磁场相互作用的方式由麦克斯韦方程组和洛伦兹力定律所描述。由麦克斯韦方程组和洛伦兹力定律所描述。由麦克斯韦方程组和洛伦兹力定律所描述。由麦克斯韦方程组和洛伦兹力定律所描述。Unit3-1电磁场5Thefieldcanbeviewedasth5EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论6 电子信息科学概论MTI6Fromaclassicalpointofview,theelectromagneticfieldcanberegardedFromaclassicalpointofview,theelectromagneticfieldcanberegardedasasmooth,continuousfield,propagatedinawavelikemanner,asasmooth,continuousfield,propagatedinawavelikemanner,whereasfromaquantummechanicalpointofview,thefieldcanbewhereasfromaquantummechanicalpointofview,thefieldcanbeviewedasbeingcomposedofphotons.viewedasbeingcomposedofphotons.从经典的角度，电磁场可认为是平滑、连续的场，以波动方从经典的角度，电磁场可认为是平滑、连续的场，以波动方从经典的角度，电磁场可认为是平滑、连续的场，以波动方从经典的角度，电磁场可认为是平滑、连续的场，以波动方式传播；而从量子力学的角度，场可看作是由光子组成的。式传播；而从量子力学的角度，场可看作是由光子组成的。式传播；而从量子力学的角度，场可看作是由光子组成的。式传播；而从量子力学的角度，场可看作是由光子组成的。Unit3-1电磁场6Fromaclassicalpointofvie6EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论7 电子信息科学概论MTI7Theelectromagneticfieldmaybeviewedintwodistinctways.Theelectromagneticfieldmaybeviewedintwodistinctways.Continuousstructure:Classically,electricandmagneticfieldsareContinuousstructure:Classically,electricandmagneticfieldsarethoughtofasbeingproducedbysmoothmotionsofchargedobjects.thoughtofasbeingproducedbysmoothmotionsofchargedobjects.ForForexample,oscillatingchargesproduceelectricandmagneticfieldsthatexample,oscillatingchargesproduceelectricandmagneticfieldsthatmaybeviewedina“smooth”,continuous,wavelikemanner.maybeviewedina“smooth”,continuous,wavelikemanner.电磁场可用两种截然不同的观点来看。电磁场可用两种截然不同的观点来看。电磁场可用两种截然不同的观点来看。电磁场可用两种截然不同的观点来看。连续结构：经典地，电场和磁场被认为是由带电物体的平滑连续结构：经典地，电场和磁场被认为是由带电物体的平滑连续结构：经典地，电场和磁场被认为是由带电物体的平滑连续结构：经典地，电场和磁场被认为是由带电物体的平滑运动产生的。例如，振荡电荷产生电场和磁场，可看成光滑运动产生的。例如，振荡电荷产生电场和磁场，可看成光滑运动产生的。例如，振荡电荷产生电场和磁场，可看成光滑运动产生的。例如，振荡电荷产生电场和磁场，可看成光滑的、连续的波动方式。的、连续的波动方式。的、连续的波动方式。的、连续的波动方式。Unit3-1电磁场电磁场的结构电磁场的结构7Theelectromagneticfieldmay7EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论8 电子信息科学概论MTI8Inthiscase,energyisviewedasbeingtransferredcontinuouslythroughInthiscase,energyisviewedasbeingtransferredcontinuouslythroughtheelectromagneticfieldbetweenanytwolocations.Forinstance,thetheelectromagneticfieldbetweenanytwolocations.Forinstance,themetalatomsinaradiotransmitterappeartotransferenergymetalatomsinaradiotransmitterappeartotransferenergycontinuously.Thisviewisusefultoacertainextent(radiationoflowcontinuously.Thisviewisusefultoacertainextent(radiationoflowfrequency),butproblemsarefoundathighfrequencies(seeultravioletfrequency),butproblemsarefoundathighfrequencies(seeultravioletcatastrophe).Thisproblemleadstoanotherview.catastrophe).Thisproblemleadstoanotherview.这时，能量可以看成是在任意两个位置之间通过电磁场连续这时，能量可以看成是在任意两个位置之间通过电磁场连续这时，能量可以看成是在任意两个位置之间通过电磁场连续这时，能量可以看成是在任意两个位置之间通过电磁场连续地传递。例如，在无线电发射机中的金属原子（看来是）连地传递。例如，在无线电发射机中的金属原子（看来是）连地传递。例如，在无线电发射机中的金属原子（看来是）连地传递。例如，在无线电发射机中的金属原子（看来是）连续地传递能量。这个观点在一定程度上（低频辐射）是有用续地传递能量。这个观点在一定程度上（低频辐射）是有用续地传递能量。这个观点在一定程度上（低频辐射）是有用续地传递能量。这个观点在一定程度上（低频辐射）是有用的，但是高频时就有问题（如紫外灾难）。由此产生了另一的，但是高频时就有问题（如紫外灾难）。由此产生了另一的，但是高频时就有问题（如紫外灾难）。由此产生了另一的，但是高频时就有问题（如紫外灾难）。由此产生了另一种观点。种观点。种观点。种观点。Unit3-1电磁场电磁场的结构电磁场的结构The ultraviolet catastrophe,also called the Rayleigh-Jeans catastrophe,was a prediction of early 20th century classical physics that an ideal black body at thermal equilibrium will emit radiation with infinite power.8Inthiscase,energyisviewe8EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论9 电子信息科学概论MTI9Discretestructure:TheelectromagneticfieldmaybethoughtofinaDiscretestructure:Theelectromagneticfieldmaybethoughtofinamore“coarse”way.Experimentsrevealthatelectromagneticenergymore“coarse”way.Experimentsrevealthatelectromagneticenergytransferisbetterdescribedasbeingcarriedawayinphotonswithafixedtransferisbetterdescribedasbeingcarriedawayinphotonswithafixedfrequency.frequency.PlancksrelationlinkstheenergyPlancksrelationlinkstheenergyE Eofaphotontoitsofaphotontoitsfrequencyfrequencyn n throughtheequation:throughtheequation:E E=h h n n离散结构：电磁场可以一种比较离散结构：电磁场可以一种比较离散结构：电磁场可以一种比较离散结构：电磁场可以一种比较“粗略粗略粗略粗略”的方式来考虑。实的方式来考虑。实的方式来考虑。实的方式来考虑。实验表明：电磁场的能量传递可以更好地描述为用固定频率的验表明：电磁场的能量传递可以更好地描述为用固定频率的验表明：电磁场的能量传递可以更好地描述为用固定频率的验表明：电磁场的能量传递可以更好地描述为用固定频率的光子来传递。普朗克的关系式将光子的能量光子来传递。普朗克的关系式将光子的能量光子来传递。普朗克的关系式将光子的能量光子来传递。普朗克的关系式将光子的能量E E及其频率及其频率及其频率及其频率v v 通过通过通过通过下式联系起来：下式联系起来：下式联系起来：下式联系起来：E E=h h n nUnit3-1电磁场电磁场的结构电磁场的结构9Discretestructure:Theelect9EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论10 电子信息科学概论MTI10wherewhereh hisPlancksconstant,namedinhonorofMaxPlanck,andisPlancksconstant,namedinhonorofMaxPlanck,andn nisisthefrequencyofthephoton.thefrequencyofthephoton.Forexample,inthephotoelectriceffectForexample,inthephotoelectriceffecttheemissionofelectronsfrommetallicsurfacesbyelectromagnetictheemissionofelectronsfrommetallicsurfacesbyelectromagneticradiationitisfoundthatincreasingtheintensityoftheincidentradiationitisfoundthatincreasingtheintensityoftheincidentradiationhasnoeffect,andthatonlythefrequencyoftheradiationisradiationhasnoeffect,andthatonlythefrequencyoftheradiationisrelevantinejectingelectrons.relevantinejectingelectrons.1 1其中其中其中其中h h是为纪念马克斯普朗克而命名的普朗克常量。是为纪念马克斯普朗克而命名的普朗克常量。是为纪念马克斯普朗克而命名的普朗克常量。是为纪念马克斯普朗克而命名的普朗克常量。v v是光子是光子是光子是光子的频率。例如在光电效应中，即因电磁辐射而从金属表面发的频率。例如在光电效应中，即因电磁辐射而从金属表面发的频率。例如在光电效应中，即因电磁辐射而从金属表面发的频率。例如在光电效应中，即因电磁辐射而从金属表面发射电子的现象，我们发现增加入射辐射的强度并无影响，只射电子的现象，我们发现增加入射辐射的强度并无影响，只射电子的现象，我们发现增加入射辐射的强度并无影响，只射电子的现象，我们发现增加入射辐射的强度并无影响，只有辐射频率与发射的电子有关。有辐射频率与发射的电子有关。有辐射频率与发射的电子有关。有辐射频率与发射的电子有关。Unit3-1电磁场电磁场的结构电磁场的结构10wherehisPlancksconstant10EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论11 电子信息科学概论MTI11ThisquantumpictureoftheelectromagneticfieldhasprovedveryThisquantumpictureoftheelectromagneticfieldhasprovedverysuccessful,givingrisetoquantumelectrodynamics,aquantumfieldsuccessful,givingrisetoquantumelectrodynamics,aquantumfieldtheorydescribingtheinteractionofelectromagneticradiationwiththeorydescribingtheinteractionofelectromagneticradiationwithchargedmatter.chargedmatter.已经证明电磁场的量子描述是非常成功的，引出了量子电动已经证明电磁场的量子描述是非常成功的，引出了量子电动已经证明电磁场的量子描述是非常成功的，引出了量子电动已经证明电磁场的量子描述是非常成功的，引出了量子电动力学。量子电动力学是一种描述电磁辐射与带电物体之间相力学。量子电动力学是一种描述电磁辐射与带电物体之间相力学。量子电动力学是一种描述电磁辐射与带电物体之间相力学。量子电动力学是一种描述电磁辐射与带电物体之间相互作用的量子场理论。互作用的量子场理论。互作用的量子场理论。互作用的量子场理论。Unit3-1电磁场电磁场的结构电磁场的结构11Thisquantumpictureofthe11EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论12 电子信息科学概论MTI12Inthepast,electricallychargedobjectswerethoughttoproducetwoInthepast,electricallychargedobjectswerethoughttoproducetwotypesoffieldassociatedwiththeirchargeproperty.typesoffieldassociatedwiththeirchargeproperty.AnelectricfieldisAnelectricfieldisproducedwhenthechargeisstationarywithrespecttoanobserverproducedwhenthechargeisstationarywithrespecttoanobservermeasuringthepropertiesofthechargeandamagneticfield(aswellasmeasuringthepropertiesofthechargeandamagneticfield(aswellasanelectricfield)isproducedwhenthechargemoves(creatingananelectricfield)isproducedwhenthechargemoves(creatinganelectriccurrent)withrespecttothisobserver.electriccurrent)withrespecttothisobserver.过去，认为带电物体会产生与它们电荷性质有关的两种场。过去，认为带电物体会产生与它们电荷性质有关的两种场。过去，认为带电物体会产生与它们电荷性质有关的两种场。过去，认为带电物体会产生与它们电荷性质有关的两种场。相对于测量电荷性质的观察者，电荷静止时产生电场，电荷相对于测量电荷性质的观察者，电荷静止时产生电场，电荷相对于测量电荷性质的观察者，电荷静止时产生电场，电荷相对于测量电荷性质的观察者，电荷静止时产生电场，电荷运动（产生电流）时产生磁场（和电场）。运动（产生电流）时产生磁场（和电场）。运动（产生电流）时产生磁场（和电场）。运动（产生电流）时产生磁场（和电场）。Unit3-1电磁场电磁场的动力学电磁场的动力学(Dynamicsoftheelectromagneticfield)12Inthepast,electricallych12EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论13 电子信息科学概论MTI13Overtime,itwasrealizedthattheelectricandmagneticfieldsarebetterOvertime,itwasrealizedthattheelectricandmagneticfieldsarebetterthoughtofastwopartsofagreaterwholetheelectromagneticfield.thoughtofastwopartsofagreaterwholetheelectromagneticfield.22随着时间的推移，人们认识到电场和磁场是电磁场这一整体随着时间的推移，人们认识到电场和磁场是电磁场这一整体随着时间的推移，人们认识到电场和磁场是电磁场这一整体随着时间的推移，人们认识到电场和磁场是电磁场这一整体的两个部分。的两个部分。的两个部分。的两个部分。Unit3-1电磁场电磁场的动力学电磁场的动力学(Dynamicsoftheelectromagneticfield)13Overtime,itwasrealizedt13EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论14 电子信息科学概论MTI14OncethiselectromagneticfieldhasbeenproducedfromagivenchargeOncethiselectromagneticfieldhasbeenproducedfromagivenchargedistribution,distribution,otherchargedobjectsinthisfieldwillexperienceaforceotherchargedobjectsinthisfieldwillexperienceaforce(in(inasimilarwaythatplanetsexperienceaforceinthegravitationalfieldofasimilarwaythatplanetsexperienceaforceinthegravitationalfieldoftheSun).theSun).IftheseotherchargesandcurrentsarecomparableinsizetoIftheseotherchargesandcurrentsarecomparableinsizetothesourcesproducingtheaboveelectromagneticfield,thenanewnetthesourcesproducingtheaboveelectromagneticfield,thenanewnetelectromagneticfieldwillbeproduced.electromagneticfieldwillbeproduced.3 3 一旦给定的电荷分布产生了电磁场，那么在电磁场中的其它一旦给定的电荷分布产生了电磁场，那么在电磁场中的其它一旦给定的电荷分布产生了电磁场，那么在电磁场中的其它一旦给定的电荷分布产生了电磁场，那么在电磁场中的其它带电物体就会受到一个力的作用（就像行星受到太阳重力场带电物体就会受到一个力的作用（就像行星受到太阳重力场带电物体就会受到一个力的作用（就像行星受到太阳重力场带电物体就会受到一个力的作用（就像行星受到太阳重力场的力一样）。如果这些电荷和电流的大小与产生上述电磁场的力一样）。如果这些电荷和电流的大小与产生上述电磁场的力一样）。如果这些电荷和电流的大小与产生上述电磁场的力一样）。如果这些电荷和电流的大小与产生上述电磁场的源是可比的，那么将产生一个新的净电磁场。的源是可比的，那么将产生一个新的净电磁场。的源是可比的，那么将产生一个新的净电磁场。的源是可比的，那么将产生一个新的净电磁场。Unit3-1电磁场电磁场的动力学电磁场的动力学(Dynamicsoftheelectromagneticfield)14Oncethiselectromagneticfi14EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论15 电子信息科学概论MTI15Thus,Thus,theelectromagneticfieldmaybeviewedasadynamicentitythattheelectromagneticfieldmaybeviewedasadynamicentitythatcausesotherchargesandcurrentstomove,andwhichisalsoaffectedcausesotherchargesandcurrentstomove,andwhichisalsoaffectedbythem.bythem.TheseinteractionsaredescribedbyMaxwellsequationsandTheseinteractionsaredescribedbyMaxwellsequationsandtheLorentzforcelaw.theLorentzforcelaw.这样，电磁场可以认为是一个动力学实体，它促使其它电荷这样，电磁场可以认为是一个动力学实体，它促使其它电荷这样，电磁场可以认为是一个动力学实体，它促使其它电荷这样，电磁场可以认为是一个动力学实体，它促使其它电荷和电流运动，同时又受它们影响。这些相互作用可由麦克斯和电流运动，同时又受它们影响。这些相互作用可由麦克斯和电流运动，同时又受它们影响。这些相互作用可由麦克斯和电流运动，同时又受它们影响。这些相互作用可由麦克斯韦方程和洛伦兹力定律来描述。韦方程和洛伦兹力定律来描述。韦方程和洛伦兹力定律来描述。韦方程和洛伦兹力定律来描述。Unit3-1电磁场电磁场的动力学电磁场的动力学(Dynamicsoftheelectromagneticfield)15Thus,theelectromagneticfi15EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论16 电子信息科学概论MTI16Unit 3 电磁场电磁场,天线和微波天线和微波EM Fields,Antenna and MicrowavesUnit3-2微带天线微带天线MicrostripAntenna16Unit3电磁场,天线和微波EMFields,16EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论17 电子信息科学概论MTI17New Words17NewWords17EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论18 电子信息科学概论MTI18New Words18NewWords18EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论19 电子信息科学概论MTI19Intelecommunication,thereareseveraltypesofmicrostripantennasIntelecommunication,thereareseveraltypesofmicrostripantennas(alsoknownasprintedantennas)themostcommonofwhichisthe(alsoknownasprintedantennas)themostcommonofwhichisthemicrostrippatchantennaorpatchantenna.microstrippatchantennaorpatchantenna.ApatchantennaisaApatchantennaisanarrowband,wide-beamantennafabricatedbyetchingtheantennanarrowband,wide-beamantennafabricatedbyetchingtheantennaelementpatterninmetaltracebondedtoaninsulatingdielectricelementpatterninmetaltracebondedtoaninsulatingdielectricsubstratewithacontinuousmetallayerbondedtotheoppositesideofsubstratewithacontinuousmetallayerbondedtotheoppositesideofthesubstratewhichformsagroundplane.thesubstratewhichformsagroundplane.1 1 通信中，有几种微带天线（又叫印刷天线），其中最普通的通信中，有几种微带天线（又叫印刷天线），其中最普通的通信中，有几种微带天线（又叫印刷天线），其中最普通的通信中，有几种微带天线（又叫印刷天线），其中最普通的是微带片状天线是微带片状天线是微带片状天线是微带片状天线 或片状天线。片状天线是一种窄带宽波束的或片状天线。片状天线是一种窄带宽波束的或片状天线。片状天线是一种窄带宽波束的或片状天线。片状天线是一种窄带宽波束的天线，通过将天线单元图样蚀刻到粘贴在绝缘基底上的金属天线，通过将天线单元图样蚀刻到粘贴在绝缘基底上的金属天线，通过将天线单元图样蚀刻到粘贴在绝缘基底上的金属天线，通过将天线单元图样蚀刻到粘贴在绝缘基底上的金属轨迹而制成，基底的另一面则粘贴连续的金属层形成接地平轨迹而制成，基底的另一面则粘贴连续的金属层形成接地平轨迹而制成，基底的另一面则粘贴连续的金属层形成接地平轨迹而制成，基底的另一面则粘贴连续的金属层形成接地平面。面。面。面。Unit3-2微带天线19Intelecommunication,there19EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论20 电子信息科学概论MTI20Commonmicrostripantennaradiatorshapesaresquare,rectangular,Commonmicrostripantennaradiatorshapesaresquare,rectangular,circularandelliptical,butanycontinuousshapeispossible.circularandelliptical,butanycontinuousshapeispossible.SomepatchSomepatchantennaseschewadielectricsubstrateandsuspendametalpatchinairantennaseschewadielectricsubstrateandsuspendametalpatchinairaboveagroundplaneusingdielectricspacers;theresultingstructureisaboveagroundplaneusingdielectricspacers;theresultingstructureislessrobustbutprovidesbetterbandwidth.lessrobustbutprovidesbetterbandwidth.通常微带天线辐射器的形状有正方形的，通常微带天线辐射器的形状有正方形的，通常微带天线辐射器的形状有正方形的，通常微带天线辐射器的形状有正方形的，矩形的，圆形的和椭圆的，而任何连续的矩形的，圆形的和椭圆的，而任何连续的矩形的，圆形的和椭圆的，而任何连续的矩形的，圆形的和椭圆的，而任何连续的形状都是可以。一些片状天线为了避免绝形状都是可以。一些片状天线为了避免绝形状都是可以。一些片状天线为了避免绝形状都是可以。一些片状天线为了避免绝缘基底，在接地平面的上空用绝缘逆电流缘基底，在接地平面的上空用绝缘逆电流缘基底，在接地平面的上空用绝缘逆电流缘基底，在接地平面的上空用绝缘逆电流器悬挂一个金属贴片；这种结构的鲁棒性器悬挂一个金属贴片；这种结构的鲁棒性器悬挂一个金属贴片；这种结构的鲁棒性器悬挂一个金属贴片；这种结构的鲁棒性不是很好，但能提供更好的带宽。不是很好，但能提供更好的带宽。不是很好，但能提供更好的带宽。不是很好，但能提供更好的带宽。Unit3-2微带天线20Commonmicrostripantennara20EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论21 电子信息科学概论MTI21Becausesuchantennashaveaverylowprofile,aremechanicallyBecausesuchantennashaveaverylowprofile,aremechanicallyruggedandcanbeconformable,theyareoftenmountedontheexteriorruggedandcanbeconformable,theyareoftenmountedontheexteriorofaircraftandspacecraft,orareincorporatedintomobileradioofaircraftandspacecraft,municationsdevices.2 2因为这种天线外形低矮，机械强度大，并且形状上适应性强，因为这种天线外形低矮，机械强度大，并且形状上适应性强，因为这种天线外形低矮，机械强度大，并且形状上适应性强，因为这种天线外形低矮，机械强度大，并且形状上适应性强，通常装在飞机或太空飞行器外表，或组合在移动无线电通信通常装在飞机或太空飞行器外表，或组合在移动无线电通信通常装在飞机或太空飞行器外表，或组合在移动无线电通信通常装在飞机或太空飞行器外表，或组合在移动无线电通信设备上。设备上。设备上。设备上。Unit3-2微带天线21Becausesuchantennashavea21EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论22 电子信息科学概论MTI22MicrostripantennasarealsorelativelyinexpensivetomanufactureandMicrostripantennasarealsorelativelyinexpensivetomanufactureanddesigndesignbecauseofthesimple2-dimensionalphysicalgeometrybecauseofthesimple2-dimensionalphysicalgeometry.They.TheyareusuallyemployedatUHFandhigherfrequenciesbecausethesizeareusuallyemployedatUHFandhigherfrequenciesbecausethesizeoftheantennaisdirectlytiedtothewavelengthattheresonantoftheantennaisdirectlytiedtothewavelengthattheresonantfrequency.Asinglepatchantennaprovidesamaximumdirectivegainoffrequency.Asinglepatchantennaprovidesamaximumdirectivegainofaround6-9dBi.around6-9dBi.因为其简单的二维形状，所以微带天线的生产和设计相对来因为其简单的二维形状，所以微带天线的生产和设计相对来因为其简单的二维形状，所以微带天线的生产和设计相对来因为其简单的二维形状，所以微带天线的生产和设计相对来说不算太贵。微带天线通常用于说不算太贵。微带天线通常用于说不算太贵。微带天线通常用于说不算太贵。微带天线通常用于UHFUHF（超高频）和更高的频（超高频）和更高的频（超高频）和更高的频（超高频）和更高的频率，因为天线的尺寸直接受制于谐振频率的波长。一个简单率，因为天线的尺寸直接受制于谐振频率的波长。一个简单率，因为天线的尺寸直接受制于谐振频率的波长。一个简单率，因为天线的尺寸直接受制于谐振频率的波长。一个简单的片状天线可以提供最大为的片状天线可以提供最大为的片状天线可以提供最大为的片状天线可以提供最大为69dBi69dBi的定向增益。的定向增益。的定向增益。的定向增益。Unit3-2微带天线dBi:decibel isotropic,the forward gain of an antenna compared with the isotropic antenna,which uniformly distributes energy in all directions.22Microstripantennasarealso22EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论23 电子信息科学概论MTI23 Itisrelativelyeasytoprintanarrayofpatchesonasingle(large)Itisrelativelyeasytoprintanarrayofpatchesonasingle(large)substrateusinglithographictechniques.substrateusinglithographictechniques.PatcharrayscanprovidemuchPatcharrayscanprovidemuchhighergainsthanasinglepatchatlittleadditionalcost;highergainsthanasinglepatchatlittleadditionalcost;matchingandmatchingandphaseadjustmentcanbeperformedwithprintedmicrostripfeedphaseadjustmentcanbeperformedwithprintedmicrostripfeedstructures,againinthesameoperationsthatformtheradiatingpatches.structures,againinthesameoperationsthatformtheradiatingpatches.通过平板印刷技术我们很容易在单个大绝缘体上印刷贴片阵通过平板印刷技术我们很容易在单个大绝缘体上印刷贴片阵通过平板印刷技术我们很容易在单个大绝缘体上印刷贴片阵通过平板印刷技术我们很容易在单个大绝缘体上印刷贴片阵列。以很少的额外成本，贴片阵列比单个贴片能提供更高的列。以很少的额外成本，贴片阵列比单个贴片能提供更高的列。以很少的额外成本，贴片阵列比单个贴片能提供更高的列。以很少的额外成本，贴片阵列比单个贴片能提供更高的增益，用形成辐射电波的片状微带天线的同样机理，可对印增益，用形成辐射电波的片状微带天线的同样机理，可对印增益，用形成辐射电波的片状微带天线的同样机理，可对印增益，用形成辐射电波的片状微带天线的同样机理，可对印刷微带天线的馈电结构进行匹配和相位调节。刷微带天线的馈电结构进行匹配和相位调节。刷微带天线的馈电结构进行匹配和相位调节。刷微带天线的馈电结构进行匹配和相位调节。Unit3-2微带天线23Itisrelativelyeasytopr23EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论24 电子信息科学概论MTI24Theabilitytocreatehighgainarraysinalow-profileantennaisoneTheabilitytocreatehighgainarraysinalow-profileantennaisonereasonthatpatcharraysarecommononairplanesandinothermilitaryreasonthatpatcharraysarecommononairplanesandinothermilitaryapplicationsapplications.以低矮的天线构成高增益阵列的能力是片状天线广泛用于飞以低矮的天线构成高增益阵列的能力是片状天线广泛用于飞以低矮的天线构成高增益阵列的能力是片状天线广泛用于飞以低矮的天线构成高增益阵列的能力是片状天线广泛用于飞机和其他军事应用的原因之一。机和其他军事应用的原因之一。机和其他军事应用的原因之一。机和其他军事应用的原因之一。Unit3-2微带天线24Theabilitytocreatehighg24EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论25 电子信息科学概论MTI25ThemostcommonlyemployedmicrostripantennaisarectangularThemostcommonlyemployedmicrostripantennaisarectangularpatch.patch.Therectangularpatchantennaisapproximatelyaone-halfTherectangularpatchantennaisapproximatelyaone-halfwavelengthlongsectionofrectangularmicrostriptransmissionline.wavelengthlongsectionofrectangularmicrostriptransmissionline.Whenairistheantennasubstrate,Whenairistheantennasubstrate,thelengthoftherectangularthelengthoftherectangularmicrostripantennaisapproximatelyone-halfofafree-spacewavelengthmicrostripantennaisapproximatelyone-halfofafree-spacewavelength.最普遍应用的微带天线是矩形贴片。矩形贴片天线长近似为最普遍应用的微带天线是矩形贴片。矩形贴片天线长近似为最普遍应用的微带天线是矩形贴片。矩形贴片天线长近似为最普遍应用的微带天线是矩形贴片。矩形贴片天线长近似为矩形微带传输线的一段，其长度等于半波长。当空气作为天矩形微带传输线的一段，其长度等于半波长。当空气作为天矩形微带传输线的一段，其长度等于半波长。当空气作为天矩形微带传输线的一段，其长度等于半波长。当空气作为天线基底时，矩形微带天线的长度大约为自由空间波长的一半。线基底时，矩形微带天线的长度大约为自由空间波长的一半。线基底时，矩形微带天线的长度大约为自由空间波长的一半。线基底时，矩形微带天线的长度大约为自由空间波长的一半。Unit3-2微带天线25Themostcommonlyemployedm25EE1412011AifengRen电子信息科学概论电子信息科学概论26 电子信息科学概论MTI26Sincetheantennaisloadedwithadielectricasitssubstrate,thelengthSincetheantennaisloadedwithadielectricasitssubstrate,thelengthoftheantennadecreasesastherelativedielectricconstantoftheoftheantennadecreasesastherelativedielectricconstantofthesubstrateincreases.substrateincreases.TheresonantlengthoftheantennaisslightlyTheresonantlengthoftheantennaisslightlyshorterbecauseoftheextendedelectric“fringingfields”whichincreaseshorterbecauseoftheextendedelectric“fringingfields”whichincreasetheelectricallengthoftheantennaslightly.theelectricallengthoftheantennaslightly.因为天线是负载绝缘体作为它的基底，所以天线的长度会随因为天线是负载绝缘体作为它的基底，所以天线的长度会随因为天线是负载绝缘体作为它的基底，所以天线的长度会随因为天线是负载绝缘体作为它的基底，所以天线的长度会随着基底的相对介电常数的增加而减小。天线的谐振长度略短着基底的相对介电常数的增加而减小。天线的谐振长度略短着基底的相对介电常数的增加而减小
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