電場、磁場與天線的關系（三）

同相分量是傳播延時的結果。來自于天線的波并不是在空間中的所有點同時瞬時形成，而是以光速來傳播。在遠離天線的距離上，這個延時就導致了同相的E場和H場成分產生。這樣，E場和H場具有不同的分量，包含了場的能量儲存（虛部）部分或輻射（實部）部分。虛部部分由天線的電容和電感來決定，并主要存在于近場中。實部部分由稱為輻射電阻的東西來決定，它是由于傳輸延遲產生的，并存在于距離天線很遠的遠場中。接收天線（如那些在EMC測試中所使用的），可以被放置在距離源很近的位置，這時它們的近場效應的影響就大于遠場輻射的影響。在這種情況下，接收和發射天線間就通過電容和互感進行耦合，這樣接收天線就成了發射部分的負載。四、反射的重要性當人看向一面鏡子時，會聯想到電磁輻射的反射效應。為什么波會從金屬表面反射回來呢？這些輻射的反射結果是什么呢？反射的基礎是金屬表面的場邊界條件。

對于E場和H場的場邊界條件如圖6所示。在金屬的內部，當受電場影響時，電荷會自由移動，當有時變磁場存在時會有電流產生。金屬附近的電荷會引起金屬表面電荷的遷移。E場的任何切向分量都會引起電荷的移動，直至 E 的切向分量為零。影響的結果是位于金屬表面之下的等效鏡像或虛電荷，如圖7（c）所示。鏡像不是真實的，而是對實際結果有等價效果的電荷的表征。時變磁場會在理想導體中感應一個電流。電流會抵抗磁場，以使沒有法向分量可以穿透金屬表面。這樣如圖7（c）所示的電流鏡像就使得H的法向分量在金屬表面消失。

圖7 電場反射原理圖

鏡像效應非常重要，因為天線經常在導電表面附近，如地球、汽車或飛機的金屬板，電路板地平面，產品的金屬外殼，EMC測試時的參考接地板等。輻射到空間的場是來源于天線和鏡像的場的總和。如果考察偶極子的E場，是很容易看到這種效應的。

圖8（a）中顯示一個平行于導體的偶極子和它的鏡像。當偶極子垂直于地平面時，具有反向電荷的偶極子鏡像存在于它的下面，如圖8（b）所示。在這兩個例子中，空間中一些點的場是來自于偶極子和它的鏡像場的總和。當場從偶極子輻射到金屬體上時，如圖8（c）所示，反射就可以解釋為從鏡像傳出的波。

圖8 偶極子天線鏡像原理

由此原理，如圖9所示的單極天線也可以等效成偶極子天線，具有一半偶極子天線長度的單極天線由于地平面鏡像的作用，使其具有偶極子天線的等效長度，即偶極子天線的長度為單極天線長度的2倍。

圖9 單極天線和偶極子天線輻射模型

五、天線阻抗與頻率的關系

天線阻抗是頻率的函數。天線上電流和電荷的分布是隨著頻率而變化的。偶極子上的電流一般是一個由頻率確定的關于天線位置的正弦函數。由于信號的波長依賴于頻率，在某個頻率上天線的長度等于一個波長的幾分之幾。偶極子上的電流對于不同的頻率分別為1／2和1倍的波長，如圖10（a）和圖10（b）所示。對于1／2波長的情況（單極天線為1／4波長），激勵源上的電流是最大的，因此在這個頻率天線的輸入阻抗是最小的，等于天線的電阻值（實際電阻＋輻射電阻）。在天線的長度為一個波長的情況，源的電流為零，因此，輸入阻抗為無限大。阻抗與頻率的關系圖如圖10（c）所示。？

圖10 天線阻抗頻率特性