天線場型模擬與量測結果

第五章含人工材料之四波束號角天線的設計

5.3 天線場型模擬與量測結果

要了解天線的輻射特性，通常都是從天線結構中的電流分佈作起。由電流分佈求出推遲向量位(Phasor Retarded Potential)，再由推遲向量位求出電場及磁場。

但有時我們卻不知道電流的分佈，亦無法做出大略的估計，在此使用號角天線 (Horn Antenna)的計算方式，來近似分析本論文天線的輻射場型。

假設電磁波在出人工材料後，於平行板金屬末端開口產生均勻的電場，

圖5-5 長方形槽孔示意

但事實上於平行板金屬末端開口產生的電場並非均勻，在此假設非均勻場強如TE10模態分佈，電場在H-plane 非均勻，套用公式(5.3)[21]，並畫出其輻射場型。比較圖5-4 與圖 5-6，即可得知擁有均勻振幅與較小相位差的近場場型，在遠場可產生較聚集的波束。

 

cos / 2 sin ( ) cos

1 2 / 2 sin

x H

F L

 

 

 



 

 

  

  

(5.3)

圖5-6 TE10模態H-plane 場型圖

數值分析出來的輻射場型，僅討論一個平面上的槽孔，前後沒有其他的邊界條件，所以產生兩個方向性的輻射，而在一般的號角天線中，因為後方連接波導埠，所以僅有當一方向性。

在本論文中，激發源擺設的位置於人工材料的正中央，所以在四個方向會有相同的輻射場型，再依據以上的分析，對本天線的輻射場型就有一定的了解。

圖5-8 及圖 5-9 為天線的輻射場型，分別為天線的 X-Y 平面及 X-Z 平面，各圖的頻率範圍皆是7.4 GHz 到 7.7 GHz，角度的解析度為 2/1400 徑度。從這些圖可以看出，不論是在X-Y 平面或是 X-Z 平面的 cross-polarization 皆遠小於 co-polarization，所以在共同繪出 co-polarization 及 cross-polarization 圖時，就只能顯示出co-polarization 的大小。接收到 cross-polarization 皆遠小於 co-polarization 的現象，可以藉由觀察天線槽孔平面的電場向量圖來解釋，如圖5-7 所示。中央的長方形區域，其電場皆平行於金屬柱，為同一方向，因此產生單一極化方向的電磁波，其方向如圖箭頭方向所示，所以在接收端只有相同極化的天線，才得以接收到能量，因此產生co-polarization 大小遠大於 cross-polarization 輻射量的場型。

圖5-7 天線槽孔平面的電場向量圖