【正确答案】分析:这是一个比较综合的天线辐射问题,首先要注意“与地面无限靠近”而不是“接地”;第二,地面在这里的作用,它始终处于“零电位”,可以画出示意图来,从图1中可联想起前面章节所学的“靠近地面放置”的“球”、平行导线等“景象”,这是应用“镜像法”解题的特征,因此可以设想是否可以采用“镜像法”来解决这个问题。
图1
那么“像”在哪里呢?如何构造元天线的关于地面的镜像,这是解决这类问题的关键。和普通镜像法一样,不能破坏场以及边界条件。
根据镜像法,作出元天线的像,如图2所示。元天线像的倾斜方向好理解,但是如何判定镜像电流的方向呢?这就需要依靠边界条件,地面为等位体。因此图中像电流的方向应该和元天线电流“相反”,这样它们在地面方向上的分量才可以抵消,进而满足边界条件(因为地面是零电位等位体)。
图2
最后,可以把当作整体来求解,这样可以简化很多复杂的计算。甚至可以不需要知道和的具体值。
解:采用镜像法。
在水平方向,元天线与其镜像任意时刻电流方向相反,所以抵消。在垂直方向电流元的分量方向是平行的,同相互相叠加;总的“合成天线”表现为垂直于地面的,等效长度设为,有
式中,是天线与地面的夹角,对于该题有,所以
根据镜像法,倾斜放置的长度为的元天线的辐射功率等效于没有地面时,一个长度为的元天线的辐射平均功率密度对半个空间的积分(因为地面及其以下不会产生电磁辐射,或者说积分空间不能包括“镜像”所在的空间)。
这样,一个长度为dl的倾斜放置的元天线辐射功率是
(1)
时,天线辐射功率,所以
(2)
所以
当元天线垂直于地面时,,代入式(1),并利用式(2),得
所以当该天线垂直于地面放置时,辐射功率为400mW,是倾斜放置时的4倍。对于一般倾斜角度,垂直时,辐射功率变为原来的倍。
【答案解析】