天线理论 - 半波偶极子

简介

在天线理论中，半波偶极子是一种常用的天线类型。它的原理是利用电流在导线中的传播来辐射电磁波，从而实现信号的发送和接收。

工作原理

半波偶极子天线是一条长度为λ/2（其中λ为工作频率下的波长）的导线，一端接收或发射电磁波的信号，另一端接地。当信号通过导线时，导线中的电荷在导线上移动，从而产生电流。

根据安培定理，在电流流过的导线附近会产生一个磁场。而根据法拉第定律，磁场的变化会产生一个电场。这两个效应共同作用下会在半波偶极子中产生电磁波。

优势

半波偶极子天线的优势在于它的简单性和效率。相对于其他复杂的天线类型，半波偶极子有着更加简单的结构和更高的辐射效率。此外，半波偶极子天线广泛应用于各种通信设备（如收音机、电视机等），并被广泛认可为一种高性能天线。

示例代码

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 定义空间范围
x = np.linspace(-1,1,200)
y = np.linspace(-1,1,200)
z = np.linspace(-1,1,200)

# 计算电磁场
Ex, Ey, Ez = electric_field(x, y, z)
Hx, Hy, Hz = magnetic_field(x, y, z)

# 绘制电磁场图像
fig, axes = plt.subplots(nrows=2, ncols=3, figsize=(12,8))

axes[0,0].quiver(x, y, Ex[100,:], Ey[100,:], units='width')
axes[0,0].set_title('Electric Field in xz plane')
axes[0,1].quiver(x, y, Ex[:,100], Ez[:,100], units='width')
axes[0,1].set_title('Electric Field in yz plane')
axes[0,2].quiver(x, y, Ex[:, :, 100].sum(axis=-1), Ey[:, :, 100].sum(axis=-1), units='width')
axes[0,2].set_title('Electric Field in xy plane')

axes[1,0].quiver(x, y, Hx[100,:], Hy[100,:], units='width')
axes[1,0].set_title('Magnetic Field in xz plane')
axes[1,1].quiver(x, y, Hx[:,100], Hz[:,100], units='width')
axes[1,1].set_title('Magnetic Field in yz plane')
axes[1,2].quiver(x, y, Hx[:, :, 100].sum(axis=-1), Hy[:, :, 100].sum(axis=-1), units='width')
axes[1,2].set_title('Magnetic Field in xy plane')

fig.tight_layout()
plt.show()

以上示例代码用于绘制半波偶极子天线在空间中产生的电磁场分布。其中，electric_field和magnetic_field函数分别用于计算电场和磁场的分布情况。