电磁场理论教学课件.ppt

远区的电磁场的特点①电磁场的瞬时表达式为：等相位面(相位等于常数在空间描绘的曲面):为球面。所以电偶极子远区电磁场为沿球面半径向外传播的电磁波，该部分即为电偶极子远区的辐射场。②电磁波在空间传播方向上既没有电场分量、也没有磁场分量，电场、磁场和传播方向相互垂直，为横电磁波。电场或磁场矢量末端的轨迹为直线，是线极化（偏振）球面电磁波。电场与磁场振幅之比为空间介质确定的常数，称为波阻抗。③电偶极子远区辐射场具有方向性。在同一半径的球面上，不同方向辐射场的强度随方位的不同而变化，所以电偶极子远区场是非均匀的球面波。场强度随方向变化的曲线（归一化）称为场的方向性图。天线辐射场规一化了的方向图为什么在电偶极子轴线方向没有电磁波的辐射？④周期内平均能流密度矢量为：能流密度矢量沿球面径向向外传输，具有方向性，不同的方向能流密度不同，这意味着空间的某些方向上能流密度大，另一些方向上能流密度小，甚至某些方向上能流密度为零。天线辐射电磁波的能流具有方向性。在单位时间内通过任意半径为r的球面向外传输的电磁能为：P是一个与球面半径无关的常数，即在单位时间通过任意半径球面向外传输的能量（功率）是相同的。根据能量守恒定律，这部分能量的确是天线以电磁波的形式所辐射。4.天线的辐射电阻用两端网络等效天线，其辐射电磁波的能力可应用二端网络的等效电阻表征，称为天线的辐射电阻，是衡量天线辐射电磁波能力的重要参量。发射机发射机在实际中，输入阻抗并不完全等于辐射电阻，这是因为输入到天线上的能量并不完全被辐射，还包括天线导体的热损耗、天线近场储存的能量，使得输入阻抗并非是纯电阻。只有理想天线：例：6.3磁偶极子天线1小电流环天线结构电流环通有谐变的电流，电流的振幅为恒量如果电流环半径很小，考虑到电流随空间位置而变，将其在球坐标系中表示，即a电流可表示为：电流环的磁矢位小电流环:近场区电磁场远场区的辐射场其磁场正好是第三章中小电流圆环（即磁偶极子）产生磁场的表达式与电偶极子远区场相比，除电场和磁场的极化方向互为置换外，特性类似利用辐射电阻的定义，得到小电流圆环（磁偶极子）的辐射电阻是【例】设导线的长度为1米，求制作成圆环和电偶极子天线的辐射电阻。电磁振荡频率为1MHz电偶极子天线小圆环天线计算结果表明，同样频率、同样长度的导线制作成小电流环天线的辐射阻抗远小于制作电偶极子天线的辐射阻抗。这说明小电流环天线辐射电磁波的能力远小于电偶极子天线。其原因何在？4、小电流环与磁偶极子等效在静态电磁场中，恒定小电流环可用磁偶极子等效。在时变电磁场中，置于坐标原点的磁偶极子的磁矢势〔参考（6-1-12)式〕为：其远区电磁场为：小电流环磁偶极矩6.4※天线的一般概念天线是专门用于发射和接收电磁波的装置。为了适应各种不同要求的电磁波发射和接收，必须对天线发射和接收电磁波的特性进行设计—天线理论与设计。①天线发射和接收电磁波方向特性②天线发射和接收电磁波的阻抗特性③天线发射和接收电磁波的极化特性④天线的电磁兼容特性1半波长振子天线电偶极子是理想的天线模型，因为实际工程应用中不存在幅度恒定的电流元。半波振子天线是实际天线模型。所谓半波振子天线是长度为半个波长的线天线。馈电点电流分布曲线不同长度线天线上电流分布半波长振子天线电流当天线在馈电点加上时变电信号时，实验表明天线上的电流近似为驻波分布，两端点为电流的节点，中心点电流幅值最大。天线上电流幅度函数近似为：由于电流是空间位置的函数，所以不能简单的把它当为电偶极子天线来看待。但天线上任一小微元上的电流可视为常量，该微元可视为电偶极子。因此整个半波振子天线可以分割为多个首尾相联的电偶极子天线的叠加。场强度的归一化函数（方向图）是由于干涉效应，在有些方向上，叠加得到加强。有另外一些方向上，叠加结果减弱。使得半波振子辐射场的能量更为集中。单位时间内辐射的能量（功率）为：2天线的基本特性参数电偶极子、小电流圆环和半波振子天线辐射场具有共同的基本特性。对于一般的天线，无论其结构如何复杂，它们都有与电偶极子相类似的辐射场结构，