杨进第七章 电磁波的辐射.ppt

仅与 有关，与 无关，即H面的方 向图(与天线垂直的平面)是圆，与对称振子的 电长度无关；E面的方向图关于 的平面对 称，且方向图形状随电长度 变化。 对称振子的归一化方向性函数： 半波振子的归一化方向性函数为： （3） E面方程图。在 时，辐射最大，在 时，没有辐射。 不同长度对称振子的方向图 (2) 对称振子的辐射功率和辐射电阻 平均坡印廷矢量： 半波振子的辐射功率和辐射电阻： 辐射电阻： （4） 辐射功率： 1. 什么是天线阵？ 若干个辐射单元以各种形式（如直线、圆环、三角和平面等）在空间排列组成的天线系统称为天线阵。 2. 控制天线阵辐射的因素有哪些？ 阵元数目； 阵元排列方式； 阵元间距； 每个阵元的馈电电流的大小和相位。 7.5.2、 天线阵的概念 例如，二元阵是由相隔一定距离的两个辐射元 组成。 纵向二元阵 3. 均匀直线阵 直线阵：N 个相同的单元天线等间距地排列在一条直线上。 均匀直线阵: 各单元上的馈电电流大小相同，而相位沿线均匀递增或递减。 若第1单元的电流为 ， 递增的相位值为 ，则 第n单元的电流表示为 N元均匀直线阵的辐射场由N个单元的辐射场叠 加获得，即 均匀直线阵的阵因子方向性函数为： 电场强度E的模： 该直线阵的方向性函数为： 直线阵单元的方向性函数 * * * * * 螺旋天线 微带天线 §7.1 滞 后 位 2、时变电磁场的滞后位积分形式 矢量位和标量位满足的达朗贝尔方程 1、静态场的矢量位和标量位方程为 其解为： 时变点电荷元 产生标量位 满足 点电荷元 观察点 P 现求解 在球坐标中，上式变为 设 ，代入上式有 上式为一维波动方程，其解为 波源 观察点 P 因为静点电荷元 的电位： 由式(a)和(b)得时变点电荷元 产生的标量位为 （a) (b) (c) 同理，得时变体分布电荷源产生的矢量位： 是滞后位。式(1)表示：空间距源点 处 （1） 时变电荷源以 分布在体积 V内，由式(c)得时变体分布电荷源在场点P产生的标量位为 的场点，在某一时刻 的 　 是由较早 时刻 的场源所决定的。 场源分布在有限范围内， 要求 时有 上式称为辐射条件，对于矢量位亦有类似条件。 3、谐变电磁场的滞后位积分形式 电荷源作正弦变化： 电流源作正弦变化： 将上式代入式(1)式得正弦变化矢量位和标量位的瞬时形式为 （2） 式(2)表示：空间场点R处的 变化的相位较其源 落后 。 是波源 的变化传递到观察点所用的时间。 波源 观察点 P （3） 由(2)式得正弦变化矢量位和标量位的复数形式： §7.2 电基本振子的辐射场 发射机时变电信号 导线 接地 电基本振子天线结构 赫兹电偶极子 高频电流的直导线，当导线长度远小于波长时，称为电偶极子。近似认为导线上每一点的电流都是等幅同相的。 7.2.1、电基本振子的电磁场计算 取载流为I(t)的短导线，长度为dl，横截面积为S，因为短导线的体积dV′=Sdl，故有 矢量位在球坐标系中的分量： 电流元在P点产生的矢量位（滞后位）为 将上面求得的矢量位代入下式的磁场强度： (1) 将式(1)代入 得电场强度： (2) 7.2.2、电基本振子的电磁场分析 1.近区场 当kr 1时，即r λ/2π，场点P与源点的距离 r 远小于波长λ的区域称为近区。在近区中 由7.2.1的式(1)和(2)作上面近似得近区电磁场： （1） 式中p是电偶极矩的复振幅，载流短导线是振荡电偶极子，其两端的电荷与电流的关系是： 近区中的电磁场为 在近区中，时变电基本振子的电场与静电场中电偶极子的电场分布相似；其磁场的分布与稳恒磁场中电流元的磁场分布相似。因此将近区称为“似稳场”，且电场与磁场有 的相位差。 当kr 1时，r λ/2π，场点P与源点距离r 远大于波长λ的区域称为远区。在远区中 由7.2.1的式(1)和(2)的作上面远区近似得电磁场： 2、远区场 （2） 远区电磁场的特性： （1）电场、磁场和传播方向相互垂直，横电磁波(TEM波)。电磁能量沿波传播方向传播，称为辐射场。 远区电磁场与近区电磁场的分布不相同！ （2）电场与磁场的相位相同。等相位面是r为常数的球面，等相位面上E、H 振幅与 有关，所以辐射场是非均匀球面波。 平均坡印廷矢量： （3）场的振幅与r成反比，与I、dl /λ成正比，特别是