第14讲电磁波的辐射.ppt

第14讲 电磁辐射 第十4讲 电磁辐射 （电磁波的产生） 本讲内容 滞后位 电偶极子的辐射 天线的基本参数 对称振子天线 分类分析时变电磁场问题 第4章 电磁波的 典型代表 电磁波的 传输 共性问题 个性问题 电磁波的 辐射 第5,6章 第7章 第8章 均匀平面波 导行波 天线… 1、麦克斯韦方程组 波动方程（有源区）: 问题：电磁波在什么情况下才能被有效辐射？ 当电磁波波长与电磁结构尺寸可比拟时，就会产生显著的辐射。 辐射电磁波的电磁结构称为天线。 问题：电磁辐射问题如何分析？ 求解困难！ 2、动态位函数 达朗贝尔方程： 易于求解！ 电磁辐射基本问题描述： 无限大的均匀介质（无耗） 求解区域存在电流激励源 问题描述为： 已知： 求： y z x P 求解步骤： 首先求解无限大的均匀介质中的位函数 利用辅助位与场的关系给出电磁场 一、滞后位 无限大均匀媒质空间中，动态矢量位和标量位方程为： y z x P (洛仑兹条件下) ——滞后位（推迟位） 一、滞后位 滞后位物理含义： 时刻 t 空间任意一点 r 处的位函数并不取决于 t 时刻的电流和电荷分布，而是取决于比 t 较早的时刻 的电流或电荷分布。时间 正好是电磁波以速度 从源点 传到场点 所需的时间。 场点处位函数变化时间上总是滞后于源的变化，滞后的时间是电磁波从源所在位置传递到场点所需的时间，故称为滞后位或推迟位。 例如：日光是一种电磁波，在某处某时刻见到的日光并不是该时刻太阳所发出的，而是在大约8分20秒前太阳发出的，8分20秒是太阳光从太阳传递到地球所需时间。 一、滞后位 对于正弦电磁波，电流和电荷以正弦规律变化，则可得标量滞后位、矢量滞后位的复数形式为： 滞后位的复数形式 当源点位于坐标源点时，即 ： 二、电偶极子的辐射 问题：什么叫电偶极子？ 元电流 电偶极子为长度远小于波长的载流线元，也称元天线 电偶极子辐射是天线工程中最基本的问题。 二、电偶极子的辐射 根据天线上的电流分布计算电磁场的基本步骤： y z x l P 电偶极子长度 l 远小于波长的直线电流元，线上电流是均匀的，且相位相同。 任意分布激励电流产生的矢量位为： 则电流 产生的矢量位为： 二、电偶极子的辐射 z x y z O 即电偶极子 产生的矢量位为： 天线的问题通常在球坐标系下讨论。 二、电偶极子的辐射 由此得到电偶极子辐射的电磁场： 二、电偶极子的辐射 写成分量形式 ——电偶极子辐射电磁场 可将电偶极子周围的空间划分为三个区域来讨论其辐射场： 近场区： 远场区： 过渡区： 远场区 近场区 过渡区 二、电偶极子的辐射 近场区： 电偶极子的近区辐射场可以近似为： ——准静态场 二、电偶极子的辐射 近场区 （1）电场表达式与静电偶极子的电场表达式相同；磁场表达式与用毕奥一萨伐定律计算的恒定电流元产生的磁场表达式相同。因此称其为似稳场或准静态场。 （2）电场和磁场存在?／2的相位差，能量在电场和磁场以及场与源之间交换，没有向外辐射，所以近区场也称感应场。 电偶极子近区场特点： 二、电偶极子的辐射 远场区（辐射区）： 电偶极子的近区辐射场可以近似为： 二、电偶极子的辐射 远场区（辐射区） 总的辐射功率 平均功率流密度为 远区场的辐射功率 二、电偶极子的辐射 远场区（辐射区） 电偶极子远区场特点： 远区场的电场只有Eθ分量，磁场只有Hφ分量，远区场是辐射场，电磁波沿r方向传播； 远区场是横电磁波，电场、磁场和传播方向相互垂直; 远区电、磁场的振幅比等于媒质的本征阻抗，电场和磁场相位相同； 远区场等相位面为球面，在等相位面上电(磁)场振幅不处处相等，因此远区场为非均匀球面波； 场的振幅与r成反比，能量逐渐扩散； 远区场具有方向性，按方向性因子sinθ变化。 二、电偶极子的辐射 远场区（辐射区） 电偶极子远区场特点： θ =00 ：无辐射 θ =900: 辐射最强 电流元的方向函数： 二、电偶极子的辐射 任何线天线均可看成是由许多电流元连续分布形成的，电流元是线天线的基本单元。 很多面天线也可直接根据面上的电流分布求解其辐射特性。 电流元的电磁辐射很富有代表性，它具备的很多特性是任何其它天线所共有的。 研究电偶极子辐射特性的意义： 具有重要的理论价值与实际意义。 1、天线方向性特性参数 方向函数与方向图 方向函数用于描述天