电磁波、电磁辐射、天线 川大.ppt

表明近区内只有电磁能量转换，没有波的传播。 思考 近区场特点: 忽略推迟效应，在某一时刻电场与静电场中电偶极子产生的电场相似，磁场与恒定磁场中元电流产生的磁场相似，称之为似稳场。 时间相位差 与 远区的能量来自何方？ 忽略 的高次项 2. 远区 亦称辐射区 远区场特点: 辐射区电磁场有推迟效应。 E、H、S 空间上正交，时间上同相，有波阻抗 相位相同的点连成的面称为等相位面，辐射区 的电磁波为球面波。 电磁辐射是有方向性的，即 Re——辐射电阻表示天线辐射电磁能量的能力。 表明天线愈长，频率愈高，辐射能量愈大。 辐射功率为 二、电磁辐射的特点 单元电偶极子天线的辐射分为近区场和远区场。 近区场：可以忽略推迟效应，类似恒定电磁场特性。 场与源的相位相同，电场滞后磁场900相位角； 坡印廷矢量的实部为零，只有虚部，只有电磁能交换； 远区场：亦称辐射区 不能忽略推迟效应，电场和磁场具有波的性质； 空间上，电场、磁场和波传播方向三者相互垂直； 时间上，电场与磁场同相位，复坡印廷矢量只有实部； 电场和磁场振幅不仅与观察者距离有关，还与观察方向有关。 4.6.2 天线和天线阵 1. 天线 开路传输线张开成对称振子 直线对称振子是一种线天线，它是指线的横截面尺寸远比波长小，它的长度 与波长 在同一数量级 ( )上，流经它的电流不再等幅同相，设振子上的电流为正弦分布 。 方向因子与波长有关，图中给出四种天线长度的 E 平面方向图。 细线天线的 E 平面方向图 辐射场特点： 球面波； 有方向性。 其 E 平面方向因子为 微波发射天线 微波接收天线 作 业 4-3-1 4-4-2 电磁波： 坡印亭矢量： Thanks！ 欢迎学习 四川大学电气信息学院 电工电子基础教学实验中心朱英伟 麦克斯韦方程组 电磁场基本规律 麦克斯韦方程组 积分形式 麦克斯韦方程组 微分形式 全电流定律 电磁感应定律 磁通连续性原理 高斯定律 电磁场分析的数学模型—— 辅助方程： 电磁能流密度 洛伦兹力： 麦克斯韦方程组的意义： (1)概括、总结了一切宏观电磁现象的规律。 (2)预见了电磁波的存在。 变化的磁场激发电场 变化的电场激发磁场 电磁场这样交替激发，就可以离开场源而在空间作为一个整体传播开去，从而形成电磁波。 i B E B E 电磁场矢量方程组： 在很多实际问题中，如果直接求解场矢量方程通解，并不方便，而且也不容易给出恰当的边界条件，定解难以获得 。 4.3.1 动态位及其微分方程 从Maxwell方程组出发, 称为动态位，是时间和空间坐标的函数。 4.3 动态位及其积分解 引入矢量函数A和标量函数 是为了计算和分析电磁场的方便。 经整理后，得 由 由 （2） （1） 洛仑兹规范 定义 A 的散度 A 与 耦合的二阶偏微分方程组。 电磁动态位的达朗贝尔方程 洛仑兹条件是电流连续性原理的体现。 若场量不随时间变化，波动方程蜕变为泊松方程 简化了动态位与场源之间的关系; 确定了 的值,与 共同确定 A； 二阶偏微分方程化简为： A 与 各自单独满足的非齐次波动方程, 分别由电流密度和电荷密度决定。 4.3.2 动态位方程的积分解 以位于原点的时变点电荷 q(t) 为例 （除坐标原点外） 式中 具有速度的量纲 ， f 1，f2 是具有二阶连续偏导数的任意函数。 上式以（rφ）为函数的一维波动方程，通解为 有 1. 通解的物理意义 或者说，t 时刻的响应是 时刻的激励所产生。这是电磁波的滞后效应。 说明 f1 以有限速度 向 方向传播，称之为入射波。 入射波 则，函数 f1 的自变量保持不变，具有传递重复性。 在无限大均匀媒质中没有反射波，即 f2 = 0。 波的入射、反射与透射 说明： f2 在 时间内, 以速度 向( - )方向前进了 距离，故称之为反射波。 只有当电磁波在行进途中遇到障碍时，才会出现反射波。 由此推论，时变点电荷的空间动态标量位为 2. 动态位的积分的表达式 根据叠加定理，连续分布电荷产生的标量位为 无反射 的特解为 静电场中， 无反射 （无限大均匀媒质） 若激励源是时