《工程电磁场原理》 浙大 倪光正 05培训课件方案研究.ppt

2.天线阵 a 阵列元数目 b 阵列元间隔 c 每个阵列元给电流的大小和相位 天线阵是由许多指向同一方向的相似天线组成的，这些天线的排列可使能量都传送到预定的方向，其它方向几乎没有辐射。天线阵设计的主要参数是： 微波接力示意图 视距与天线高度的关系 微波接力通信 同步卫星建立全球通信 通信卫星 空间太阳能发电站和电力传输 (1)在静止轨道上放置太阳能电池帆板，产生500万kW能量； (2)通过“变电站”——微波发生器，将直流功率变为微波功率； (3)通过天线阵向地面定向辐射； (4)地面接收站将微波转换为电能； (5)提供给用户。 5.2 理想介质中的均匀平面电磁波 前提条件： (1)无界的自由空间 (2)均匀平面电磁波 ⅰ 波源的远区，且分析区域为有限范围(d? ? 0) a. 等相位面由球面波 ? 平面波； b. sin? ≈ const. 故在等相位面上，场量值 ( t = C时 )相等——均匀波 均匀平面电磁波的示意图 ⅱ 实际较复杂的电磁波可看成是许多均匀平面电磁波的叠加 5.2.1 波动方程及其解 对于时谐电磁场的复数形式： 5.2.2 均匀平面电磁波的物理意义 波的特征： ，空间正交；时间上同相； (1) “横电磁波”(TEM波) ( Transverse Electromagnetic Wave ) 理想介质中的均匀平面波 (2) 均匀平面波：在 z = c 的等相位面上，各点场量的相位、数值均相等，故有等相位面与等幅面一致的特征； (3) “波的极化”——电场强度末端对时间变化的轨迹(等相位面上)特征，为线极化波。 波的传播特性： (1) 波速，即相位速度 (2) 波阻抗 (3) 波数——每单位长度中相位的变化，或 2? 米中所含的波长数 (4) 波长 (5) 周期 能量分布与传播 与电偶极子元天线的电磁辐射远区相同。 [解] 例5.2 自由空间中 试求：(1) 频率、波速、波长、波数及传播方向； (2) 电场强度； (3) 坡印廷矢量。 (1) 波沿 +z 方向传播 (2) (3) 5.2.3 波矢量 对沿任意方向传播的均匀平面电磁波，定义波矢量： k ——波数； ——均匀平面电磁波传播方向的单位矢量。 例5.3 已知空气中均匀平面电磁波的磁场强度为 试求：(1) 波矢量和频率； (2) 电场强度的时域表达式； (3) 坡印廷矢量的平均值。 [解] (1) (2) (3) 5.3 有损媒质中的均匀平面电磁波 5.3.1 波动方程及其解 ke——有损媒质的传播系数，为一复数。 有衰减的波动方程(电报方程) 设： 有损媒质中的均匀平面波 波的特征： (1) 相同点： 类比于无界空间中理想介质中的均匀平面波，其异同点为 ，TEM波； ? ? 等相位面( z =c )与等幅面一致的特征； ? 线极化波。 (2) 相异点： ? 、 时间上不同相( 滞后 为 ? 角度)； ? 入射波振幅随波行进按指数规律衰减(减幅波)， k? 称为衰减系数 ? k?( ? )不再是频率的线性函数。有损媒质亦称为色散媒质。 5.3.2 低损耗介质 (tan ? 1 ) 对于低损耗介质，电磁波的相速近似等于理想介质中的相速，只是振幅沿传播方向略有衰减。 5.3.3 良导体 ( ? ??? tan ? 1 ) 5.4 均匀平面电磁波的反射与透射 入射平面 —— 与 界定的平面。 电磁波的反射与透射 平行极化波——电场强度矢量与入射面平行。 平行极化波的斜入射 垂直极化波——电场强度矢量与入射面垂直。 垂直极化波的斜入射 第5章 动态电磁场Ⅱ： 电磁辐射与电磁波 5.1 电磁辐射 5.2 理想介质中的均匀平面电磁波 5.3 有损媒质中的均匀平面电磁波 5.4 均匀平面电磁波的反射与透射 5.5 均匀平面电磁波的极化 5.1 电磁辐射 Electromagnetic Radiation 随时间变化的场源 ? 或 产生的电磁场以波的形式在空间传播，这种现象被称为场源的电磁辐射。 能有效地辐射（或接收）电磁波的装置称为天线。 天线的应用：无线电通信、雷达、微波遥感（军事、水文、农业、海洋、气象、森林等）、生物医学等。 辐射的主要参数：辐射场强、方向性和辐射功率。 陕西省广播电台中波天线 微波发射、接收天线 陕西省电视塔 上海市电视塔 微 波 天 线 微 波 天 线 雷 达 设置在海上的卫星遥感浮标 遥感卫星接收解调技术 微波通讯 微 波