电磁波的辐射与散射.pptxVIP

电磁场与电磁波;本章重点;本章内容;;;● 产生电磁波的振荡源一般为天线。随着振荡源频率的提高使电 磁波的波长与天线尺寸可相比拟时，就会产生显著的辐射。;;其解为：; 换言之，观察点处位函数随时间的变化总是滞后于源随时间的变化。滞后的时间是电磁波从源所在位置传到观察点所需的时间，故称为滞后位或推迟位。;时谐电磁场的位函数;5.2 电偶极子的辐射;代入 得电偶极子的矢量位;在球坐标系中;由此得到电偶极子的电磁场：;写成分量形式; 电偶极子周围的空间划分为三个区域： 近场区： 远场区： 过渡区：;;（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. 远区场（辐射场）：; 远区场的特点：; 电偶极子的方向图;辐射功率; 例 频率为10 MHz 的功率源馈送给电偶极子的电流为25 A ，设电偶极子的长度为50 cm ，试计算： P317 （1）赤道平面上离原点10 km 处的电场和磁场； （2） r =10 km 处的平均功率密度 ； （3）辐射电阻。;（2）;5.3 电与磁的对偶性; 引入磁荷与磁流的概念，将一部分原来由电荷和电流产生的电磁场用能够产生同样电磁场的等效磁荷和等效磁流来取代，即将“电源”换成等效“磁源”，有时可大大简化问题的分析计算。;则有;对应于矢量磁位 有矢量电位 ；;5.4 磁偶极子的辐射; 根据电磁对偶原理，自由空间的磁偶极子与自由空间的电偶极子存在如下的对偶关系：;磁偶极子的远区辐射场也是非均匀球面波；;5.5 天线的基本参数;3. 增益系数 G;5.6 对称天线; 根据电偶极子辐射场公式，对称天线上的电流元 I(z)dz 在观察点产生的辐射电场为;对称天线的归一化方向性函数为;5.6.3 半波天线;5.7 天线阵;5.7.1 方向图相乘原理;两个阵元在观察点产生的电场;观察点P 的合成电场为;5.7.2 均匀直线式天线阵;则;5.8 口径场辐射; 惠更斯元是分析口径场辐射的基本元。将口径面S 分割成许多面元，这些面元就是惠更斯元。;沿 y 轴放置的电偶极子 的远区场; 根据上式画出归一化方向性图如图所示。可见，惠更斯元的最大辐射方向与面元相垂直。;5.8.2 平面口径的辐射;对于远区的观察点P（即当r 远远大于口径尺寸），可以认为; 如图所示，矩形口径面的尺寸为 ，口径面上的电场沿 y 轴方向且均匀分布，即 , 则;均匀矩形口径面辐射场的归一化方向性函数分别为; ;式中;5.9 电磁波的散射;电磁波的散射;;散射、绕射、衍射; 小障碍物使波发生散射，较大物体使波发生反射，边缘部分发生衍射。 按不均匀团块的性质、散射可分为两大类： （1）悬浮质点的散射：如胶体、乳浊液、含有烟、雾、灰尘的大气中的散射必于此类。 （2）分子散射：即使十分纯净的液体或气体，也能产生比较微弱的散射，这是由于分子热运动造成密度的局部涨落引起的，这种散射，称为分子散射，物质处临界点时密度张落很大，光线照射在其上，就会发生强烈的分子散射，这种现象叫做临界乳光。;1）理想导体圆柱对平面波的散射;2）球体对电磁波的散射;瑞利散射;偶极子天线所辐射的电磁场为;要求出介质球的散射场的关键在于求出其等效偶极子的偶极矩Il。可以通过匹配介质球面处的边界条件来求解。为此，考虑到ka1，入射电场Ei在球面边界上(r=a)可表示为：;联立求解上述方程，可得：; 瑞利定律的适用条件是散射体的尺度比光的波长小，在这条件下作用在散射体上的电场可视为交变的均匀场，散射体在这样的极化，只感生电偶极矩而无更高级的电矩。 　　　　　　　 较大颗粒对光的散射不遵从瑞利的λ的四次方反比律。;米氏(Mie)散射; 当光束通过均匀的透明介质时，从侧面是难以看到光的。但当光束通过不均匀的透明介质时，则从各个方向都可以看到光，这是介质中的不均匀性使光线朝四面八方散射的结果，这种现象称为光的散射。 例如，当一束太阳光从窗外射进室外内时，我们从侧面可以看到光线的径迹，就是因为太阳光被空气中的灰尘散射的缘故。 ; 把线度小于光的波长的微粒对入射光的散射，称为瑞利散射（Rayleigh scatte