高等电磁波理论 课件 第二章 自由空间辐射.pptx

第二章自由空间辐射

2.1自由空间格林函数浙江大学信息与电子工程学院《高等电磁波理论》1

2电磁辐射问题麦克斯韦方程（时谐场）场-源分离源场问题：给一个激励源，如何得到电磁场？

3电磁源分解麦克斯韦方程（时谐场）电源（electricsource）磁源（magneticsource）自由空间：

4矢量位与标量位麦克斯韦方程（electricsource）令(矢量磁位)代入①式两边取旋度，代入②式(矢量电位)令令(洛伦兹规范)(矢量亥姆霍兹方程)代入③式(标量亥姆霍兹方程)

5矢量位与标量位（2）电源（electricsource）磁源（magneticsource）引入矢量磁位标量电位(洛伦兹规范)亥姆霍兹方程求解电源产生的辐射场引入矢量电位求解磁源产生的辐射场

6自由空间的矢量位求解亥姆霍兹方程（怎么解？）引入冲激函数和格林函数冲激函数（deltafunction）代入方程将电流和矢量位展开为积分形式冲激函数待求函数对任意都成立转化后的待求方程

7自由空间的矢量位求解（2）当当两组解选取向外辐射的解在r=0体积分拓展至(自由空间标量格林函数)

8自由空间场-源关系电源磁源（频域）（时域）傅里叶逆变换（介质光速）

9思考另一种方法（直接法）源(J,M)场(E,H)位函数(A,F)对(J,M)差分，再积分对(J,M)积分对(A,F)微分方法一方法二问题：为什么要引入辅助的矢量位A、F？哪个更好？

第二章自由空间辐射

2.2远场近似浙江大学信息与电子工程学院《高等电磁波理论》10

11自由空间场-源关系电源磁源矢量势积分差分问题：积分式复杂能否简化？xyz

12远场近似xyz多数情况下，考虑远场情况：Rλ,rr积分分母不含r更为简单！

13远场近似（2）xyz类似地，得到代入E、H求解表达式远场近似不含r方向分量

14索末菲辐射条件Sommerfeldradiationcondition在远离源的地方，电磁场必须向远离源的地方传播电场和磁场横向于传播方向，彼此正交电场和磁场的大小有一个固定的比值（波阻抗η）

15应用举例：电流环辐射xyzcircularelectriccurrentloop(radius:a)I时谐电流分布：（远场近似）

16应用举例：电流环辐射（2）xyzcircularelectriccurrentloop(radius:a)I(first-orderBesselfunction)类似地：

17磁偶极子xyzcircularelectriccurrentloop(radius:a)I电流环辐射：Forasmallloopsuchthatka1无限小电流环磁偶极子磁偶极矩：Kl无限小电流环=磁偶极子

18思考磁偶极子辐射与电偶极子辐射有何异同？磁偶极子

第二章自由空间辐射

2.3平面阵辐射浙江大学信息与电子工程学院《高等电磁波理论》19

20阵列天线天线阵如何求解天线阵辐射问题？用户1用户2用户35GMIMO通信、相控阵雷达Js(r)E1、H1E2、H2E3、H3面电流分布波束扫描

21面电流辐射模型任意面电流分布：方法1直接积分方法2傅里叶级数展开xyzArectangularsurfacecurrentAB

22面电流辐射模型（2）x’、y’分别积分坐标变换xyzArectangularsurfacecurrentAB

23面电流辐射模型（3）xyzArectangularsurfacecurrentAB代入E、H辐射表达式任意面电流分布的远场辐射表达式

24相控阵（离散平面阵）xyzArectangularphasedarrayofdipolesinthexy-planeΔxΔy?直角坐标球坐标代入远场辐射表达式

25阵因子xyzArectangularphasedarrayofdipolesinthexy-planeΔxΔy总场阵元辐射方向图阵因子（幅度独立调控）

26团结协作“积少成多”“聚沙成塔”截至2023年，中国5G基站占全球比例超过60%。5G用户占全球58%。-《全球数字经济白皮书》5GMIMO关键技术！中国技术国际领先单个偶极子天线方向性差辐射强度低传播距离近个体大口径偶极子阵列方向性好辐射强度高扫描角度大团队

27思考连续面电流与离散相控阵辐射有何异同？xyzArectangularsurfacecurrentABxyzArectangularphasedarrayofdipolesinthexy-planeΔxΔy

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