电磁波的辐射(1)复习过程.ppt

电磁场与电磁波,第8章 电磁波的辐射,电磁波的辐射(1),对于正弦时变场，时间因子为：,令：,利用矢量恒等式：,洛仑兹规范：,同理：,达朗贝尔方程,方程的解为：,3.,由 和 的表示式可知,场点,R,处的 和 变化的相位较其源 和 落后,该相位用时间表示：,式中 就是波源 或 的变化传递到观察点所需要的时间。,距离波源,R,处在,t,时刻 和 由前一时刻 的电流 和电荷密度 的值决定。因此将 和,称为滞后位。,波源,观察点,三、电偶极子的辐射,1.什么是电偶极子？,一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于波长时，该导线被称为,电偶极子,。,当：,可近似地认为导线上每一点的电流都是等幅同相的。,2.电偶极子的辐射场,（1）电偶极子的滞后位,如图所示,已知电流元,x,y,z,l,P,x,y,z,l,P,在球坐标系,磁场由：,得:,（2）,电偶极子的电磁场,电场由：,得:,（3）近区场,在靠近电偶极子的区域，当 。此时，则电磁场可近似为,可见：,电场和磁场的相位相差 ，因此能量在电场和磁场相互交换而平均坡印廷矢量为零，,该区域的场称为,感应场,。,若将 代入上式,得:,此结果与电偶极子的静电场分量相似。,感应场,（4）远区场,电场和磁场与 成反比；,电场和磁场的相位相同；,电场和磁场在空间相互垂直，其比值等于媒质的本征阻抗;,平均,坡印廷矢量:,上式表明有能量向外辐射，说明一个做时谐震荡的电流元可以辐射电磁波。远区场又称为,辐射场,。,在远离电偶极子的区域，当 ，,此时电磁场可近似为:,可见,：,辐射场,电偶极子的方向图,3.方向性函数和方向图,（1）,方向性函数：,场量随方向变化的函数称为天线的方向性,函数。,归一化方向性函数 定义为：,显然，电偶极子的方向性函数为：,（2）方向图：,根据方向性函数画出的图形称为方向图。,将 用极坐标画出来,。,x,z,x,y,E,面方向图,H,面方向图,如果用一个大的球面将天线包围起来，则从天线辐射出来的能量必然全部通过这个球面。,4、辐射功率,天线的,总辐射功率,为：,其中：,所以：,设 ，则:,在自由空间中，,由此假设：,已知：,5.辐射电阻,将天线的辐射功率视为电流,I,在一等效电阻上的损耗功率，则该等效电阻称为辐射电阻。,可见：辐射电阻表示天线的辐射能力，辐射电阻越大，天线的辐射功率越强。,设 ，则:,在自由空间中，,当,点源天线,的辐射场强与实际天线在最大辐射方向上的场强相同时，,点源天线的辐射功率与实际天线的辐射功率之比为,方向性系数。,由此得：,6.方向性系数,方向性系数表示为：,对,点源天线,辐射而言:,而：,点源天线的总辐射功率,实际天线的总辐射功率,其中：,x,z,点源天线,实际天线,7.,半功率波瓣宽度,辐射功率等于最大辐射功率一半时的两个方向之间的夹角。,方向性系数又可表示为：,在相同的辐射功率下，实际天线产生的最大辐射场强,与点源天线的辐射场强 之比。,对电偶极子辐射而言:,故半功率波瓣宽度为：,方向性系数的另一种定义为,：,x,z,点源天线,实际天线,四、磁偶极子的辐射,1.什么是磁偶极子？,一个通有高频电流的小电流环的等效模型称为,磁偶极子,。,磁偶极子是根据,电磁对偶性,派生出来的概念。,2.对偶原理的应用,麦克斯韦尔方程：,引入,磁荷,和,磁流,的概念之后，磁场各物理量就和电场各物理量一一对应起来了。,下标m表示磁量，e 表示电量。,磁流密度,磁荷密度,只有,电流源,存在时,对偶量,：,只有,磁流源,存在时,已知：电偶极子的辐射场为,由对偶原理得出：磁偶极子的辐射场,磁流源,可见：利用对偶原理求解电磁学的一些问题，可大大简化推导过程。,4.方向性函数为：,5.辐射功率：,6.辐射电阻：,x,z,x,y,H,面方向图,E,面方向图,7.方向性系数：,8.半功率波瓣宽度：,3.磁偶极子的辐射场,五、对称振子天线的辐射,1.什么是对称振子？,两段长度为 的直导线，从中间对称馈电，就构成对称振子。,如图所示:,对称振子上的电流分布为：,在振子上取一小段d,z,，将其视为电偶极子，其辐射场为：,2.对称振子的辐射场,该对称振子的辐射场就是整个振子长度上的积分:,因为：,辐射电场为：,在分母上,在指数上,对称振子的辐射磁场：,3.对称振子的方向性函数：,不同长度振子的方向图：,4.半波振子的辐射场,(2)半波振子的方向性函数：,已知：对称振子的辐射场：,将 代入上式，得：,E,面方向图,x,z,(1)半波振子的辐射场,(4)半波振子的总辐射功率：,(5)辐射电阻：,(6)方向性系数：,(7)半功率波瓣宽度：,E,面方向图,x,z,(3)半波振子的,平均,坡印廷矢量：,六、天线阵的辐射,1.什么是天线阵？,由若干个辐射单元以各种形式（如直线、圆环、三角和平面等）在空间排列组成的天线系统称为,天线阵,。,2.,控制天线阵辐射的因素有哪些？,阵元数目；,阵元排列方式；,阵元间距；,每个阵元的馈电电流的大小和相位。,3.二元阵的辐射场,(a)纵向二元阵,(b)横向二元阵,二元阵是由相隔一定距离的两个辐射元组成,。,两单元的辐射电场分别为：,（1）纵向等幅二元阵：,单元辐射电场的幅值,单元的方向性函数,该二元阵的辐射电场：,其中：,称为,阵因子,，用,表示：,(a)纵向二元阵,远区情况：,同理，两单元的辐射电场分别为：,（2）横向等幅二元阵：,远区情况：,该二元阵的辐射电场：,其中：,(b)横向二元阵,N M,所以：,比较这两种二元阵，其辐射场的表达式形式相同，不同的是两阵元的相位差表示式不一样。,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,