第八章-电磁辐射-电磁场与电磁波.ppt

第8章 电磁辐射,电磁场与电磁波,电子科技大学,电磁场与电磁波课程组,*,*,第八章电磁辐射,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。,对于天线，我们关心的是它的辐射场强、方向性、辐射功率和,效率。,天线的形式可分为线天线和面天线。,本章由滞后位的概念出发，求解元电流的辐射场。再利用叠加,原理求解线天线和阵列天线的辐射问题。,其解为：,在第4章引入了动态矢量位和动态标量位：,在洛仑兹条件下，其方程为,滞后位,y,z,x,P,O,8.1 滞后位,由此可知：在离开原点的r点处，t时刻场点处的标量位变化,滞后于,源点的变化。,滞后的时间等于源的变动以速度c从源点传播到场点所需要的时间,。,因此，定义：,标量滞后位,滞后位（推迟位）的物理意义,时刻,t,空间任意一点,r,处的位函数并不取决于该时刻的电流和电荷分布，而是取决于比,t,较早的时刻,的电流或电荷分布。时间,正好是电磁波以速度 从源点 传到场点 所需的时间。,同理，可知矢量滞后位表示为：,对于正弦电磁波，电流和电荷以正弦规律变化，则可得标量滞后位、矢量滞后位的复数形式为：,滞后位的复数形式,在球坐标系中,z,x,y,z,O,求得电偶极子在空间中产生的磁场为：,由矢量位的定义,由麦克斯韦方程，知：,在靠近电偶极子的区域（）,电偶极子的近区辐射场可以近似为：,从场量表达式可知，在电偶极子近区，辐射场的电场和磁场相位相差90,0,，电磁场的平均坡印廷矢量为0，故,不存在传播的电磁波,，因此电偶极子近区场也称,感应场,。,关于电偶极子辐射场的讨论：,电偶极子近区辐射场特性：,电偶极子的辐射方向图,电偶极子的辐射场分布是方向角,的函数，为了便于分析天线辐射场的空间分布情况，我们将,离开天线一定距离处，场量随角度变化的函数f(,)称为天线方向图因子。,根据方向图因子绘制的图形，称为,方向图。,电偶极子(元天线)的方向图因子为：,电偶极子辐射场方向图,从方向图可知：,在垂直于天线轴的方向上辐射最强；,沿天线轴的方向上辐射最小,(,为零,),；,天线方向图与,无关，呈轴对称。,电偶极子辐射方向图如右图。,天线的几个重要参数：,方向性系数,D,定义：在相同辐射功率下，某天线产生最大辐射强度与点源天线在同一点处产生的辐射强度的比值，称为该天线的方向性系数。,天线的方向性系数表征天线集中辐射的程度。,可以推知，,电偶极子的方向性系数为1.5,。,天线效率,天线增益,G,要在天线最大辐射方向产生相等的电场强度的条件下，点源天线需要输入的功率与某实际天线需要输入功率的比值，称为该天线的增益。,