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电磁波的辐射(1)复习过程.ppt

1、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、。,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

3、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:,

4、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,

5、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

6、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:,

7、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,

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