电磁场与电磁波理论课件ppt第5章

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1、《电磁场与电磁波理论》第5章电磁波的辐射5-1第5章电磁波的辐射主要内容基本要求5.1时谐电磁场5.2矢量磁位和标量电位5.3坡印廷定理与坡印廷矢量5.4电基本振子和磁基本振子5.5对称天线5.6均匀直线式天线阵的辐射5.7惠更斯元的辐射《电磁场与电磁波理论》5-2第5章电磁波的辐射主要内容在时变电磁场中，电场和磁场相互关联、相互转换，由此产生电磁波的辐射和传播。而天线是产生电磁波辐射的重要装置，它可以保证电磁波按一定的规律向空间辐射。本章讨论最常见的时谐电磁场的基本方程和边界条件及其位函数，然后介绍电磁场的能量关系式——坡印廷定理和坡印廷矢量，最后讨论天线的一些

2、基本理论。《电磁场与电磁波理论》5-3第5章电磁波的辐射基本要求掌握时谐电磁场的基本方程和边界条件；掌握位函数的定义及其与电磁场的关系；掌握坡印廷矢量基本概念和坡印廷的主要内容；掌握电磁场波动方程和达朗贝尔方程；了解天线的基本概念；了解基本辐射单元以及对称振子的辐射场的基本特性。《电磁场与电磁波理论》5-4时谐电磁场——场量的诸分量都随时间做正弦或余弦形式的变化，即随时间做简谐变化。第5章电磁波的辐射5.1时谐电磁场5.1.1基本场量的复数表示式5.1.2电磁场基本方程的复数形式5.1.3电磁场边界条件的复数形式5.1.4复介电常数和复磁导率《电磁场与电磁波理论》

3、5-55.1.1基本场量的复数表示式时谐电磁场的瞬时表示形式时谐电磁场的复数表示形式第5章电磁波的辐射《电磁场与电磁波理论》5-6时谐电磁场的瞬时表示形式以直角坐标系中的电场强度为例其中——三个坐标分量的振幅——三个坐标分量的初始相位第5章电磁波的辐射《电磁场与电磁波理论》5-7时谐电磁场的瞬时表示形式的特点：时谐电磁场的振幅和初相位仅为空间坐标的函数，而与时间变量无关。一般情况下，电场强度的模不一定是时谐函数。只有当三个分量的初始相位相等时，其模才有可能成为时谐函数。类似地，可以写出其它的场量的瞬时表示式以及在圆柱坐标系和球面坐标系中各场量的瞬时表示式。例如，体

4、电荷密度在球面坐标系中的瞬时表示式为第5章电磁波的辐射时谐电磁场的瞬时表示形式《电磁场与电磁波理论》5-8时谐电磁场的复数表示形式以直角坐标系中的电场强度为例——复数振幅（振幅+相位）第5章电磁波的辐射数学上《电磁场与电磁波理论》5-9第5章电磁波的辐射时谐电磁场的瞬时表示形式的特点：时谐电磁场的场分量的复数振幅（振幅＋初相位）或相量仅为空间坐标的函数，而与时间变量无关。只要计算出时谐电磁场中任一个场量所对应的复振幅矢量或复振幅，也就得到了该场量的瞬时值。反之亦然。时谐电磁场的复数表示形式《电磁场与电磁波理论》5-10（5.1.13）时谐电磁场中场量的复矢量和复振

5、幅矢量（5.1.12）第5章电磁波的辐射时谐电磁场中场量的复矢量和复振幅矢量是一个由其场分量的复振幅组合而成的复矢量。一般没有几何意义，不能用空间一个带箭头的有方向线段来表示它。上述讨论可以推广到其它的场量和其它的坐标系。时谐电磁场的复数表示形式《电磁场与电磁波理论》5-11第5章电磁波的辐射时谐电磁场中场量瞬时值与其复振幅矢量或复振幅的转换时谐电磁场的复数表示形式《电磁场与电磁波理论》5-125.1.2电磁场基本方程的复数形式时域运算与频域运算之间的几种关系麦克斯韦积分方程的复数形式麦克斯韦微分方程的复数形式电磁场基本方程的复数形式结构方程的复数形式第5章电磁波

6、的辐射电磁场基本方程的复数形式与瞬时形式的转换——场量的复振幅矢量之间所满足的基本方程《电磁场与电磁波理论》5-13时域运算与频域运算之间的几种关系（1）加法、减法和数乘运算（设为任意的实常数）假设有几个标量场和矢量场在时域中两个物理量相加减或乘以一个实常数，在频域中两个物理量的复振幅也同样地相加减或乘以一个实常数。第5章电磁波的辐射《电磁场与电磁波理论》5-14在时域物理量对空间坐标进行微分（梯度、散度、旋度、拉普拉斯运算等）或积分（线积分、面积分、体积分），在频域物理量的复振幅也对空间坐标进行同样地微分和积分运算。（2）对空间坐标的微分和积分第5章电磁波的辐射

7、时域运算与频域运算之间的几种关系《电磁场与电磁波理论》5-15在时域物理量对时间进行微分或积分，就相当于在频域物理量的复振幅乘上和除以，其中的表示微分或积分的阶数。（3）对时间坐标的微分和积分第5章电磁波的辐射时域运算与频域运算之间的几种关系《电磁场与电磁波理论》5-16（4）时延的影响讨论位函数的滞后位和超前位时会用到。第5章电磁波的辐射时域运算与频域运算之间的几种关系《电磁场与电磁波理论》5-17麦克斯韦积分方程的复数形式（5.1.28）第5章电磁波的辐射《电磁场与电磁波理论》5-18（5.1.29）第5章电磁波的辐射麦克斯韦微分方程的复数形式《电磁场与电磁波

8、理论》5-