第23讲 电磁波的辐射(2)

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1、第23讲电磁波的辐射（2）59一，磁基本振子的辐射59n磁基本振子的辐射场•磁基本振子：n半径为a（）n细导线小圆环n载有高频均匀时谐电流•细导线小圆环的周长远小于波长时，流过圆环的时谐电流振幅和相位处处相同，磁基本振子称为磁偶极子59其矢量位A为式中的积分严格计算比较困难，但因r′=a<<λ，所以其中的指数因子可以近似为59式中已经考虑了并且忽略高次项，矢量磁位的近似表达式为其中后一项的积分为零。59该式中是复矢量。于是有59代入可得磁基本振子的磁场为59另外，由59磁基本振子的远区辐射场：59磁基本振子

2、的远区辐射场具有以下特点：①磁基本振子的辐射场也是TEM非均匀球面波。②。③电磁场与1/r成正比。④与电基本振子的远区场比较，只是E、H的取向互换，远区场的性质相同。59磁基本振子的平均坡印廷矢量为：59在球面上进行积分，得到其辐射功率为以空气的波阻抗代入上式，有59辐射电阻为59例将周长为的细导线绕成圆环，以构造磁基本振子，求此磁基本振子的辐射电阻。解：此磁基本振子的辐射电阻为长度为此磁基本振子周长的电基本振子的辐射电阻远比磁基本振子的辐射电阻大，即电基本振子的辐射能力大于磁基本振子的辐射能力。5

3、9例沿z轴放置大小为为的电基本振子，在xoy平面上放置大小为的磁基本振子，它们的取向和所载电流的频率相同，中心位于坐标原点，求它们的辐射电场强度。解：电基本振子和磁基本振子在空间任意点产生的合成辐射场为59这是一椭圆极化波。当时是右旋圆极化波。59二，对偶原理引入假想的磁荷和磁流概念之后，磁荷与磁流也产生电磁场，因此麦克斯韦方程组可修改为59上式称为广义麦克斯韦方程组。式中下标m表示磁量；Jm是磁流密度，其量纲为；ρm是磁荷密度，其量纲为(韦伯每立方米)。第二式的等号右边用负号，表示电流与磁场之间有右手螺

4、旋关系。59在无界的简单媒质中，如果存在“电源”J、ρ，它们产生的电磁场用Ee、He表示，则其满足的麦克斯韦方程组为59如果存在“磁源”Jm、ρm，它们产生的电磁场用Em、Hm表示，则其满足的麦克斯韦方程组为59可见存在如下对偶量59例应用对偶原理，求磁基本振子的远区辐射场。解：引入假想的磁荷与磁流概念之后，载流细导线小圆环可等效为相距dl，两端磁荷分别为+qm和-qm的磁偶极子，其磁偶极距由此可得磁基本振子的磁流59其对应的磁流复量为如果定义磁偶极子对应的磁流元为Imdl，那么它与电流环的关系为或595

5、9三，天线的电参数天线的作用是发射和接收电磁波，为了评价天线的技术性能，，必须规定一些能够表征天线性能的参数。本节主要介绍辐射方向图，辐射效率，增益系数，输入阻抗和极化形式。591，，辐射方向图（1）方向性函数和方向图离开天线一定距离处，描述天线的辐射电磁场强度在空间的相对分布情况的数学表示式称为天线的方向性函数，用图形表示出来就是方向图。式中

6、Emax

7、是

8、E(θ，φ)

9、的最大值59例如电基本振子的方向性函数为，其方向图为电基本振子的方向图59对于线天线，包含天线导线轴的平面，称为E面，垂直于天线导线轴的

10、平面称为H面；对于面天线，E面是指平行于天线口面上电场矢量方向的平面，H面指平行于天线口面磁场方向的平面。59天线方向图的波瓣59（1）主瓣宽度（2）副瓣电平（3）前后向抑制比后瓣最大辐射方向上的功率密度Sa与主瓣最大辐射方向上的功率密度S0之比的对数值，称为前后向抑制比，即592，方向性系数天线在最大辐射方向上远区某点的功率密度与辐射功率相同的理想无方向性天线在同一点的功率密度之比，为天线的方向性系数。59天线的辐射功率等于在半径为r的球面功率密度进行面积分，也就是59对于理想的无方向性天线，因其在空间各

11、个方向上具有相同的辐射，故其辐射功率为59再考虑条件——辐射功率相同，即Pr=Pro，则若F(θ，φ)=F(θ)，即天线方向图轴对称(与φ无关)时，则59不同天线都取理想无方向性天线作为标准进行比较，因此能比较出不同天线最大辐射的相对大小，即方向性系数能比较不同天线方向性的强弱。59因此对于理想的无方向性天线，因其方向性系数D=1，故有59某天线的方向性系数，表征该天线在其最大辐射方向上比起无方向性天线来说把辐射功率增大了D倍。例如为了在空间一定距离的M点产生一定的场强，若使用无方向性天线，需要馈给无方向性

12、天线10W的辐射功率；但是若使用方向性系数D=10的有方向性天线，并将有方向性天线对准M点，就只需1W的辐射功率。59例计算电基本振子的方向性系数。解：电基本振子的方向性函数F(θ，φ)=sinθ，故其方向性系数为593，辐射效率天线的辐射效率(RadiationEfficiency)表征天线能否有效地转换能量，定义为天线的辐射功率与输入到天线上的功率(输入功率)之比：式中的PL表示天线的总损耗功率。通常，发射天