重庆大学《电磁场》课件-电磁能量辐射与天线

《重庆大学《电磁场》课件-电磁能量辐射与天线》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第八章第八章电磁能量辐射与天线电磁能量辐射与天线2011-3-15重庆大学电气工程学院第第88章章电磁能量辐射与天线电磁能量辐射与天线1、电磁辐射机理2、单元偶极子的电磁场3、单元偶极子的辐射功率和辐射电阻4、辐射的方向性和方向图5、线天线与天线阵1.1.电磁辐射机理电磁辐射机理电磁波传输线或波导信号发生器天线图8.1.1辐射系统由线电流定义式I=τv=qvl当电流随时间变化时，可得dIdv=q=qalldtdt设导线的长度为ldIdvl=lql=lqla电磁辐射的基本公式dtdtdIdvl=lql=lqladtdt结论1、没有电荷运动，就不会有辐射。2、假如电荷在导线中做匀速运动，也即导线

2、内流过的是恒定电流，那么：①如果是无限长直导线，辐射不会发生；②如果导线被弯曲或制成V形，使其具有终端或表面制成非连续的，都将产生辐射。3、假如电荷具有加速度，即便是无限长直导线也将产生辐射。2.2.单元偶极子的电磁场单元偶极子的电磁场8.2.1电偶极子的辐射一、天线的形成11从f=LC电路的振荡频率式可知，要提高振荡频率、开放电2πLC路，就必须降低电路中的电容值和电感值。以平行板电容器和长直载流螺线管为例可知sC=LN2V=µεd00即增加电容器极板间距d，缩小极板面积S，图8.2.1电偶极子天线的形成的演示减少线圈数N，就可达到上述目的，具体方式如图所示。可见，开放的LC电路就是大家熟

3、悉的天线！当有电荷（或电流）在天线中振荡时，就激发出变化的电磁场在空中传播。二.电磁辐射的过程当电偶极子p=qd以简谐方式振荡时向外辐射电磁波图8.2.2电偶极子天线π3π图8.2.3E线分别在的场图ωt=0,,π,22某一瞬间E线与H线在空间的分布图8.2.4ωt=时单元偶极子天线0E线与H线分布8.2.2电偶极子的电磁场设:•天线几何尺寸远小于电磁波波长(∆l<<λ),天线上不计推迟效应;•研究的场点远离天线,r>>∆l;•正弦电磁波,i=Isin(ωt+φ)→I"=2Iejφ→I"=jωq"m远离天线P点的动态位为：I"e−jβRµA"=odl∫(J"dv=I"dl)4π∆lR由于r>

4、>∆l,可认为R为常数,近似有R≈r,于是"−jβr"=µ0Ie∆="AleAezzz4πr在球坐标系中，A"的三个分量为A"r=A"zcosθ,A"θ=−A"zsinθ,A"ϕ=0图8.2.5单元偶极子天线的磁矢量B"=∇×A"和∇×H"=jωεE"1e1e1e2rsinrrsinθθrφ11θ""∂∂H=(∇×A)=0µµ∂r∂θA"zcosθ−rA"zsinθ0由此可解得：2"1jβI∆l"e−jβr()sinH=+θφ4π22βrβrH"=H"=0rθ1e1e1e电场可由r2sinθrrsinθθrφ"1"1∂∂E=∇×H=0jωεjωε∂r∂θ0000rsinθH"解得：φ3I"∆

5、l1jβE"−jβrr=e(−)cosθ2r23r32πωεββ3I"lβ∆j1jE"−jβr=e(+−)sinθθr2r23r34πωεβββE"=0φH"=H"=E"=0rθφ2I"∆l1jβ"−jβrH=e(+)sinθφ2r2r4πββ3I"∆l1jβ"=−jβr−cosEre()θ2r23r32πωεββ3I"∆lj1jβ"−jβrE=e(+−)sinθθr2r23r34πωεβββre−jβr≈111.近区(βr<<1,即2π<<1,或r<<λ)公式中忽略的低次项,得λβrH"=H"=E"=0rθφI"∆lsinθH"=φ4r2πI"∆lcosθI"=jωq"P"cosθE"=−

6、jr2πr3p"=q"∆l2πr3ωεε00"=−I"∆lsinθP"sinθEj=θ34r34πωεrπε0o图8.2.6电偶极子的近区E与H线的分布近区场量H"=H"=E"=0rθφI"∆lsinθH"=φ4r2πI"∆lcosθI"=jωq"P"cosθE"=−jr2πr3p"=q"∆l2πr3ωεε00"=−I"∆lsinθP"sinθEj=θ34r34πωεorπε0p()E=2cosθe+sinθe4πεr3rθ0特点：•无推迟效应；•电场与静电场中电偶极子的场相同，磁场与恒定磁场中元电流的场相同，因此有结论：任一时刻，电、磁场的分布规律分别与静态场中电、磁场相同，称之为似稳场。

7、1•E"与H"时间相位差90a,表明S≈Re[E"×H"∗]=0ava2近区内只有电磁能量交换，没有波的传播（辐射）。12.远区（亦称辐射区）因为βr>>1或，含有r>>λ的高次项可以忽略βrH"r=H"=E"=0远区场量θφ2I"∆l1jβH"=H"=E"=E"=0H"=e−jβr(+)sinθrθφrφ2r2r4πββ""βI∆l−jβr3I"∆l1jH=jsinθeβφ"=−jβr−cosEre()θ4