电磁场与电磁波8.ppt

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1、第8章电磁辐射由动态位的达朗贝尔方程的解—滞后位求元电流的辐射场,再利用叠加原理求解线天线和阵列天线的辐射问题。第8章电磁辐射电磁波由波源产生后脱离波源传播的现象称为电磁波的辐射。按规定的方式有效地辐射电磁波的装置称为辐射器或天线。2021/9/22第8章　电磁辐射第8章电磁辐射基本的辐射元载有高频电流的线元(电偶极子)载有高频电流的小圆环(磁偶极子)（利用对偶关系，载流小圆环的电磁场可由载流线元的电磁场获得。）2021/9/23第8章　电磁辐射第8章电磁辐射天线的种类线天线用在长、中、短波和超短波波段。由导线上的电流元通过积分来计算远区的场。面天线包括喇叭天线、

2、抛物面天线、透镜天线。用在微波波段。由口径面上已知的场通过积分来计算远区的辐射场。天线阵（复合天线）为提高或改善增益、实现所需要的方向性，采用由多个简单天线适当的排列成复合天线。2021/9/24第8章　电磁辐射第8章电磁辐射中、短波发射天线微波接力天线2021/9/25第8章　电磁辐射第8章电磁辐射卡塞格仑天线MMDS—A型微波天线2021/9/26第8章　电磁辐射第8章电磁辐射喇叭天线口径口径抛物面天线口径透镜天线2021/9/27第8章　电磁辐射第8章电磁辐射有源区时变电磁场及其动态位满足的微分方程2021/9/28第8章　电磁辐射第8章电磁辐射对于电磁波的

3、传播问题(无源区)，场量与动态位满足相同的微分方程，直接求解场量。对于电磁波的辐射问题(有源区，涉及辐射源与辐射场)，用动态位处理更简单。2021/9/29第8章　电磁辐射第8章电磁辐射辐射场的分析方法电磁波的辐射涉及波源与由它辐射的电磁波的相互作用。严格求解在数学上往往遇到很大的困难。实际上是采用近似解法：假定波源分布，计算此波源辐射的电磁波，即求解非齐次波动方程。2021/9/210第8章　电磁辐射本章内容8.1滞后位8.2电偶极子的辐射8.3电与磁的对偶性8.4磁偶极子的辐射8.5天线的基本参数8.6对称天线8.7天线阵8.8口径场辐射2021/9/211第

4、8章　电磁辐射8.1滞后位在洛仑兹条件下，动态矢量位和标量位的达朗贝尔方程(非齐次的波动方程)时变电荷与时变电流产生动态位。2021/9/212第8章　电磁辐射8.1滞后位两个非齐次波动方程实际上是四个相似的标量方程，只要求解一个标量方程，就可采用类比的方法求解出矢量位的方程。达朗贝尔方程是线性的，解具有可叠加性。可先求出点元的位函数，再利用叠加原理，求任意分布源的位函数。2021/9/213第8章　电磁辐射8.1滞后位在均匀、线性、各向同性、无损耗的无界空间，时变体电荷(r,t)分布在有限空间，动态标量位满足：直接求解需要较多的数学知识，这里采用与静态场类比的

5、方法导出解。先设场源为位于坐标原点的时变点电荷，求出其解。再采用叠加原理推出任意分布的时变体电荷的解。2021/9/214第8章　电磁辐射8.1滞后位在坐标原点之外整个空间，标量位满足的方程在球坐标中，位函数球对称分布(r,t)，上式可简化为2021/9/215第8章　电磁辐射8.1滞后位令代入上式可得波动方程式中，2021/9/216第8章　电磁辐射8.1滞后位该方程的通解为式中，　　和　　　分别表示以　　　和　　　　为变量的任意函数。2021/9/217第8章　电磁辐射8.1滞后位位函数为第一项代表向外辐射出去的球面波，第二项代表向内汇聚的球面波。在讨论电磁

6、波辐射问题时，第二项没有实际意义，舍去，有2021/9/218第8章　电磁辐射8.1滞后位为得到f的具体函数形式，将与位于坐标原点的静止点电荷的电位比较可得：2021/9/219第8章　电磁辐射8.1滞后位位于坐标原点的时变点电荷的标量位为若电荷元位于r′，则在场点r处产生的标量位为yzxPO2021/9/220第8章　电磁辐射8.1滞后位按叠加原理可得体积Ｖ内分布的时变电荷源产生的标量位为yzxPO2021/9/221第8章　电磁辐射8.1滞后位在直角坐标系中（时变体电流J(r,t)已知）可表示为2021/9/222第8章　电磁辐射8.1滞后位将各分量满足的非齐

7、次方程与比较可得2021/9/223第8章　电磁辐射8.1滞后位将三个分量合成后得时变体电流源产生的矢量位为yzxPO2021/9/224第8章　电磁辐射8.1滞后位非齐次波动方程在无界空间的解为其中，2021/9/225第8章　电磁辐射8.1滞后位时变面电荷与时变面电流产生的滞后位为2021/9/226第8章　电磁辐射8.1滞后位时变线电荷与时变线电流产生的滞后位为2021/9/227第8章　电磁辐射8.1滞后位解的物理意义：在r点处，t时刻的位函数不是由此时刻的源分布情况决定的，而是由较早时刻的源分布决定的，即场点处的位函数变化滞后于源的变化。滞后的时间等于源

8、的变化以速