电磁场理论小班第5讲（王园）——辐射、衍射、散射.ppt

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1、王园电磁场理论小班授课第五讲电磁波的辐射、衍射和散射电子科技大学●产生电磁波的振荡源一般为天线。随着振荡源频率的提高使电磁波的波长与天线尺寸可相比拟时，就会产生显著的辐射。●对于天线，我们关心的是它的辐射场强、方向性、辐射功率和效率。●从辐射原理可将天线分为线天线和面天线。电磁波的辐射其解为：滞后位yzxP动态矢量位和动态标量位：在洛伦兹条件下，其方程为滞后位时谐电磁场的位函数电偶极子是一种基本的辐射单元，是长度l远小于波长的直线电流元，线上电流是均匀的，且相位相同。由于电流元代入得电偶极子的矢量位电偶极子的辐射yzxlPzxy在球坐标系中由此得到电偶极子的

2、电磁场：电偶极子周围的空间划分为三个区域：近场区远场区过渡区远区场近区场中间场1、近区场：准静态场（1）电场和磁场存在／2的相位差，能量在电场和磁场以及场与源之间交换，没有辐射，所以近区场也称感应场。（2）电场表达式与静电偶极子的电场表达式相同；磁场表达式与用毕奥一萨伐定律计算的恒定电流元产生的磁场表达式相同。因此称其为似稳场或准静态场。近区场的特点：2、远区场（辐射场）：zyyx电偶极子的方向图远区场的特点：远区场是横电磁波，电场、磁场和传播方向相互垂直远区场电磁场振幅比等于媒质的本征阻抗远区场是非均匀球面波，电磁场振幅与1/r成正比远区场具有方向性，按

3、sinθ变化辐射功率辐射电阻——辐射电阻低平均功率流密度为远区场的辐射功率电磁波的衍射电磁波在传播过程中遇到线度远大于波长的障碍物或小孔时，电磁波的传播方向将偏离原来的传播方向而进入几何阴影区内，且在接收屏上出现明暗相间的条纹，这种现象称为电磁波的衍射。s1s0s1s0要解决的问题：已知入射波，求通过小孔后在屏右半空间各点的电磁场。——复杂的边值问题，采用近似解法。假设小孔和屏左侧的场已知基尔霍夫公式静态为拉氏方程区域V的Green函数时变场设为Ei或Hi,则利用Green恒等式，也可将V内的用边界面上的和表示出来式中称为亥姆霍兹方程的Green函数满足方程

4、曲面上每一点都可以看作次级波源，V内的波可以看作曲面S所有点上的次级波源发出的子波的叠加。——惠更斯原理其解可以表示为的线性叠加小孔衍射s2s1s0为运用基尔霍夫公式，需知道S上的和1.S0上的和等于入射波的值，即和无屏存在时的值相同2.在屏S1右侧上假设屏对入射波产生的扰动，特别是在孔边缘，入射波受较大扰动，故、与原来值不同。但当孔的线度远大于波长时，孔面大部分场受扰动不大，可以忽略。而S1上，只有小孔附近的和才不为零。还可以证明基尔霍夫公式，在无限大的半球面S2上积分为零于是如果入射波为平面波——夫琅和费衍射如果入射波垂直入射到屏上小孔，即在面天线分析中

5、，常常遇到不同形状和尺寸的口径面的辐射问题对于天线辐射问题，通常关心两个主平面上的场分布。即惠更斯元辐射矩形平面口径如果入射波为球面波——菲涅尔衍射电磁波的散射当一定频率的入射波照射到小物体（线度远小于波长）时，物体在外场作用下，感应出与外场同频率振荡电钜和磁矩。这些随时间变化的电矩和磁矩作为偶极子天线再辐射，把入射波的能量向四周辐射出去，这种现象称为散射，小物体称为散射体。平面波照射小球，在小球附近可将入射波看作均匀场感应的电矩散射场散射波的平均坡印廷矢量给定方向n上单位立体角内散射功率的平均值微分散射截面散射截面对于以上讨论的小球散射——瑞利散射小球散射

6、具有方向性即在来波的前向和后向散射最强高频波较低频波散射更强——天空是蓝色的继续课堂测试祝大家身心健康、学业有成！谢谢同学们！谢谢！