第8章電磁輻射

1、第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版1分類(lèi)分析時(shí)變電磁場(chǎng)問(wèn)題分類(lèi)分析時(shí)變電磁場(chǎng)問(wèn)題第第4章章電磁波的電磁波的典型代表典型代表電磁波的電磁波的傳輸傳輸共性問(wèn)題共性問(wèn)題個(gè)性問(wèn)題個(gè)性問(wèn)題電磁波的電磁波的輻射輻射 第第5、 第第7章章第第8章章均勻平面波均勻平面波波導(dǎo)波導(dǎo)天線(xiàn)天線(xiàn)0tjt6 6章章第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版2第7章電磁場(chǎng)與電磁波

2、電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版3 產(chǎn)生電磁波的振蕩源一般為天線(xiàn)，因此對(duì)電磁輻射的研究也主產(chǎn)生電磁波的振蕩源一般為天線(xiàn)，因此對(duì)電磁輻射的研究也主要針對(duì)天線(xiàn)。要針對(duì)天線(xiàn)。 天線(xiàn)能有效工作的前提條件是其尺寸較為接近或大于（包括遠(yuǎn)天線(xiàn)能有效工作的前提條件是其尺寸較為接近或大于（包括遠(yuǎn)大于）工作波長(zhǎng)。通常關(guān)心它的大于）工作波長(zhǎng)。通常關(guān)心它的輻射參數(shù)輻射參數(shù)（波束寬度、極化方式、（波束寬度、極化方式、增益、輻射場(chǎng)強(qiáng)，等）和增益、輻射場(chǎng)強(qiáng)，等）和電路參數(shù)電路參數(shù)（反射系數(shù)、輸入阻抗，等）。（反射系

3、數(shù)、輸入阻抗，等）。 天線(xiàn)的形式在傳統(tǒng)上可分為天線(xiàn)的形式在傳統(tǒng)上可分為線(xiàn)天線(xiàn)線(xiàn)天線(xiàn)和和口徑天線(xiàn)口徑天線(xiàn)兩大類(lèi)。兩大類(lèi)。 本章由本章由滯后位的概念滯后位的概念出發(fā)，先求解出發(fā)，先求解元電流元電流的輻射場(chǎng)的輻射場(chǎng)，再利用，再利用疊疊加原理加原理求解線(xiàn)天線(xiàn)的輻射問(wèn)題。求解線(xiàn)天線(xiàn)的輻射問(wèn)題。第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版4關(guān)于天線(xiàn)的基本問(wèn)題關(guān)于天線(xiàn)的基本問(wèn)題在無(wú)限大的均勻介質(zhì)背景（無(wú)耗）在無(wú)限大的均勻介質(zhì)背景（無(wú)耗）求解區(qū)域存在振蕩的電流激勵(lì)源求解區(qū)域存在振蕩的電流激勵(lì)源

4、問(wèn)題描述為：?jiǎn)栴}描述為： 已知：已知： 求：求：( , )r tJ( , ) , H( , )r tr tE y yz zx xP PrrVrrVd第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版5n 回顧波動(dòng)方程回顧波動(dòng)方程 麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組 波動(dòng)方程波動(dòng)方程: :222JHHt 222J1EEtt對(duì)于含源的問(wèn)題，求解位函數(shù)的波動(dòng)方程相比求場(chǎng)的波動(dòng)方程更簡(jiǎn)單22cAk AJ jc A第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教

5、育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版6首先求解無(wú)限大均勻介質(zhì)中的位函數(shù)首先求解無(wú)限大均勻介質(zhì)中的位函數(shù)利用輔助位與場(chǎng)的關(guān)系給出電磁場(chǎng)利用輔助位與場(chǎng)的關(guān)系給出電磁場(chǎng)步驟為：步驟為： （1）求解位函數(shù)的波動(dòng)方程）求解位函數(shù)的波動(dòng)方程 （2）通過(guò)位函數(shù)確定場(chǎng)）通過(guò)位函數(shù)確定場(chǎng)22cAk AJ jc A分析方法分析方法AB1)tj AEEH( 或第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版7 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 8.1 滯后位滯后位 8.2 電偶極

6、子的輻射電偶極子的輻射 8.5 天線(xiàn)的基本參數(shù)天線(xiàn)的基本參數(shù) 8.6 對(duì)稱(chēng)天線(xiàn)對(duì)稱(chēng)天線(xiàn)第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版81( ,)1( , )d41( ,)( , )d4VVr trrvr tVrrJ r trrvA r tVrry yz zx xP PrrVrrVd1.1.無(wú)限大均勻媒質(zhì)空間中無(wú)限大均勻媒質(zhì)空間中波動(dòng)方程的解（波動(dòng)方程的解（時(shí)變情況時(shí)變情況）8.1 8.1 滯后位滯后位在洛侖茲條件下在洛侖茲條件下222222tt AAJ第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與

7、電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版9 換言之，觀察點(diǎn)處位函數(shù)隨時(shí)間的變化總是滯后于源隨時(shí)間換言之，觀察點(diǎn)處位函數(shù)隨時(shí)間的變化總是滯后于源隨時(shí)間的變化。滯后的時(shí)間是電磁波從源所在位置傳到觀察點(diǎn)所需的時(shí)的變化。滯后的時(shí)間是電磁波從源所在位置傳到觀察點(diǎn)所需的時(shí)間，故時(shí)變場(chǎng)的位函數(shù)也稱(chēng)為間，故時(shí)變場(chǎng)的位函數(shù)也稱(chēng)為滯后位滯后位或或推遲位推遲位。物理意義物理意義： 時(shí)刻時(shí)刻 t 空間任意一點(diǎn)空間任意一點(diǎn) r 處的位函數(shù)并不取決于該時(shí)刻的電流和處的位函數(shù)并不取決于該時(shí)刻的電流和電荷分布，而是取決于比電荷分布，

8、而是取決于比 t 較早的時(shí)刻較早的時(shí)刻 的電流或的電流或電荷分布。時(shí)間電荷分布。時(shí)間 正好是電磁波以速度正好是電磁波以速度 從源從源點(diǎn)點(diǎn) 傳到場(chǎng)點(diǎn)傳到場(chǎng)點(diǎn) 所需的時(shí)間。所需的時(shí)間。/rrv/ttrrvr1/vr 例如例如：日光是一種電磁波，在某處某時(shí)刻見(jiàn)到的日光并不是：日光是一種電磁波，在某處某時(shí)刻見(jiàn)到的日光并不是該時(shí)刻太陽(yáng)所發(fā)出的，而是在大約該時(shí)刻太陽(yáng)所發(fā)出的，而是在大約8 8分分2020秒前太陽(yáng)發(fā)出的，秒前太陽(yáng)發(fā)出的，8 8分分2020秒內(nèi)光傳播的距離正好是太陽(yáng)到地球的平均距離。秒內(nèi)光傳播的距離正好是太陽(yáng)到地球的平均距離。第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高

9、等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版10 144jkVjkVedVedVrrrrrrrrJ rA rrr BA1jj EAEH（或）0 jA 2222JAA2.2.無(wú)限大均勻媒質(zhì)空間中無(wú)限大均勻媒質(zhì)空間中波動(dòng)方程的解（時(shí)諧情況）波動(dòng)方程的解（時(shí)諧情況）第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版11JAAB1EHjn 根據(jù)天線(xiàn)上的電流分布計(jì)算天線(xiàn)之外電磁場(chǎng)的一般過(guò)程：根據(jù)天線(xiàn)上的電流分布計(jì)算天線(xiàn)之外電磁場(chǎng)的一般過(guò)程：第7

10、章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版12 li線(xiàn)流元線(xiàn)流元Il電偶極子電偶極子( )q t( )q td ( )q tidtIj qjl Il qpe8.2 8.2 電偶極子的輻射電偶極子的輻射最基本的輻射單元：元電流（最基本的輻射單元：元電流（ ） , , sJdvJ dsIdl 第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版131 1、任何線(xiàn)天線(xiàn)均可看成是

11、由很多線(xiàn)電流元連續(xù)分布形成的，、任何線(xiàn)天線(xiàn)均可看成是由很多線(xiàn)電流元連續(xù)分布形成的，電流元電流元Idl是線(xiàn)天線(xiàn)的基本單元。很多面天線(xiàn)也可直接根據(jù)面是線(xiàn)天線(xiàn)的基本單元。很多面天線(xiàn)也可直接根據(jù)面上的電流分布求解其輻射特性（上的電流分布求解其輻射特性（Jsds）。）。2 2、電流元的電磁輻射具有、電流元的電磁輻射具有代表性代表性，它具備的很多特性也是任，它具備的很多特性也是任何其它天線(xiàn)所共有的。何其它天線(xiàn)所共有的。研究意義：研究意義：第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版141

12、1、 電偶極子的電磁場(chǎng)電偶極子的電磁場(chǎng)()( )d4jk rrVJ r eA rVrre( )d 4ed 4e4jkrzcjkrzcjkrzA re I zrIezrIler任意分布激勵(lì)電流產(chǎn)生的矢量位為：任意分布激勵(lì)電流產(chǎn)生的矢量位為：線(xiàn)分布電流元矢量位的解為：線(xiàn)分布電流元矢量位的解為：電偶極子是長(zhǎng)度電偶極子是長(zhǎng)度 l 遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的直線(xiàn)電流遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的直線(xiàn)電流元，線(xiàn)上電流是均勻的，且相位相同。元，線(xiàn)上電流是均勻的，且相位相同。yzxlP Pr第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社

13、 出版出版15 coscos e4rrjkrzArA eIlAr( )sinsin4jkrzArA eIlAer ( )0ArA e天線(xiàn)問(wèn)題通常在球坐標(biāo)系下討論天線(xiàn)問(wèn)題通常在球坐標(biāo)系下討論zxyrAAA zO第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版16ArrAArerererAHrrsinsinsin1122sin11jjsinsinrrerereEHrrHrHrH2j2sinj1e4()k rk Ilekrkr33jj2323cos1jsinj1jee2()()4()()

14、krkrrk Ilk Ileekrkrkrkrkr由此得到電偶極子的電磁場(chǎng)：由此得到電偶極子的電磁場(chǎng)：第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版17 電偶極子周?chē)目臻g劃分為三電偶極子周?chē)目臻g劃分為三個(gè)區(qū)域：個(gè)區(qū)域： 近場(chǎng)區(qū)：近場(chǎng)區(qū)： 遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)：遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)： 過(guò)渡區(qū)：過(guò)渡區(qū)：1kr1kr遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)近場(chǎng)區(qū)近場(chǎng)區(qū)過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)2j200sinj1e4()rkrHHk IlHkrkr3j233j23cos1je2()()sinj1je4()()0krrkrk IlEkrkrk IlEk

15、rkrkrE寫(xiě)成分量形式寫(xiě)成分量形式第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版18j23111, e1()()k rkrkrkr1kr1. 1. 近區(qū)場(chǎng)近區(qū)場(chǎng)：jIq332cosj2sinj4sin4rIlErIlErIlHr e33e332coscos22sinsin42sin4rpqlErrpqlErrIlHr準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)（時(shí)諧表達(dá)而已）（時(shí)諧表達(dá)而已）3j233j232j2cos1je2()()sinj1je4()()sinj1e4()krrkrkrk IlEkrk

16、rk IlEkrkrkrk IlHkrkr第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版19（1）電場(chǎng)表達(dá)式與靜電偶極子的電場(chǎng)表達(dá)式相同；磁場(chǎng)表達(dá)式）電場(chǎng)表達(dá)式與靜電偶極子的電場(chǎng)表達(dá)式相同；磁場(chǎng)表達(dá)式 與用畢奧一薩伐定律計(jì)算的恒定電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)表達(dá)式與用畢奧一薩伐定律計(jì)算的恒定電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)表達(dá)式 相同。因此稱(chēng)其為相同。因此稱(chēng)其為似穩(wěn)場(chǎng)似穩(wěn)場(chǎng)或或準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)。 近區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn)近區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn)：（2）電場(chǎng)和磁場(chǎng)存在）電場(chǎng)和磁場(chǎng)存在 2的相位差，能量在電場(chǎng)和磁場(chǎng)以及場(chǎng)的相位差，能量

17、在電場(chǎng)和磁場(chǎng)以及場(chǎng) 與源之間交換，沒(méi)有輻射，所以近區(qū)場(chǎng)也稱(chēng)與源之間交換，沒(méi)有輻射，所以近區(qū)場(chǎng)也稱(chēng)感應(yīng)場(chǎng)感應(yīng)場(chǎng)。注：只是表達(dá)式相同，本章在此處是并不體現(xiàn)時(shí)間變量的時(shí)諧表達(dá)！與靜態(tài)場(chǎng)有注：只是表達(dá)式相同，本章在此處是并不體現(xiàn)時(shí)間變量的時(shí)諧表達(dá)！與靜態(tài)場(chǎng)有本質(zhì)的不同。本質(zhì)的不同。注：僅以起主要作用的項(xiàng)而言。注：僅以起主要作用的項(xiàng)而言。第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版202. 2. 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)（輻射場(chǎng)）（輻射場(chǎng)）：1kr32)(1)(11krkrkrjjsinje2sin

18、je2krkrIlErIlHr2jjsinje4sinje4krkrIlkErIlkHr3j233j232j2cos1je2()()sinj1je4()()sinj1e4()krrkrkrk IlEkrkrk IlEkrkrkrk IlHkrkrk2k第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版21 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的特點(diǎn)：l 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的電場(chǎng)只有遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的電場(chǎng)只有E分量，磁場(chǎng)只有分量，磁場(chǎng)只有H分量，遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是輻射分量，遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是輻射場(chǎng)，電磁波沿場(chǎng)，電磁波沿r方向傳播；方向傳播；l

19、遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是橫電磁波（遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是橫電磁波（TEM波），電場(chǎng)、磁場(chǎng)和傳播方向相波），電場(chǎng)、磁場(chǎng)和傳播方向相互垂直互垂直; 遠(yuǎn)區(qū)電、磁場(chǎng)的振幅比等于媒質(zhì)的本征阻抗，電場(chǎng)遠(yuǎn)區(qū)電、磁場(chǎng)的振幅比等于媒質(zhì)的本征阻抗，電場(chǎng)和磁場(chǎng)相位相同；和磁場(chǎng)相位相同；l 無(wú)論電場(chǎng)還是磁場(chǎng)，空間相位因子均為無(wú)論電場(chǎng)還是磁場(chǎng)，空間相位因子均為e-jkr，等，等r的球面為等的球面為等相位面，在等相位面上電相位面，在等相位面上電(磁磁)場(chǎng)振幅不處處相等，因此遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)振幅不處處相等，因此遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)為場(chǎng)為非均勻球面波非均勻球面波；l 場(chǎng)的振幅與場(chǎng)的振幅與r成反比，功率逐漸擴(kuò)散；成反比，功率逐漸擴(kuò)散；l 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)具有遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)具有方向性方向性，按方向性

20、因子，按方向性因子sin變化。變化。第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版22Xoy面內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)與角度的關(guān)系面內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)與角度的關(guān)系z(mì) zyEyxEzxyzE =0=00 0 ：無(wú)輻射：無(wú)輻射 =90=900 0: : 輻射最強(qiáng)輻射最強(qiáng)Yoz面內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)與角度的關(guān)系面內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)與角度的關(guān)系對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)方向性因子的進(jìn)一步分析對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)方向性因子的進(jìn)一步分析方向性的三維體現(xiàn)方向性的三維體現(xiàn)第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教

21、育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版23*av22*211ReRe221sinRe22222rrrrSEHe Ee HEIle E HeeHer輻射功率輻射功率SrSSPdav輻射電阻輻射電阻220280()rrPlRI 輻射電阻較低輻射電阻較低平均功率流密度平均功率流密度 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的輻射功率遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的輻射功率2222000sin()sind d()223rrIlIlee rr 222040()lI第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版24小 結(jié)位函數(shù)位函數(shù)波動(dòng)方

22、程波動(dòng)方程電基本振子電基本振子位函數(shù)位函數(shù)電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)近區(qū)場(chǎng)近區(qū)場(chǎng)滯后位滯后位第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版25 例例8.2.1 頻率為頻率為10MHz的功率源饋送給空氣中電偶極子的電的功率源饋送給空氣中電偶極子的電流為流為25A ，設(shè)電偶極子的長(zhǎng)度為，設(shè)電偶極子的長(zhǎng)度為50 cm ，試計(jì)算：，試計(jì)算： （1）赤道平面上離原點(diǎn)）赤道平面上離原點(diǎn)10 km 處的電場(chǎng)和磁場(chǎng)；處的電場(chǎng)和磁場(chǎng)； （2）赤道面上）赤道面上r =10 km 處的平均功率密度處的平

23、均功率密度 ； （3）輻射電阻。）輻射電阻。解解：（1 1）22rad/m15kfc33210 10101153kr 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)332j3j2.1 100j6j2.1 10sinej7.854 10 eV/m4sinjej20.83 10 eA/m4krkrIlkEjrIlkHr 故故第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版26（2 2）292avsin81.8 10W/m22rrIlSeer（3 3）22080 ()0.22 rlR第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子

24、科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版278.5 天線(xiàn)的電參數(shù)1 1）、方向函數(shù)）、方向函數(shù)方向函數(shù)：方向函數(shù)：描述天線(xiàn)的輻射強(qiáng)度與空間方位之間的函數(shù)關(guān)系，分場(chǎng)強(qiáng)描述天線(xiàn)的輻射強(qiáng)度與空間方位之間的函數(shù)關(guān)系，分場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)和功率方向函數(shù)。方向函數(shù)和功率方向函數(shù)。( , )sinf 場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù) ：由輻射場(chǎng)電場(chǎng)表達(dá)式中與方位有關(guān)的表達(dá)式由輻射場(chǎng)電場(chǎng)表達(dá)式中與方位有關(guān)的表達(dá)式組成。如電流元場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)為：組成。如電流元場(chǎng)強(qiáng)方向函數(shù)為：( , )f 2( , )( , )Pf 功率方向函數(shù)功率方向函數(shù) ：

25、由坡印廷矢量表達(dá)式，可得：由坡印廷矢量表達(dá)式，可得：( , )P 21Re22ESEHS第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版28歸一化方向函數(shù)歸一化方向函數(shù) ：為便于對(duì)不同天線(xiàn)的方向性進(jìn)行比較，往為便于對(duì)不同天線(xiàn)的方向性進(jìn)行比較，往往將方向函數(shù)對(duì)其最大值進(jìn)行歸一化，即：往將方向函數(shù)對(duì)其最大值進(jìn)行歸一化，即：( , )F max( , )( , )fFf 用于描述天線(xiàn)輻射場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)用于描述天線(xiàn)輻射場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)/ /功率密度（歸一化模值）隨方位變化功率密度（歸一化模值）隨方位變化

26、的曲線(xiàn)（二維）或曲面（三維）圖。的曲線(xiàn)（二維）或曲面（三維）圖。2 2）、方向圖）、方向圖電偶極子電偶極子方向圖方向圖注：歸一化方向函數(shù)的最大值等于注：歸一化方向函數(shù)的最大值等于1 1。線(xiàn)。線(xiàn)電流元，電流元， 。( , )sinF 第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版29說(shuō)明：天線(xiàn)方向圖通常在與場(chǎng)矢量相平行的兩個(gè)平面內(nèi)繪制：說(shuō)明：天線(xiàn)方向圖通常在與場(chǎng)矢量相平行的兩個(gè)平面內(nèi)繪制：E E平面：平面：通過(guò)最大輻射方向，且與通過(guò)最大輻射方向，且與電場(chǎng)矢量平行的平面；電場(chǎng)矢量平行

27、的平面；H H平面：平面：通過(guò)通過(guò)最大輻射方向，且最大輻射方向，且與與磁場(chǎng)矢量平行的平面；磁場(chǎng)矢量平行的平面；注：方向圖可由極坐標(biāo)表示，也可用直角坐標(biāo)表示：注：方向圖可由極坐標(biāo)表示，也可用直角坐標(biāo)表示：極坐標(biāo)極坐標(biāo)直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)E平面平面H平面平面電偶極子方向圖電偶極子方向圖第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版303 3）、主瓣寬度）、主瓣寬度 主瓣寬度是衡量天線(xiàn)在主瓣寬度是衡量天線(xiàn)在最大輻射方向最大輻射方向附近能量集中程度的物理量。附近能量集中程度的物理量。半功率主

28、瓣寬度半功率主瓣寬度零功率主瓣寬度零功率主瓣寬度 半功率波瓣寬度半功率波瓣寬度 ：功率方向圖中最大輻射方向兩側(cè)兩個(gè)半功率功率方向圖中最大輻射方向兩側(cè)兩個(gè)半功率點(diǎn)之間的角寬度，或場(chǎng)強(qiáng)方向圖中最大場(chǎng)強(qiáng)的點(diǎn)之間的角寬度，或場(chǎng)強(qiáng)方向圖中最大場(chǎng)強(qiáng)的 兩點(diǎn)之間的角寬度；兩點(diǎn)之間的角寬度； 零功率波瓣寬度：零功率波瓣寬度：方向圖中最大值點(diǎn)兩邊第一個(gè)零點(diǎn)間的角寬度。方向圖中最大值點(diǎn)兩邊第一個(gè)零點(diǎn)間的角寬度。120.52第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版314 4）、副瓣電平）、副瓣電

29、平SLLSLL 離主瓣最近且幅度最高的波瓣的電平與主瓣電平的比值離主瓣最近且幅度最高的波瓣的電平與主瓣電平的比值, ,稱(chēng)為第一稱(chēng)為第一副瓣電平，一般以分貝值（副瓣電平，一般以分貝值（dBdB）表示。）表示。maxE1maxE主瓣：輻射的主要角度區(qū)域主瓣：輻射的主要角度區(qū)域第一副瓣第一副瓣1max1max20lgESLLE注：天線(xiàn)的副瓣往往是不可避免的，但其電平值一般是需要被抑制的，注：天線(xiàn)的副瓣往往是不可避免的，但其電平值一般是需要被抑制的，以避免在不需要的方向上產(chǎn)生或受到干擾！以避免在不需要的方向上產(chǎn)生或受到干擾！第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版

30、社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版325）、）、天線(xiàn)的極化天線(xiàn)的極化天線(xiàn)的極化取決于其輻射的電磁波的極化方式（一般針對(duì)主向）天線(xiàn)的極化取決于其輻射的電磁波的極化方式（一般針對(duì)主向）。 天線(xiàn)的極化方式包括：線(xiàn)極化、圓極化，橢圓極化。天線(xiàn)的極化方式包括：線(xiàn)極化、圓極化，橢圓極化。對(duì)于線(xiàn)極化，一般根據(jù)天線(xiàn)輻射電磁波的電場(chǎng)的方向平行于水平面對(duì)于線(xiàn)極化，一般根據(jù)天線(xiàn)輻射電磁波的電場(chǎng)的方向平行于水平面或俯仰面又分為水平極化、垂直極化（以最大方向參考）！或俯仰面又分為水平極化、垂直極化（以最大方向參考）！實(shí)際的無(wú)線(xiàn)收發(fā)應(yīng)用中，發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)的極化方式必須

31、要匹實(shí)際的無(wú)線(xiàn)收發(fā)應(yīng)用中，發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)的極化方式必須要匹配（即一致）或至少提供分量覆蓋的可能性。配（即一致）或至少提供分量覆蓋的可能性。6）、輻射效率與輻射電阻、輻射效率與輻射電阻rrAirLPPPPP 輻射效率輻射效率 ：天線(xiàn)輻射功率與天線(xiàn)輻射功率與有效輸入功率有效輸入功率之比，即：之比，即：A式中：式中： 為天線(xiàn)輻射功率，為天線(xiàn)輻射功率， 為天線(xiàn)歐姆損耗及介質(zhì)損耗功率之和。為天線(xiàn)歐姆損耗及介質(zhì)損耗功率之和。LPrPrSPS ds1Re2SEHds第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像

32、出版社出版社 出版出版332012rrPI R輻射電阻輻射電阻R Rr r：定義定義: : 某電阻上通過(guò)的電流等于天線(xiàn)饋電端口的電流（有時(shí)某電阻上通過(guò)的電流等于天線(xiàn)饋電端口的電流（有時(shí)也用天線(xiàn)的最大電流為參考），若其損耗的功率也用天線(xiàn)的最大電流為參考），若其損耗的功率 等于天線(xiàn)等于天線(xiàn)的輻射功率，則該電阻值即為該天線(xiàn)的等效輻射電阻。的輻射功率，則該電阻值即為該天線(xiàn)的等效輻射電阻。rP202rrPRI說(shuō)明：天線(xiàn)的輻射電阻表征了其輻射電磁波的能力，與饋電說(shuō)明：天線(xiàn)的輻射電阻表征了其輻射電磁波的能力，與饋電電流的大小無(wú)關(guān)，是天線(xiàn)的固有屬性。電流的大小無(wú)關(guān)，是天線(xiàn)的固有屬性。第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)

33、與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版347 7）、天線(xiàn)方向性系數(shù)與增益）、天線(xiàn)方向性系數(shù)與增益方向性系數(shù)方向性系數(shù)D D：max0SDS設(shè)天線(xiàn)輻射功率為設(shè)天線(xiàn)輻射功率為P Pr r，最大輻射方向電場(chǎng)為，最大輻射方向電場(chǎng)為E Em m, ,則：則：22max0(,)(,)12240mmmmmmEES024rPSr定義：定義：在遠(yuǎn)區(qū)離天線(xiàn)某一距離在遠(yuǎn)區(qū)離天線(xiàn)某一距離r r處，天線(xiàn)在最大輻射方向上的輻射功率密處，天線(xiàn)在最大輻射方向上的輻射功率密度度S Smaxmax，與，與相同輻射功率相同輻射功率的理

34、想無(wú)方向性天線(xiàn)在同一方位處的輻射功率流的理想無(wú)方向性天線(xiàn)在同一方位處的輻射功率流密度密度S S0 0之比，即：之比，即：第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版35222004(,)( , ) sinmmmEDdEd 22004( , ) sinDdFd 增益增益G G定義定義: : 在遠(yuǎn)區(qū)離天線(xiàn)某一距離在遠(yuǎn)區(qū)離天線(xiàn)某一距離r r處，天線(xiàn)在最大輻射方向上的輻射功率處，天線(xiàn)在最大輻射方向上的輻射功率流密度流密度S Smaxmax，與相同，與相同等效輸入功率等效輸入功率的理想無(wú)

35、方向性天線(xiàn)（無(wú)耗天線(xiàn)）在的理想無(wú)方向性天線(xiàn)（無(wú)耗天線(xiàn)）在同一位置處的輻射功率流密度同一位置處的輻射功率流密度S S0 0之比。之比。22200( , )sin240rSEPS dsdrd 02244irAPPSrrAGD第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版36由上式可得天線(xiàn)最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)為：由上式可得天線(xiàn)最大輻射方向上的場(chǎng)強(qiáng)為：6060iAimGPDPErr由增益定義，有：由增益定義，有：2260mirEP2222240604mmAArrEr EGPPr第7章電磁

36、場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版37例例8.5.1 8.5.1 確定沿確定沿z z軸放置的電偶極子的方向系數(shù)。軸放置的電偶極子的方向系數(shù)。 解解: : 電流元的歸一化方向函數(shù)為電流元的歸一化方向函數(shù)為: : ( , )sinF 代入方向性系數(shù)的表達(dá)式，得：代入方向性系數(shù)的表達(dá)式，得：220041.5sinsinDd d )(76. 15 . 1lg10dBD用分貝數(shù)表示為：用分貝數(shù)表示為：第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育

37、出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版388 8）、輸入阻抗）、輸入阻抗注：輸入阻抗取決于天線(xiàn)本身的結(jié)構(gòu)、工作頻率以及天線(xiàn)周?chē)⑸潴w等的注：輸入阻抗取決于天線(xiàn)本身的結(jié)構(gòu)、工作頻率以及天線(xiàn)周?chē)⑸潴w等的影響，而與輸入功率無(wú)關(guān)！影響，而與輸入功率無(wú)關(guān)！定義：定義：在保持實(shí)際天線(xiàn)最大輻射方向上在保持實(shí)際天線(xiàn)最大輻射方向上場(chǎng)強(qiáng)值不變的條件下場(chǎng)強(qiáng)值不變的條件下, , 假設(shè)另一天線(xiàn)的假設(shè)另一天線(xiàn)的電流為均勻分布時(shí)也能獲得該場(chǎng)強(qiáng)，則電流為均勻分布時(shí)也能獲得該場(chǎng)強(qiáng)，則新天線(xiàn)的長(zhǎng)度為原天線(xiàn)的有效長(zhǎng)度！新天線(xiàn)的長(zhǎng)度為原天線(xiàn)的有效長(zhǎng)度！9 9）、有效長(zhǎng)度）、有效長(zhǎng)度定義：輸入阻抗

38、是饋電電壓定義：輸入阻抗是饋電電壓 和電流和電流 之比之比inUinIinininininUZRXI第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版39max12030llllllIIEdEjdljdlrrr0max30el IEjr0lelI lIdl01lellIdzI實(shí)際線(xiàn)天線(xiàn)在最大輻射方向上的電場(chǎng)表達(dá)：實(shí)際線(xiàn)天線(xiàn)在最大輻射方向上的電場(chǎng)表達(dá)：均勻分布線(xiàn)天線(xiàn)在最大輻射方向上的電場(chǎng)表達(dá)：均勻分布線(xiàn)天線(xiàn)在最大輻射方向上的電場(chǎng)表達(dá)：* * * 線(xiàn)天線(xiàn)有效長(zhǎng)度的推導(dǎo)：線(xiàn)天線(xiàn)有效長(zhǎng)度的推

39、導(dǎo)：說(shuō)明：天線(xiàn)的有效長(zhǎng)度愈長(zhǎng)說(shuō)明：天線(xiàn)的有效長(zhǎng)度愈長(zhǎng), , 說(shuō)明輻射體的利用效率越高，輻射能力也就愈強(qiáng)說(shuō)明輻射體的利用效率越高，輻射能力也就愈強(qiáng)。（電流曲線(xiàn)所圍的面積相等電流曲線(xiàn)所圍的面積相等）第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版401010）、工作帶寬）、工作帶寬不同的帶寬描述方式：不同的帶寬描述方式：絕對(duì)帶寬：絕對(duì)帶寬：BW=fmax-fmin倍頻帶寬：倍頻帶寬：BW=fmax/fmin相對(duì)帶寬：相對(duì)帶寬：BW=（fmax-fmin）/f0， f0=（fmax+fm

40、in）/2倍頻程帶寬：倍頻程帶寬：2n=fmax/fmin，BW=n例：某天線(xiàn)工作于例：某天線(xiàn)工作于2-8GHz2-8GHz，按照上述不同的定義，按照上述不同的定義，BWBW分別為分別為6GHz6GHz、120%120%、4 4倍頻、倍頻、2 2個(gè)倍頻程。個(gè)倍頻程。定義：定義：前述某個(gè)參數(shù)或某些參數(shù)滿(mǎn)足技術(shù)要求的頻率范圍！前述某個(gè)參數(shù)或某些參數(shù)滿(mǎn)足技術(shù)要求的頻率范圍！注：有些參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)，但有些參數(shù)是相互獨(dú)立的，因此，如果對(duì)不注：有些參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)，但有些參數(shù)是相互獨(dú)立的，因此，如果對(duì)不同參數(shù)提出不同的要求，則分別滿(mǎn)足各自指標(biāo)的帶寬可能是不一樣的。同參數(shù)提出不同的要求，則分別滿(mǎn)足各自指標(biāo)的帶

41、寬可能是不一樣的。第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版418.6 對(duì)稱(chēng)振子 由兩根粗細(xì)和長(zhǎng)度都相同的直導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成，由兩根粗細(xì)和長(zhǎng)度都相同的直導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成，中間留出饋電端口。中間留出饋電端口。一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)zrrImd zzhh二、對(duì)稱(chēng)振子上的電流分布二、對(duì)稱(chēng)振子上的電流分布 工程上近似認(rèn)為對(duì)稱(chēng)振子天線(xiàn)視作終端開(kāi)工程上近似認(rèn)為對(duì)稱(chēng)振子天線(xiàn)視作終端開(kāi)路傳輸線(xiàn)兩端逐漸張開(kāi)形成的。路傳輸線(xiàn)兩端逐漸張開(kāi)形成的。第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫(xiě)編寫(xiě)高等教育出版社高等教育出版社 & 高等教育高等教育電子音像電子音像出版社出版社 出版出版42其上電流分布為：其上電流分布為：( )sin ()mI zIlz 4422半波振子半波振子 全波振子全波振子 三、對(duì)稱(chēng)振子的輻射場(chǎng)三、對(duì)稱(chēng)振子的輻射場(chǎng) 在距中心點(diǎn)為在距中心點(diǎn)為z z處取電流元段處取電流元段dz, dz, 則則它對(duì)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的貢獻(xiàn)為它對(duì)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的貢獻(xiàn)為1160( )sinj rdEjI z dzerzrrImdzzhh1r1ll1 1、dzdz段線(xiàn)元的輻射場(chǎng)段線(xiàn)元的輻射場(chǎng)第7章電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電子