遠場區(qū)近場區(qū)過渡區(qū)822電偶極子的近區(qū)場和遠區(qū)場課件

第8章電磁輻射1第8章電磁輻射1●產(chǎn)生電磁波的振蕩源一般為天線。隨著振蕩源頻率的提高使電磁波的波長與天線尺寸可相比擬時，就會產(chǎn)生顯著的輻射?！駥τ谔炀€，我們關(guān)心的是它的輻射場強、方向性、輻射功率和效率。●天線的形式可分為線天線和面天線?！癖菊掠蓽笪坏母拍畛霭l(fā)，求解元電流的輻射場。再利用疊加原理求解線天線和陣列天線的輻射問題。2●產(chǎn)生電磁波的振蕩源一般為天線。隨著振蕩源頻率的提高使電本章內(nèi)容8.1

滯后位8.3電與磁的對偶性8.2電偶極子的輻射3本章內(nèi)容8.1滯后位8.3電與磁的對偶性8.其解為：8.1滯后位

在第4章引入了動態(tài)矢量位和動態(tài)標量位：在洛侖茲條件下，其方程為滯后位yzxPO4其解為：8.1滯后位在第4章引入了動態(tài)矢量位換言之，觀察點處位函數(shù)隨時間的變化總是滯后于源隨時間的變化。滯后的時間是電磁波從源所在位置傳到觀察點所需的時間，故稱為滯后位或推遲位。物理意義：時刻t空間任意一點r處的位函數(shù)并不取決于該時刻的電流和電荷分布，而是取決于比t較早的時刻

的電流或電荷分布。時間

正好是電磁波以速度從源點傳到場點所需的時間。

例如：日光是一種電磁波，在某處某時刻見到的日光并不是該時刻太陽所發(fā)出的，而是在大約8分20秒前太陽發(fā)出的，8分20秒內(nèi)光傳播的距離正好是太陽到地球的平均距離。5換言之，觀察點處位函數(shù)隨時間的變化總是滯后于源隨時間時諧電磁場的位函數(shù)6時諧電磁場的位函數(shù)68.2電偶極子的輻射電磁輻射系統(tǒng)最簡單的形式是電偶極子和磁偶極子。電偶極子為長度遠小于波長的載流線元，也稱元天線。電偶極子輻射是天線工程中最基本的問題。本節(jié)內(nèi)容

8.2.1電偶極子的電磁場8.2.2電偶極子的近區(qū)場和遠區(qū)場78.2電偶極子的輻射電磁輻射系統(tǒng)最簡單的形式是電偶代入得電偶極子的矢量位8.2.1

電偶極子的電磁場yzxlPO設(shè)電偶極子電流為I，長度為l，電流為z方向,則8代入得電偶極子的在球坐標系中zxyzO9在球坐標系中zxyzO9由此得到電偶極子的電磁場：10由此得到電偶極子的電磁場：10寫成分量形式11寫成分量形式11電偶極子周圍的空間劃分為三個區(qū)域：

近場區(qū)：

遠場區(qū)：

過渡區(qū)：遠場區(qū)近場區(qū)過渡區(qū)8.2.2電偶極子的近區(qū)場和遠區(qū)場12電偶極子周圍的空間劃分為三個區(qū)域：遠場區(qū)近場區(qū)過渡區(qū)1.近區(qū)場：準靜態(tài)場131.近區(qū)場：準靜態(tài)場13（1）電場表達式與靜電偶極子的電場表達式相同；磁場表達式與用畢奧一薩伐定律計算的恒定電流元產(chǎn)生的磁場表達式相同。因此稱其為似穩(wěn)場或準靜態(tài)場。近區(qū)場的特點：（2）電場和磁場存在／2的相位差，能量在電場和磁場以及場與源之間交換，沒有輻射，所以近區(qū)場也稱感應(yīng)場。14（1）電場表達式與靜電偶極子的電場表達式相同；磁場表達式2.遠區(qū)場（輻射場）：152.遠區(qū)場（輻射場）：15遠區(qū)場的特點：（1）遠區(qū)場是橫電磁波，電場、磁場和傳播方向相互垂直;（2）遠區(qū)電場和磁場的相位相同；（4）遠區(qū)場是非均勻球面波，電場、磁場的振幅與1/r成正比;（5）遠區(qū)場具有方向性，按sinθ變化。場量隨角度變化的函數(shù)稱為電偶極子的方向圖因子。（3）電場振幅與磁場振幅之比等于媒質(zhì)的本征阻抗，即16遠區(qū)場的特點：（1）遠區(qū)場是橫電磁波，電場、磁場和傳播電偶極子的方向圖在工程上，常用方向圖來形象地描述遠區(qū)場的方向性。將用極坐標畫出來，即得到電偶極子的方向圖。圖a是E面（電場矢量所在并包含最大輻射方向的平面）方向圖；圖b是E面（電場矢量所在并包含最大輻射方向的平面）方向圖；圖c是立體方向圖。azyyx（a）（b）（c）17電偶極子的方向圖在工程上，常用方向圖來輻射功率輻射電阻——輻射電阻低平均功率流密度為遠區(qū)場的輻射功率18輻射功率輻射電阻——輻射電阻低平均功率流密度為遠區(qū)場例8.2.1

頻率為10MHz的功率源饋送給電偶極子的電流為25A，設(shè)電偶極子的長度為50cm，試計算：（1）赤道平面上離原點10km處的電場和磁場；（2）r=10km處的平均功率密度；（3）輻射電阻。解：（1）——遠區(qū)場故19例8.2.1頻率為10MHz的功率源（2）（3）20（2）（3）208.3電與磁的對偶性1.磁流與磁荷由磁流、磁荷是人為引入的假想源（等效源）。如：介質(zhì)磁化→引入等效磁荷：又如：由某種局外場等效而得：且其中為等效磁流設(shè)是局外磁場，激發(fā)的磁場為，則則等效磁荷等效磁荷迄今為止，在自然界中還沒有發(fā)現(xiàn)真實的磁荷、磁流。218.3電與磁的對偶性1.磁流與磁荷由磁流、磁荷是引入磁荷與磁流的概念，將一部分原來由電荷和電流產(chǎn)生的電磁場用能夠產(chǎn)生同樣電磁場的等效磁荷和等效磁流來取代，即將“電源”換成等效“磁源”，有時可大大簡化問題的分析計算。

引入磁荷與磁流的意義引入磁荷和磁流的概念以后，麥克斯韋方程組就以對稱的形式出現(xiàn)：等式右邊為負，表示磁流與電場之間有左手螺旋關(guān)系·等式右邊為正，表示電流與磁場之間有右手螺旋關(guān)系下標m表示磁量下標e表示電量22引入磁荷與磁流的概念，將一部分原來由電荷和電流產(chǎn)生的則有對偶關(guān)系：2.對偶原理電荷、電流源磁荷、磁流場23則有對偶關(guān)系：2.對偶原理電荷、電流源磁荷、磁流場23對應(yīng)于矢量磁位有矢量電位；對應(yīng)于標量電位有標量磁位。3.位函數(shù)的對偶關(guān)系24對應(yīng)于矢量磁位有矢量電位；對應(yīng)于標量電位有標第8章電磁輻射25第8章電磁輻射1●產(chǎn)生電磁波的振蕩源一般為天線。隨著振蕩源頻率的提高使電磁波的波長與天線尺寸可相比擬時，就會產(chǎn)生顯著的輻射。●對于天線，我們關(guān)心的是它的輻射場強、方向性、輻射功率和效率?！裉炀€的形式可分為線天線和面天線。●本章由滯后位的概念出發(fā)，求解元電流的輻射場。再利用疊加原理求解線天線和陣列天線的輻射問題。26●產(chǎn)生電磁波的振蕩源一般為天線。隨著振蕩源頻率的提高使電本章內(nèi)容8.1

滯后位8.3電與磁的對偶性8.2電偶極子的輻射27本章內(nèi)容8.1滯后位8.3電與磁的對偶性8.其解為：8.1滯后位

在第4章引入了動態(tài)矢量位和動態(tài)標量位：在洛侖茲條件下，其方程為滯后位yzxPO28其解為：8.1滯后位在第4章引入了動態(tài)矢量位換言之，觀察點處位函數(shù)隨時間的變化總是滯后于源隨時間的變化。滯后的時間是電磁波從源所在位置傳到觀察點所需的時間，故稱為滯后位或推遲位。物理意義：時刻t空間任意一點r處的位函數(shù)并不取決于該時刻的電流和電荷分布，而是取決于比t較早的時刻

的電流或電荷分布。時間

正好是電磁波以速度從源點傳到場點所需的時間。

例如：日光是一種電磁波，在某處某時刻見到的日光并不是該時刻太陽所發(fā)出的，而是在大約8分20秒前太陽發(fā)出的，8分20秒內(nèi)光傳播的距離正好是太陽到地球的平均距離。29換言之，觀察點處位函數(shù)隨時間的變化總是滯后于源隨時間時諧電磁場的位函數(shù)30時諧電磁場的位函數(shù)68.2電偶極子的輻射電磁輻射系統(tǒng)最簡單的形式是電偶極子和磁偶極子。電偶極子為長度遠小于波長的載流線元，也稱元天線。電偶極子輻射是天線工程中最基本的問題。本節(jié)內(nèi)容

8.2.1電偶極子的電磁場8.2.2電偶極子的近區(qū)場和遠區(qū)場318.2電偶極子的輻射電磁輻射系統(tǒng)最簡單的形式是電偶代入得電偶極子的矢量位8.2.1

電偶極子的電磁場yzxlPO設(shè)電偶極子電流為I，長度為l，電流為z方向,則32代入得電偶極子的在球坐標系中zxyzO33在球坐標系中zxyzO9由此得到電偶極子的電磁場：34由此得到電偶極子的電磁場：10寫成分量形式35寫成分量形式11電偶極子周圍的空間劃分為三個區(qū)域：

近場區(qū)：

遠場區(qū)：

過渡區(qū)：遠場區(qū)近場區(qū)過渡區(qū)8.2.2電偶極子的近區(qū)場和遠區(qū)場36電偶極子周圍的空間劃分為三個區(qū)域：遠場區(qū)近場區(qū)過渡區(qū)1.近區(qū)場：準靜態(tài)場371.近區(qū)場：準靜態(tài)場13（1）電場表達式與靜電偶極子的電場表達式相同；磁場表達式與用畢奧一薩伐定律計算的恒定電流元產(chǎn)生的磁場表達式相同。因此稱其為似穩(wěn)場或準靜態(tài)場。近區(qū)場的特點：（2）電場和磁場存在／2的相位差，能量在電場和磁場以及場與源之間交換，沒有輻射，所以近區(qū)場也稱感應(yīng)場。38（1）電場表達式與靜電偶極子的電場表達式相同；磁場表達式2.遠區(qū)場（輻射場）：392.遠區(qū)場（輻射場）：15遠區(qū)場的特點：（1）遠區(qū)場是橫電磁波，電場、磁場和傳播方向相互垂直;（2）遠區(qū)電場和磁場的相位相同；（4）遠區(qū)場是非均勻球面波，電場、磁場的振幅與1/r成正比;（5）遠區(qū)場具有方向性，按sinθ變化。場量隨角度變化的函數(shù)稱為電偶極子的方向圖因子。（3）電場振幅與磁場振幅之比等于媒質(zhì)的本征阻抗，即40遠區(qū)場的特點：（1）遠區(qū)場是橫電磁波，電場、磁場和傳播電偶極子的方向圖在工程上，常用方向圖來形象地描述遠區(qū)場的方向性。將用極坐標畫出來，即得到電偶極子的方向圖。圖a是E面（電場矢量所在并包含最大輻射方向的平面）方向圖；圖b是E面（電場矢量所在并包含最大輻射方向的平面）方向圖；圖c是立體方向圖。azyyx（a）（b）（c）41電偶極子的方向圖在工程上，常用方向圖來輻射功率輻射電阻——輻射電阻低平均功率流密度為遠區(qū)場的輻射功率42輻射功率輻射電阻——輻射電阻低平均功率流密度為遠區(qū)場例8.2.1

頻率為10MHz的功率源饋送給電偶極子的電流為25A，設(shè)電偶極子的長度為50cm，試計算：（1）赤道平面上離原點10km處的電場和磁場；（2）r=10km處的平均功率密度；（3）輻射電阻。解：（1）——遠區(qū)場故43例8.2.1頻率為10MHz的功率源（2）（3）44（2）（