电磁场理论讲稿课件

1、电磁场理论讲稿,电磁场理论讲稿 第二十四讲电磁波的辐射,电磁场理论教学团队,电磁场理论讲稿,2,电磁波的传播（第10章） 电磁波的反射与折射（第11章） 电磁波的产生？,电磁场理论讲稿,3,辐射的概念：,由有限尺寸的电磁振荡源（如天线）激励起脱离场源并在空间（主要是自由空间）中传播的电磁波的现象称为电磁辐射。 研究辐射的出发点是场定律。,电磁场理论讲稿,4,时变场的位函数,静态场中， 时变场中，,电磁场理论讲稿,5,标量位与矢量位,由 定义 代入 中， 则：,电磁场理论讲稿,6,是一个保守场 以后为了方便，我们省略自变量,电磁场理论讲稿,7,时变场中： 反映了时变情况下磁场对电场的耦合,电磁场

2、理论讲稿,8,和 满足的微分方程,由 将（12-1）（12-2）代入得： 矢量恒 等式 得：,电磁场理论讲稿,9,矢量位方程的推导,洛仑兹条件 若静态场 代入（12-3）得：,非齐次波动方程,电磁场理论讲稿,10,洛仑兹条件,洛仑兹条件的提出基于两点： 数学上 物理上 由亥姆霍尔兹定理 若 均为已知 唯一确定 由上式给出的条件可使式子简洁,数学上,电磁场理论讲稿,11,上式可导出电荷守恒定律 为说明这一点，对上式两边取梯度 ： 再将 （12-1）（12-5）代入,物理上,电磁场理论讲稿,12,得： 两边取散度,电荷守恒定律,电磁场理论讲稿,13,标量位方程的推导,将 代入得 代入洛仑兹条件（1

3、2-4）有：,电磁场理论讲稿,14,滞后势：位于原点的时变点电荷,非齐次达朗贝尔方程 若 是由一个位于原点的时变点电荷产 生，则在不包括原点的空间中，上式化为 齐次达朗贝尔方程,电磁场理论讲稿,15,在 的区域（12-7）化为： 令,电磁场理论讲稿,16,将（1）（2）代入（12-8）中：,一维波动方程,电磁场理论讲稿,17,解一维波动方程,辐射问题：取 为均匀球面波 令,电磁场理论讲稿,18,下面来确定F的形式,t=0 时 是以速度c传播的。 可见 处的 比 处的 在时间 上滞后了,电磁场理论讲稿,19,时 处 分布在有限区域内的源在空间产生的位,似静位,电磁场理论讲稿,20,同样对于 在正

4、弦律情况下,电磁场理论讲稿,21,正弦时变场,电磁场理论讲稿,22,交变电偶极子的辐射场,在时变情况下，最简单、最基本的场源是交变的电偶极子 交变电偶极子的电磁场是研究一般天线电磁场的基础，电偶极子天线在实际中也有广泛的应用，如中长波电台使用的天线,电磁场理论讲稿,23,交变电偶极子为两个符号相反的交变点电荷构成，其距离 交变电偶极子电荷的变化是通过电荷间的电流实现的,电磁场理论讲稿,24,电磁场计算,交变电偶极子的磁矢位： 对于电偶极子，有 而,（Wb/m）,电磁场理论讲稿,25,求,电磁场理论讲稿,26,电磁场理论讲稿,27,交变电偶极子的磁场、磁矢位,电磁场理论讲稿,28,因为除 外，空

5、间为无源区域 故可用 对正弦律场,电磁场理论讲稿,29,电磁场理论讲稿,30,电磁场理论讲稿,31,求,电磁场理论讲稿,32,交变电偶极子场的分析,分析一下 可看出，电流元的 只有 分量， 有 两个分量,电磁场理论讲稿,33,近区场：,似静场,电磁场理论讲稿,34,电磁场理论讲稿,35,近区场,之间有90度的相位差,因为 的实部为零，所以没有能量的传输。,电磁场理论讲稿,36,远区场：,表明有一个向外的功率流,电磁场理论讲稿,37,注意：,1、当 时，上述场仍存在，但远小于似静场 2 、 ， 即到达远区时，辐射场成为场的主要成分 3、在电场中还有正比于 的项，一般称为感应场 工程上将 ，的场称

6、为感应场,电磁场理论讲稿,38,辐射场性质,辐射场的强度正比于 方向性函数：,这说明交变电偶极子的辐射是有方向性的,电磁场理论讲稿,39,交变电偶极子的方向性图,“8”字形 电场所在的面（ 字形 ）,电磁场理论讲稿,40,无方向性 磁场所在的面（ 无方向）,电磁场理论讲稿,41,辐射功率： 自由空间中 电尺寸很小 辐射能力有限,电磁场理论讲稿,42,辐射电阻： 自由空间 交变磁偶极子的辐射通过对偶原理可求得。,电磁场理论讲稿,43,交变磁偶极子,使用磁矢位 并注意到,电磁场理论讲稿,44,电荷守恒原理： 磁偶极矩： 比较： 另外：,电磁场理论讲稿,45,电偶极子（电流元）,电磁场理论讲稿,46,对偶,电磁场理论讲稿,47,交变磁偶极子场,电磁场理论讲稿,48,如果注意到,可得书上（12151）式,电磁场理论讲稿,49,半波天线,天线上的电流分布,线天线的端点总是电流的波节点,电磁场理论讲稿,50,辐射场,电磁场理论讲稿,51,与电偶极子比： 方向因子：,电磁场理论讲稿,52,自由空间： 方向性：,比交变电偶极子窄,电磁场理论讲稿,53,天线阵,天线是等幅、同相,迭加：,相心：,方向性：阵因子,电磁场理论讲稿,54,n元天线阵,无方向性,电磁场理论讲稿,55,显然：相心为阵列中心处,方向性: 阵因子,端射阵 侧射阵,电磁场理论讲稿,56,方向性乘积定理,如果阵元方向性 在所有辐