《电磁场与电磁波》课件第八章

电磁场与波（ElectromagneticFieldandWave)

矢量场分析（VectorAnalysis）源与场的关系（HH—已知源计算场）标量源、矢量源；散度、旋度；通量、环量静电场（SteadyElectricFieldEquation）CoulombLaw稳恒磁场（SteadyMagneticFieldEquation)Biot-SavartLawMaxwell’sEquationFaraday’sLawDisplacementCurrent描述宏观电磁现象的最完美的形式上页

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返回电磁场与波（ElectromagneticFieldan1Maxwell’sEquation上页

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返回Maxwell’sEquation上页下页返回2平面电磁波（无限大空间）导行电磁波（无限长传输线）达朗贝尔方程上页

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返回平面电磁波（无限大空间）达朗贝尔方程上页下页返回3达朗贝尔方程上页

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返回达朗贝尔方程上页下页返回4第8章电磁辐射与天线小电流元的辐射场小电流环的辐射场天线的基本特性对称线天线的辐射场面天线上页

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返回第8章电磁辐射与天线小电流元的辐射场上页下页返5电磁场的基本的辐射单元电流环称磁偶极子电流元：小电流环：磁环电流元也称为电偶极子上页

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返回电磁场的基本的辐射单元电流环称磁偶极子电流元：小电流环：磁环68.1电流元的辐射场电流元产生的矢量磁位电流元产生的电磁场电流元产生的近区场电流元产生的远区场远区场的性质上页

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返回8.1电流元的辐射场电流元产生的矢量磁位上页下页返回71.电流元产生的矢量磁位上页

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返回1.电流元产生的矢量磁位上页下页返回8近场区远场区2.电流元产生的电磁场上页

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返回1个波长内叫电抗近场区；辐射近场区：菲聂尔区辐射远场区：夫朗赫夫区近场区远场区2.电流元产生的电磁场上页下页返回1个波9是纯虚数无平均功率流动非辐射场3.电流元产生的近区场上页

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返回是纯虚数3.电流元产生的近区场上页下页返回104.电流元产生的远区场5.远区场的性质(2)球面波：等相位面是球面的波,且同相；(1)TEM波E/H=Z；(3)非均匀球面波：球面上的场与角度或方向有关；有一和方向有关的因子---方向因子上页

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返回4.电流元产生的远区场5.远区场的性质(2)球面波：等11(4)功率流密度(5)辐射功率辐射功率密度与距离平方成反比（6）辐射阻抗：辐射功率可以等效为一个电阻吸收功率上页

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返回(4)功率流密度(5)辐射功率辐射功率密度与距离平方成反128.2小电流环的辐射场小电流环产生的矢量磁位小电流环产生的电磁场小电流环产生的近区场小电流环产生的远区场远区场的性质上页

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返回8.2小电流环的辐射场小电流环产生的矢量磁位上页下页131小电流环产生的矢量磁位恒定电流环产生的磁场时变场时：上页

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返回1小电流环产生的矢量磁位恒定电流环产生的磁场时变场时：14恒定电流环产生的磁场时变场时：上页

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返回恒定电流环产生的磁场时变场时：上页下页返回15上页

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返回近场区远场区2小电流环产生的电磁场上页下页返回近场区远场区2小电流环产生的电磁场164小电流环的远区场3小电流环的近区场上页

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返回4小电流环的远区场3小电流环的近区场上页下页返17球面波非均匀球面波(1)TEM波E/H=Z,且同相有一和方向有关的因子---方向因子(3)功率流密度辐射场(4)辐射功率(5)辐射电阻5近区场性质上页

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返回球面波非均匀球面波(1)TEM波E/18总结辐射场的特点：（1）非均匀球面TEM波；（2）场强与距离成反比；（3）辐射功率流密度与距离平方成反比，辐射功率为常数；电流源和电流环是电磁辐射的两个基本单元；电流源和电流环辐射远区场表达式为：上页

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返回总结辐射场的特点：电流源和电流环是电磁辐射的两个基本单元；上19第8章电磁辐射与天线

Electromagneticradiationandantennas小电流元的辐射场(ElectricshortDipole)小电流环的辐射场(MagneticshortDipole)天线的基本特性（BasicAntennaParameters）对称线天线的辐射场(SymmetricalCenter-FedDipole)面天线的辐射场(ApertureAntennas)上页

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返回第8章电磁辐射与天线

Electromagneticra20（1）波；TEM波；球面波；（2）非均匀球面波－方向性；（3）辐射场强1/r；辐射功率1/r2；小电流元（电偶极子）和小电流环（磁偶极子）ElectricshortDipoleMagneticshortDipole上页

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返回（1）波；TEM波；球面波；小电流元（电偶极子）和小电流环（21天线的分类与结构天线的电参数天线的方向性AntennaPatterns,Directivity天线的效率和增益EfficiencyandGain天线的阻抗特性Resistance天线的工作频率和带宽FrequencyandBandwidth天线的电参数测量8.3天线的基本特性

BasicAntennaParameters上页

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返回天线定义：向空间发射或从空间接收电磁波的装置；导行波或高频电流和自由空间波间的能量转换装置；天线的分类与结构8.3天线的基本特性

BasicAnte221、天线的分类与结构天线的工作性质分：发射天线和接收天线互易原理：同一副天线用作发射天线时特性和用作接收时的特性相同；按用途分:通信天线，雷达天线，电视天线，广播天线；按工作频段分：长波天线，中波天线，短波天线，微波天线，多波段天线，宽带天线，超宽带天线；按结构分：线天线（双极子、单极子、菱形、螺旋），面天线（抛物面、波导、喇叭、微带、），阵列天线等。上页

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返回1、天线的分类与结构天线的工作性质分：发射天线和接收天线上页23线天线上页

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返回线天线上页下页返回24线天线上页

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返回线天线上页下页返回25《电磁场与电磁波》ppt课件第八章26《电磁场与电磁波》ppt课件第八章27《电磁场与电磁波》ppt课件第八章28上页

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返回上页下页返回29《电磁场与电磁波》ppt课件第八章30上页

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返回上页下页返回31《电磁场与电磁波》ppt课件第八章32《电磁场与电磁波》ppt课件第八章33TEM喇叭天线电磁耦合阵子天线伦伯天线剖面图北斗卫星通信天线等角螺旋天线TEM喇叭天线电磁耦合阵子天线伦伯天线剖面图北斗卫星通信天线34天线的特性如何描述？如何评价天线的好坏？描述天线工作特性的参数叫天线电参数（BasicAntennaParameters）；电参数主要有：方向性、阻抗特性、辐射效率、工作频带等上页

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返回天线的特性如何描述？如何评价天线的好坏？上页下页352.天线的电参数——方向性天线的方向性可以用方向性因子,方向图,方向性系数表示.(1)方向性因子归一化方向性因子:辐射场中与方向有关的函数叫方向性因子上页

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返回2.天线的电参数——方向性天线的方向性可以用方向性因子,方36(2)辐射强度辐射强度：表示穿过单位立体角的功率上页

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返回(2)辐射强度辐射强度：表示穿过单位立体角的功率上页下页37（3）方向图（FiledPattern）表示天线方向性的图形立体图：上页

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返回（3）方向图（FiledPattern）立体图：上页下38E面方向图：传播方向和电场矢量构成的、包含最大辐射方向的平面；H面方向图：传播方向和磁场矢量构成的、包含最大辐射方向的平面；上页

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返回E面方向图：传播方向和电场矢量构成的、包含最大辐射方向的平面39主射方向主瓣(主叶)副瓣(副叶)后瓣零射方向半功率角主瓣宽度:HalfPowerBeamWidth,HPBW零功率角主瓣宽度:BeamWidthbetweenfirstNulls,BWFN副瓣电平(SideLobeLever,SLL)，副瓣最大与主瓣最大值之比后瓣电平：主瓣最大值与后瓣最大值之比(前后抑制比)上页

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返回方向图参数主射方向主瓣(主叶)副瓣(副叶)后瓣零射方向半功率角主瓣宽度40方向图的极坐标表示：方向图的极坐标表示：41全向天线的方向图：两种卫星天线的方向图比较全向天线的方向图：两种卫星天线的方向图比较42有向天线方向图：伦伯方向图、等角螺旋天线方向图有向天线方向图：伦伯方向图、等角螺旋天线方向图43（4）方向性系数（Directivity）方向性系数：表示天线辐射能量在空间的集中能力；定义：在相同辐射功率下给定天线的辐射强度与理想全向辐射天线之比。上页

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返回（4）方向性系数（Directivity）方向性系数：表44主射方向性系数叫天线的方向性系数辐射天线：给定辐射功率下，有向天线在主射方向的辐射功率密度与全向天线的辐射功率密度之比。接收天线：相同来波场强的情况下，有向天线主射方向接收到的功率与全向天线在同一点接收到的功率之比。点源：D＝1；电流和磁流源：D＝1.5；方向性较强的天线达几十dB上页

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返回主射方向性系数叫天线的方向性系数辐射天线：给定辐射功率下，有45例1计算电流元和电流环的方向性系数上页

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返回例1计算电流元和电流环的方向性系数上页下页返回46输入阻抗：天线的输入电压与输入电流之比.2、天线的电参数－天线的阻抗

InputResistance，RadiationResistance

辐射电阻：上页

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返回输入阻抗：天线的输入电压与输入电流之比.2、天线的电参数－天47

48电磁阵子的阻抗特性：S11、VSWR、Zin电磁阵子的阻抗特性：S11、VSWR、Zin49《电磁场与电磁波》ppt课件第八章50Real(Zin)Real(Zin)51Imag(Zin)Imag(Zin)522、天线的电参数—天线效率（Efficiency）天线效率:天线的辐射功率与输入功率之比.上页

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返回输入功率＝入射功率－反射功率输入功率＝辐射功率＋损耗功率2、天线的电参数—天线效率（Efficiency）天线效率:532、天线的电参数——增益(Gain)天线增益：在相同输入功率下，给定天线的辐射强度与无耗全向天线辐射强度之比；天线增益一般用分贝(dB)表示。2、天线的电参数——增益(Gain)天线增益：在相同输入功率54例2已知天线在主射方向的增益为G，当输入功率为Pin时，求在主射方向、距离天线r处辐射的平均功率流密度。上页

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返回例2已知天线在主射方向的增益为G，当输入功率为Pin时，求55根据天线的系统要求,规定天线电参数容许的变化范围，天线电参数不超过允许值的频率范围，称为天线的频带宽度（带宽Bandwidth）2、天线的电参数——天线带宽绝对带宽:相对带宽:中心、最高、最低工作频率：窄带天线：相对带宽百分之几；宽带天线：相对带宽百分之几十；超宽带天线：相对带宽可达几个倍频；上页

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返回根据天线的系统要求,规定天线电参数容许的变化范围，天线电参数56天线的带宽可以根据系统对任意电参数的要求定义；最常用的带宽是根据阻抗特性定义的；天线的带宽可以根据系统对任意电参数的要求定义；最常用的带宽是57《电磁场与电磁波》ppt课件第八章583、天线电参数的测量阻抗特性测量驻波比、S11参数、反射系数、输入阻抗方向性测量方向图、方向性系数效率、增益测量入射功率、反射功率、辐射功率（方向图，最大场强）天线电参数测量一般在自由空间测试场进行（微波暗室、高架天线测试场、斜天线测试场）上页

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返回3、天线电参数的测量阻抗特性测量天线电参数测量一般在自由空间59微波暗室微波暗室60天线矢量网络分析仪馈线微波暗室3、天线电参数的测量——阻抗特性上页

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返回驻波比、S1