電磁場(chǎng)理論講稿課件

1、電磁場(chǎng)理論講稿,電磁場(chǎng)理論講稿 第二十四講電磁波的輻射,電磁場(chǎng)理論教學(xué)團(tuán)隊(duì),電磁場(chǎng)理論講稿,2,電磁波的傳播（第10章） 電磁波的反射與折射（第11章） 電磁波的產(chǎn)生？,電磁場(chǎng)理論講稿,3,輻射的概念：,由有限尺寸的電磁振蕩源（如天線）激勵(lì)起脫離場(chǎng)源并在空間（主要是自由空間）中傳播的電磁波的現(xiàn)象稱為電磁輻射。 研究輻射的出發(fā)點(diǎn)是場(chǎng)定律。,電磁場(chǎng)理論講稿,4,時(shí)變場(chǎng)的位函數(shù),靜態(tài)場(chǎng)中， 時(shí)變場(chǎng)中，,電磁場(chǎng)理論講稿,5,標(biāo)量位與矢量位,由 定義 代入 中， 則：,電磁場(chǎng)理論講稿,6,是一個(gè)保守場(chǎng) 以后為了方便，我們省略自變量,電磁場(chǎng)理論講稿,7,時(shí)變場(chǎng)中： 反映了時(shí)變情況下磁場(chǎng)對(duì)電場(chǎng)的耦合,電磁場(chǎng)

2、理論講稿,8,和 滿足的微分方程,由 將（12-1）（12-2）代入得： 矢量恒 等式 得：,電磁場(chǎng)理論講稿,9,矢量位方程的推導(dǎo),洛侖茲條件 若靜態(tài)場(chǎng) 代入（12-3）得：,非齊次波動(dòng)方程,電磁場(chǎng)理論講稿,10,洛侖茲條件,洛侖茲條件的提出基于兩點(diǎn)： 數(shù)學(xué)上 物理上 由亥姆霍爾茲定理 若 均為已知 唯一確定 由上式給出的條件可使式子簡(jiǎn)潔,數(shù)學(xué)上,電磁場(chǎng)理論講稿,11,上式可導(dǎo)出電荷守恒定律 為說明這一點(diǎn)，對(duì)上式兩邊取梯度 ： 再將 （12-1）（12-5）代入,物理上,電磁場(chǎng)理論講稿,12,得： 兩邊取散度,電荷守恒定律,電磁場(chǎng)理論講稿,13,標(biāo)量位方程的推導(dǎo),將 代入得 代入洛侖茲條件（1

3、2-4）有：,電磁場(chǎng)理論講稿,14,滯后勢(shì)：位于原點(diǎn)的時(shí)變點(diǎn)電荷,非齊次達(dá)朗貝爾方程 若 是由一個(gè)位于原點(diǎn)的時(shí)變點(diǎn)電荷產(chǎn) 生，則在不包括原點(diǎn)的空間中，上式化為 齊次達(dá)朗貝爾方程,電磁場(chǎng)理論講稿,15,在 的區(qū)域（12-7）化為： 令,電磁場(chǎng)理論講稿,16,將（1）（2）代入（12-8）中：,一維波動(dòng)方程,電磁場(chǎng)理論講稿,17,解一維波動(dòng)方程,輻射問題：取 為均勻球面波 令,電磁場(chǎng)理論講稿,18,下面來確定F的形式,t=0 時(shí) 是以速度c傳播的。 可見 處的 比 處的 在時(shí)間 上滯后了,電磁場(chǎng)理論講稿,19,時(shí) 處 分布在有限區(qū)域內(nèi)的源在空間產(chǎn)生的位,似靜位,電磁場(chǎng)理論講稿,20,同樣對(duì)于 在正

4、弦律情況下,電磁場(chǎng)理論講稿,21,正弦時(shí)變場(chǎng),電磁場(chǎng)理論講稿,22,交變電偶極子的輻射場(chǎng),在時(shí)變情況下，最簡(jiǎn)單、最基本的場(chǎng)源是交變的電偶極子 交變電偶極子的電磁場(chǎng)是研究一般天線電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)，電偶極子天線在實(shí)際中也有廣泛的應(yīng)用，如中長(zhǎng)波電臺(tái)使用的天線,電磁場(chǎng)理論講稿,23,交變電偶極子為兩個(gè)符號(hào)相反的交變點(diǎn)電荷構(gòu)成，其距離 交變電偶極子電荷的變化是通過電荷間的電流實(shí)現(xiàn)的,電磁場(chǎng)理論講稿,24,電磁場(chǎng)計(jì)算,交變電偶極子的磁矢位： 對(duì)于電偶極子，有 而,（Wb/m）,電磁場(chǎng)理論講稿,25,求,電磁場(chǎng)理論講稿,26,電磁場(chǎng)理論講稿,27,交變電偶極子的磁場(chǎng)、磁矢位,電磁場(chǎng)理論講稿,28,因?yàn)槌?外，空

5、間為無源區(qū)域 故可用 對(duì)正弦律場(chǎng),電磁場(chǎng)理論講稿,29,電磁場(chǎng)理論講稿,30,電磁場(chǎng)理論講稿,31,求,電磁場(chǎng)理論講稿,32,交變電偶極子場(chǎng)的分析,分析一下 可看出，電流元的 只有 分量， 有 兩個(gè)分量,電磁場(chǎng)理論講稿,33,近區(qū)場(chǎng)：,似靜場(chǎng),電磁場(chǎng)理論講稿,34,電磁場(chǎng)理論講稿,35,近區(qū)場(chǎng),之間有90度的相位差,因?yàn)?的實(shí)部為零，所以沒有能量的傳輸。,電磁場(chǎng)理論講稿,36,遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)：,表明有一個(gè)向外的功率流,電磁場(chǎng)理論講稿,37,注意：,1、當(dāng) 時(shí)，上述場(chǎng)仍存在，但遠(yuǎn)小于似靜場(chǎng) 2 、 ， 即到達(dá)遠(yuǎn)區(qū)時(shí)，輻射場(chǎng)成為場(chǎng)的主要成分 3、在電場(chǎng)中還有正比于 的項(xiàng)，一般稱為感應(yīng)場(chǎng) 工程上將 ，的場(chǎng)稱

6、為感應(yīng)場(chǎng),電磁場(chǎng)理論講稿,38,輻射場(chǎng)性質(zhì),輻射場(chǎng)的強(qiáng)度正比于 方向性函數(shù)：,這說明交變電偶極子的輻射是有方向性的,電磁場(chǎng)理論講稿,39,交變電偶極子的方向性圖,“8”字形 電場(chǎng)所在的面（ 字形 ）,電磁場(chǎng)理論講稿,40,無方向性 磁場(chǎng)所在的面（ 無方向）,電磁場(chǎng)理論講稿,41,輻射功率： 自由空間中 電尺寸很小 輻射能力有限,電磁場(chǎng)理論講稿,42,輻射電阻： 自由空間 交變磁偶極子的輻射通過對(duì)偶原理可求得。,電磁場(chǎng)理論講稿,43,交變磁偶極子,使用磁矢位 并注意到,電磁場(chǎng)理論講稿,44,電荷守恒原理： 磁偶極矩： 比較： 另外：,電磁場(chǎng)理論講稿,45,電偶極子（電流元）,電磁場(chǎng)理論講稿,46,對(duì)偶,電磁場(chǎng)理論講稿,47,交變磁偶極子場(chǎng),電磁場(chǎng)理論講稿,48,如果注意到,可得書上（12151）式,電磁場(chǎng)理論講稿,49,半波天線,天線上的電流分布,線天線的端點(diǎn)總是電流的波節(jié)點(diǎn),電磁場(chǎng)理論講稿,50,輻射場(chǎng),電磁場(chǎng)理論講稿,51,與電偶極子比： 方向因子：,電磁場(chǎng)理論講稿,52,自由空間： 方向性：,比交變電偶極子窄,電磁場(chǎng)理論講稿,53,天線陣,天線是等幅、同相,迭加：,相心：,方向性：陣因子,電磁場(chǎng)理論講稿,54,n元天線陣,無方向性,電磁場(chǎng)理論講稿,55,顯然：相心為陣列中心處,方向性: 陣因子,端射陣 側(cè)射陣,電磁場(chǎng)理論講稿,56,方向性乘積定理,如果陣元方向性 在所有輻