8.1电磁辐射机理偶极子的场辐射功率及电阻汇总
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2
er
1 r sin
e
1 r
e
r
0
0
0
r sin H
3 I l e j r ( 1 j ) cos E r 2π 2r 2 3 r 3
l 3I j 1 j E e j r ( 2 2 3 3 ) sin 4π r r r 0 E
图8.2.4
时单元偶极子天线 E线与H线分布 t 0
8.2.2 电偶极子的电磁场
设 : 天线几何尺寸远小于电 磁波波长 ( l ) , 天线上不计推迟效应; 研究的场点远离天线 , r l ; 正弦电磁波, i I m sin(t ) 2 Ie j I jq I
第八章 电磁能量辐射与天线
8.1 电磁辐射机理 8.2 单元偶极子的电磁场 8.3 单元偶极子的辐射功率和辐射电阻 8.4 辐射的方向性与方向图
8.5 线天线与天线阵
什么是辐射？
• 电磁波从波源出发，以有限速度 在媒质中向四面八方传播，一部分电 磁波能量脱离波源而单独在空间波动，不再返回波源，这种现象称为辐射。 研究内容： • 辐射是有方向性的，希望在给定的方向产生指定的场。
l sin P sin I E j 3 4 π o r 4 0 r 3
可见，开放的LC电路就是大家熟悉的天线！当有电荷（或电流）在 天线中振荡时，就激发出变化的电磁场在空中传播。
二. 电磁辐射的过程
当电偶极子p=qd 以简谐方式振荡时 向外辐射电磁波
图 8.2.2 电偶极子天线
图 8.2.3E 线分别在
3 t 0 , , 的场图 ,
2 2
某一瞬间 E 线与 H 线在空间的分布
• 研究辐射的方向性和能量传播的前提是掌握辐射电磁场的特性。
• 辐射过程是能量的传播过程，要考虑天线发射和接收信号的能力。 • 辐射的波源是天线、天线阵。发射天线和接收天线是互易的。天线的几何 形状、尺寸 是多样的，单元偶极子天线（电偶极子天线和磁偶极子天线） 是天线的基本单元，也是最简单的天线。 工程上的实际天线
r
0
由此可解得：
cos A z
sin rA z
0
2 Il j r 1 j H e ( 2 2 ) sin 4π r r
H 0 H r 电场可由
1 H 1 E j 0 j 0
解得：
1 r sin
8.2.1 电偶极子的辐射 一、天线的形成 从LC 电路的振荡频率
f 1 2 1 式可知，要提高振荡频率、开放电路， LC
就必须降低电路中的电容值和电感值。 以平行板电容器和长直载流螺线管为例可知
C
s 0d
L 0 N 2V
图 8.2.1 电偶极子天线的形成的演示
即增加电容器极板间距d，缩小极板面积S， 减少线圈数N，就可达到上述目的，具体方式 如图所示。
结论 1、没有电荷运动，就不会有辐射。
2、假如电荷在导线中做匀速运动，也即导线内流过的是恒定电流，那么：
① 如果是无限长直导线，辐射不会发生；
② 如果导线被弯曲或制成V形，使其具有终端或表面制成非连续的，
都将产生辐射。 3、假如电荷具有加速度，即便是无限长直导线也将产生辐射。
8.2 单元偶极子的电磁场
8.1 电磁辐射机理
电磁波
信号发 生器
传输线或波导
天线
图8.1.1 辐射系统
由线电流定义式
I v ql v
当电流随时间变化时，可得
dI dv ql ql a dt dt
设导线的长度为l
l
dI dv l ql l ql a dt dt
电磁辐射的基本公式
dI dv l l ql l ql a dt dt
A cos , A A sin , A 0 A r z z
和 H A j E B
图8.2.5 单元偶极子天线的磁矢量
1 1 H ( A)
1 r sin
2
er
1 r sin
e
1 r
e
远离天线P点的动态位为：
j R I e o dv I dl ) A d l (J l 4π R
由于 r l , 可认为 R 为常数 ,近似有R r ,于是 A e j r 0 I 4π r e l e z A z z
的三个分量为 在球坐标系中，A
H E 0 H r
l 2I 1 j H e j r ( 2 2 ) sin 4π r r
3 I l j r 1 j Er e ( 2 2 3 3 ) cos 2π r r 3 I l j r j 1 j E e ( 2 2 3 3 ) sin 4π r r r
1.近区
Hale Waihona Puke Baidu
r ( r 1 , 即 2π 1, 或 r )
e j r 1
公式中忽略
1 的低次项 , 得 r
H E 0 H r l sin I H 4 r 2 jq l cos I cos P I Er j q l 2 π r 3 2 π 0 r 3 p 0
l sin P sin I E j 3 4 π o r 4 0 r 3
图8.2.6 电偶极子的近区 E 与 H 线的分布
近区场量
H E 0 H r l sin I H 4 r 2 jq l cos I cos P I Er j q l 2 π r 3 2 π 0 r 3 p 0
er
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图8.2.4
时单元偶极子天线 E线与H线分布 t 0
8.2.2 电偶极子的电磁场
设 : 天线几何尺寸远小于电 磁波波长 ( l ) , 天线上不计推迟效应; 研究的场点远离天线 , r l ; 正弦电磁波, i I m sin(t ) 2 Ie j I jq I
第八章 电磁能量辐射与天线
8.1 电磁辐射机理 8.2 单元偶极子的电磁场 8.3 单元偶极子的辐射功率和辐射电阻 8.4 辐射的方向性与方向图
8.5 线天线与天线阵
什么是辐射？
• 电磁波从波源出发，以有限速度 在媒质中向四面八方传播，一部分电 磁波能量脱离波源而单独在空间波动，不再返回波源，这种现象称为辐射。 研究内容： • 辐射是有方向性的，希望在给定的方向产生指定的场。
l sin P sin I E j 3 4 π o r 4 0 r 3
可见，开放的LC电路就是大家熟悉的天线！当有电荷（或电流）在 天线中振荡时，就激发出变化的电磁场在空中传播。
二. 电磁辐射的过程
当电偶极子p=qd 以简谐方式振荡时 向外辐射电磁波
图 8.2.2 电偶极子天线
图 8.2.3E 线分别在
3 t 0 , , 的场图 ,
2 2
某一瞬间 E 线与 H 线在空间的分布
• 研究辐射的方向性和能量传播的前提是掌握辐射电磁场的特性。
• 辐射过程是能量的传播过程，要考虑天线发射和接收信号的能力。 • 辐射的波源是天线、天线阵。发射天线和接收天线是互易的。天线的几何 形状、尺寸 是多样的，单元偶极子天线（电偶极子天线和磁偶极子天线） 是天线的基本单元，也是最简单的天线。 工程上的实际天线
r
0
由此可解得：
cos A z
sin rA z
0
2 Il j r 1 j H e ( 2 2 ) sin 4π r r
H 0 H r 电场可由
1 H 1 E j 0 j 0
解得：
1 r sin
8.2.1 电偶极子的辐射 一、天线的形成 从LC 电路的振荡频率
f 1 2 1 式可知，要提高振荡频率、开放电路， LC
就必须降低电路中的电容值和电感值。 以平行板电容器和长直载流螺线管为例可知
C
s 0d
L 0 N 2V
图 8.2.1 电偶极子天线的形成的演示
即增加电容器极板间距d，缩小极板面积S， 减少线圈数N，就可达到上述目的，具体方式 如图所示。
结论 1、没有电荷运动，就不会有辐射。
2、假如电荷在导线中做匀速运动，也即导线内流过的是恒定电流，那么：
① 如果是无限长直导线，辐射不会发生；
② 如果导线被弯曲或制成V形，使其具有终端或表面制成非连续的，
都将产生辐射。 3、假如电荷具有加速度，即便是无限长直导线也将产生辐射。
8.2 单元偶极子的电磁场
8.1 电磁辐射机理
电磁波
信号发 生器
传输线或波导
天线
图8.1.1 辐射系统
由线电流定义式
I v ql v
当电流随时间变化时，可得
dI dv ql ql a dt dt
设导线的长度为l
l
dI dv l ql l ql a dt dt
电磁辐射的基本公式
dI dv l l ql l ql a dt dt
A cos , A A sin , A 0 A r z z
和 H A j E B
图8.2.5 单元偶极子天线的磁矢量
1 1 H ( A)
1 r sin
2
er
1 r sin
e
1 r
e
远离天线P点的动态位为：
j R I e o dv I dl ) A d l (J l 4π R
由于 r l , 可认为 R 为常数 ,近似有R r ,于是 A e j r 0 I 4π r e l e z A z z
的三个分量为 在球坐标系中，A
H E 0 H r
l 2I 1 j H e j r ( 2 2 ) sin 4π r r
3 I l j r 1 j Er e ( 2 2 3 3 ) cos 2π r r 3 I l j r j 1 j E e ( 2 2 3 3 ) sin 4π r r r
1.近区
Hale Waihona Puke Baidu
r ( r 1 , 即 2π 1, 或 r )
e j r 1
公式中忽略
1 的低次项 , 得 r
H E 0 H r l sin I H 4 r 2 jq l cos I cos P I Er j q l 2 π r 3 2 π 0 r 3 p 0
l sin P sin I E j 3 4 π o r 4 0 r 3
图8.2.6 电偶极子的近区 E 与 H 线的分布
近区场量
H E 0 H r l sin I H 4 r 2 jq l cos I cos P I Er j q l 2 π r 3 2 π 0 r 3 p 0