电磁辐射基本原理

这样的数学形式有其自身的特点：kr与1的相对关系将决定该函数的 主要分布特征。
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基于上面的讨论，可以进行场区划分：
近场区：kr <<1 场点P与源点的距离r远小于波长，与这些点相应的场的空间区 域称为近区。 中场区：kr ≈1 远场区：kr >>1
场点P与源点的距离r远大于波长，与这些点相应的场的空间区 域称为远区。
Ids jkr ˆ sin (1 jkr) Aa e 2 4 r
<7>
场的结果： “电”
j k 2 Idl 1 sin [ ]e jkr H 2 4 kr ( kr ) j k 2 Idl 1 jkr E 2 cos [ ] e r 4 ( kr ) 2 ( kr ) 3 2 j jkr E k Idl sin [ j 1 ] e 4 kr ( kr ) 2 ( kr ) 3
1 S T

T
0
* 1 S (t )dt Re[ E H ] 2
电、磁基本阵子在近区其平均坡印廷矢量为零，即没有有效电磁功 率流。 正是那些在近区被忽略的低次幂项形成了远区场中的电磁波。
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电、磁基本振子辐射特性
电、磁基本阵子的辐射场沿径向传播，并且电场与磁场均与传播方 向垂直，因而其远区场是横电磁波（TEM波）。
3.3 电磁辐射的基本理论
<1>
电磁辐射基本原理
电磁现象是自然界中的基本现象。 电磁场变化的快慢由波源的频率决定，当波源频率很高时，电场的 高速变化在空间形成强大的位移电流，位移电流接着在其附近空间 产生强的磁场，而该磁场随时间的变化在附近产生变化的电场即位 移电流，如此循环往复。变化的电磁场不但相互转化而且在空间向 前推进。在上述电磁能量的过程中，能量的一部分分布在源的附近， 而一部分传向远方。由此分为：感应场和辐射场。 电磁功率向远方传播不再返回场源的现象称为电磁辐射。
• 电场与磁场存在π/2的相位差。
• 平均功率流为零。
• 称为似稳场（准静态场）。
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磁基本振子
远场的特点： • 电场～1/r , 磁场～1/r 。
• 电场～f , 磁场～f 。
• 电场与磁场同相。 • TEM非均匀球面波。 • 电场与磁场成确定比例，与空间环 境特性相关。
<14>
磁基本振子
<8>
电磁场区的划分
事物的发展都有其特定的自身规律性。在空间中，电磁辐射 会呈现出一定的分布特征。这为相关具体研究提供了归类的 便利性。
<9>
从前面的理论分析中可以看到，电磁辐射在空间上具有如下的一般数学形式
f ( r ) A1
1 1 1 A2 A 3 2 3 kr ( kr ) ( kr )
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电基本振子
远场的特点： • 电场～1/r , 磁场～1/r 。
• 电场～f , 磁场～f 。
• 电场与磁场同相。 • TEM非均匀球面波。 • 电场与磁场成确定比例，与空间环 境特性相关。
<12>
电基本振子
近场的特点： • 电场～1/r 3, 磁场～1/r 2 。 • 电场～1/f , 磁场与f 无关。
<5>
Step1
Step2
Step3
A(r ) 4

V
J (r ' ) jkR e dv' R
B A
jE H
R | r r ' |
电磁辐射的基本求解程序
<6>
电基本振子： 作分子中
e jkR e jkr ，分母中
无论是 E 还是 H ，其空间相位因子中都有 e ，及其空间相位 随离源点的距离r的增大而滞后，等相位面是以r为常数的球面，所 以远区辐射场是球面波。由于等相位面上不同点的E、H振幅并非 一定相同，所以又是非均匀球面波。
近场的特点： • 电场～1/r 2, 磁场～1/r 3 。 • 电场～f , 磁场与f 无关。
• 电场与磁场存在π/2的相位差。
• 平均功率流为零。
• 称为似稳场（准静态场）。
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电磁能量
坡印廷矢量的瞬时值可表示为：
S (t ) E (t ) H (t )
平均坡印廷矢量可表示为：
<2>
在电磁兼容问题中，对于骚扰源的分析可以从基本模型来开始考虑。
电基本振子（长度l）
磁基本振子（半径a）
电小：
l , a
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电基本振子 工程中，电基本振子是指一段载有高频电流的短导线，短是指 其长度远小于所辐射的电磁波波长，此时导线上各点电流的振 幅和相位可近似视为相同，也可以称为有效电流元。
Rr
的近似，
Idl jkr ˆ r cos a ˆ sin ) A (a e 4 r
磁基本振子： 作
e jkR e jk ( r R r ) e jkr e jk ( Rr ) e jkr [1 jk( R r )]
的泰勒展开，
虽然实际的线天线上各处电流的大小和相位不同，但其上的电 流分布可以看成是由许多首尾相连的一系列电基本阵子的电流 组成。（电基本振子辐射场的计算可以作为天线工程中线形源 计算的基础）
<4>
磁基本振子 工程中，电基本振子是指一个载有高频电流的小线圈，短是指 其长度远小于所辐射的电磁波波长，此时导线上各点电流的振 幅和相位可近似视为相同，也可以称为有效磁流元。 虽然实际的面天线上各处电流的大小和相位不同，但其上的电 流分布可以看成是由很多片的一系列磁基本阵子的电流组成。 （磁基本振子辐射场的计算可以作为天线工程中面形源计算的 基础）
“磁”
j k 3 Ids 1 jkr sin [ ] e E j 4 kr ( kr ) 2 j k 3 Ids 1 jkr H 2 j cos [ ] e r 4 ( kr ) 2 ( kr ) 3 3 j H j k Ids sin [ j 1 ]e jkr 2 3 4 kr ( kr ) ( kr )