电磁兼容讲义-天线基础

电偶极子是容性高阻抗场；磁偶极子是感性高阻抗
场。
4.2 近场区和远场区的特性
•由于E与H相位差90，复数坡印廷
ER
j Il
2
R3
cos
矢量是 纯虚数，在一个振荡周期内的
平均坡印廷矢量为零；若t1时刻的坡印 廷矢量S1为正向传送，则到t2的S2就反 向传送，表明感应的电磁场能量在r方
E
j
Il
4
R3
jk
1 R
cos
E
j Ile jkR 4 R
k
2
jk R
1 R2
sin
H
Ile jkR 4R
jk
1 R
sin
z
4.1 电磁辐射
（2）远场区
辐射场
P
R
l
y
x
在R/(2)的区域内，kR1。场分量主要取决于式
1/(kR)的低次项，而且ER与E相比可忽略，因此在波 的传播方向上的电场分量近似为零，近似得
Srav
1 2
Re(E
H*)
0?
可见：电场和磁场的相位相
差 90 ，因此能量在电场和磁场
相互交换而平均坡印廷矢量为零，
该区域的场称为感应场。
此结果与电偶极 子的静电场分量相似。
4.2
近场区和远场区的特性ER
j
Il
2
R
3
cos
a.波阻抗：电磁波中电场分量与磁
E
j
Il
4
R
3
sin
场分量之比 Z E / H
4.1 电磁辐射
z
b. 电偶极子的辐射场
P
（1）如图所示,电偶极子
R
已知电流元 Idlaˆz
H
J
D
I S
Sdlaˆz HR
JCdV H 0
l
x
y
E
B
t
t
D
B 0
H
Ile jkR 4R
jk
1 R
sin
ER
j
Ile jkR
2 R2
jk
1 R
cos
E
j
Ile jkR
4 R
H
Il 4R2
sin
由对偶原理：磁偶极子的感应场
E
Iml 4R2
sin
HR
j
Iml
2 R3
cos
H
j
Iml
4
R3
sin
磁流源
Iml jIS
4.1 电磁辐射
已知：电偶极子的辐射场为
对偶量：
由对偶原理： 磁偶极子的辐射场
Ee Hm He Em Je Jm e m
E
j Il 2
e jkR R
sin
H
j Il
2
e jkR R
sin
E
j
Iml
2
e jkR R
sin
H
j Iml
2
e jkR R
sin
磁流源
Iml jIS
在磁偶极子的远场区，电磁场与空间的关系完全和
电偶极子相仿。当=90时，即在线圈所在平面上，
电场与磁场为最大值。
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4.1 电磁辐射 4.2 近场区与远场区的特性 4.3 天线的主要参数及互易定理 4.4 振子天线及其它天线介绍
sin
可见：
H
j Il
2
e jkR R
sin
电场和磁场与 R成反比；
电场和磁场的相位相同；
电场和磁场在空间相互垂直，其比值等于媒质的 本征阻抗; E
H
4.2 近场区和远场区的特性
E
j Il 2
e jkR
4.2 近场区和远场区的特性
1.近区场
感应场
把r/(2)的区域作为近场区，但在电磁屏蔽领域通常 把与偶极子相距为r/(2)的区域就作为近场区处理。
ER
j
Il
2 R3
cos
E
Il j
4 R3
sin
H
Il 4R2
sin
若将 I dq 代j入q 上式
dt
得:
ER
ql
2 R3
cos
E
ql
4 R3
sin
H
Il 4R2
sin
电偶极子近场区的波阻抗
Zen E / H 1/( j0r)
E
Iml 4R2
sin
磁偶极子近场区的波阻抗
Zmn E / H j0r
b.近场区电磁场的特点
HR
j
Iml
2
R3
cos
H
j
Iml
4
R3
sin
•近场区的阻抗都是虚数，即近场区的电场与磁场相
位相差90，存在能量交换。两种偶极子的波阻抗在 量值上都是频率和距离的函数，但变化规律不同。
k
2
jk R
1 R2
sin
E 0
z
4.1 电磁辐射
（2）近场区
感应场
P
R
l
y
x
在靠近电偶极子的区域，R/(2) ，kR1 。此 时，ejkR，场1 分量主要取决于1/(kr)的高次项，则电磁
场可近似为
ER
j Il
2
R3
cos
E
Il
j 4 R3
sin
H
Il 4R2
sin
ER
j
Ile jkR 2 R2
E
j Il 2
e jkR R
sin
H
j Il
2
e jkR R
sin
ER
j
Ile jkR
2 R
2
jk
1 R
cos
E
j
Ile jkR
4 R
k
2
jk R
1 R2
sin
H
Ile jkR 4R
jk
1 R
sin
4.1 电磁辐射
E
j Il 2
e jkR
R
sin
H
j Il
2
e jkR R
磁偶极子是根据电磁对偶性派生
出来的概念。
引入磁荷和磁流的概念，磁
b. 对偶原理的应用 场各物理量就和电场各物理量一
麦克斯韦尔方程：
一对应起来了。
H J D t
E B t
D=
B 0
D H Je t
B E Jm t D e B m
下标m表示磁量，e 表示电量。 磁流密度 磁荷密度
4.1 电磁辐射
只有电流源存在时 只有磁流源存在时
He
Je
Ee t
Ee
H e t
Ee e
He 0
Hm
Em t
Em
Jm
H m t
Em 0
Hm m
对偶量：
Ee Hm He Em Je Jm e m
已知：电偶极子的感应场为
ER
j Il
2
R3
cos
E
j
Il
4
R3
sin
4. 天线基础
主要内容
4.1 电磁辐射 4.2 近场区与远场区的特性 4.3 天线的主要参数及互易定理 4.4 振子天线及其它天线介绍
4.1 电磁辐射
1.电偶极子的辐射
a. 什么是电偶极子？
一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小 于波长时，该导线被称为电偶极子。
当：l / ,可1 近似地认为导线上每一点的电流都 是等幅同相的。
sin
H
Il 4R2
sin
向作往返振荡。
•在感应场中，电磁场分布较易环境中受感应体扰乱。
•近场区中，距离电磁 场大小影响很大。
4.2 近场区和远场区的特性
2.远区场
辐射场
把r>>/(2)的区域作为远场区，但在电磁屏蔽领域
通常把与偶极子相距为r>/(2)的区域就作为远场区
处理。
E
j Il 2
e jkR R
sin
z
P
R
l
y
x
无论是E，还是H，幅值都和角无关，仅与 角有 关，而且正比于sin。在 =90的方向，即在垂直于
偶极子轴线的方向上场强E及H最大。
工程上可以利用近似公式计算电偶极子周围场强的值。
4.1 电磁辐射
3.磁偶极子的辐射
a. 什么是磁偶极子？
一个通有高频电流的小电流环的 等效模型称为磁偶极子。