第7讲电磁辐射及辐射耦合的基本原理

电磁辐射的基本理论
基本振子的电磁场求解
II.磁基本振子的电磁场分布 磁基本振子：一个半径为a (a<<λ)的细导线小圆环，载有高频 时谐电流i＝Imcos(ωt＋ϕ)，其复振幅为I＝Imejϕ 。 当此细导线 小圆环的周长远小于波长时， 可认为流过圆环的时谐电流的振 幅和相位处处相同， 所以磁基本阵子也被称为磁偶极子或磁流 源。 同样采用间接法可求解磁偶极子的电磁场。
电磁波动：时变电磁波在空间中以有限速度传播。 电磁辐射：电磁波的电场和磁场能量脱离场源在空间传播。电 磁波分为波源附近的束缚电磁波(近场能量）和远离波源的自 由电磁波(远场能量)，靠近波源时，束缚电磁波和自由电磁波 同时存在，但束缚电磁波能量占据主导，称为感应场，当感应 场增大时，从波源获取能力，当感应场减小时，给波源提供能 量。 产生辐射原因：时变电场产生时变磁场，时变磁场又产生时变 电场。
H 1 A(r ) (7-2)
E 1 j H
(7-1)
(7-3)
电磁辐射的基本理论
基本振子的电磁场求解
I. 电基本振子的电磁场分布
A(r )
V 4π

J (r ) j kR e dV (7-1) R
I Sl a z Il a z (7-4) S 短导线放置在坐标原点，l很小,因此 可取 r 0,从而有 R r r' r，于是， 在场点P产生的矢量磁位为 Id a z jkR Il jkr A ( r )= e a e (7-5) z l 4 4 r R J ( r )dv
第七讲 电磁辐射及辐射耦 合的基本原理
7.1 电磁辐射的基本理论 7.2 近区场的阻抗 7.3 辐射耦合
7.1 电磁辐射的基本理论
辐射骚扰源的基本模型：电基本阵子和磁基本 阵子。
图7.1 电基本阵子
图7.2 磁基本阵子
“短”和“小”是相对于其辐射的电磁波的波长λ而言的
电磁辐射的基本理论
电磁辐射的物理概念
rsin e 0
(7-7)
电磁辐射的基本理论
基本振子的电磁场求解
I. 电基本振子的电磁场分布
由此可解得
Hr 0 H 0 k 2 Ilsin H 4π
代入 E
①
(7-8)
j 1 jkr kr (kr ) 2 e H
1
②
③
E和H相互垂直，E位于子午面 内，H位于赤道面内 H只有一个分量Hϕ，而E有两 个分量Er和Eθ 无论哪个分量都随距离r的增 加而减小，但依据随r各项衰 减的快慢，可分为场源的近 区、远区和中间场区
e
其中用到 e jk ( R r )
jk r r
e jkR e jkr e jk (R r r )

e jkr e jk (R r ) e jkr [1 jk (R r )] 1 1 jk (R r ) k 2 (R r ) 2 , ( 1 jk (R r ) ) 2
J ( r ) j kR I e j kR dV d l A( r ) e V L 4π 4π R R I e j k |r r | (7-10) d l L 4π | r r |

考虑到r'＝a<<λ，其中的指数因子可近似为
电磁辐射的基本理论

基本振子的电磁场求解
将上式代入(7-10),可得
II. 磁基本振子的电磁场分布
1 jkr (1 jkr jkR) e d l l 4π R 上式中的积分是对带“撇”的量(源点）进行 积分，因此可视r(场点)的量为常量，可得
A (r )
I
A ( r ) (1 jkr来自百度文库)e
B E t 法拉第电磁感应定律 D H J f t 安培定律
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基本振子的电磁场求解
I.电基本振子的电磁场分布
电基本振子：载有高频电流的短导线(l ），导线上各点电 流的振幅和相位可视为相同，所以电基本振子又称为电偶极子 或电流源，实际线天线上各处电流的大小和相位不同，但其上 的电流可视为许多首尾相连的电流源组成。电流源辐射场的分 析计算是线天线工程计算的基础。 间接法 J (r ) j kR A(r ) e dV V R 4π
j 可得电场强度为
2 Ilk 3cos Er 4π
1 j jkr (kr ) 2 (kr )3 e Ilk 3sin j 1 j jkr(7-9) E e 2 3 4π kr (kr ) (kr ) E 0
为了采用球坐标系,采用直角坐标系至球坐标系的坐标变换
A er Ar e A e A er Az cos e Az sin
将(7-6)代入(7-2)可得
(7-6)
er A
H( r )
1

1 r 2sin
r Az cos
r e rAz sin
jkr
I d l jk I jkr e d l (7-11) l l 4π 4π r r
(7-11)中第二项积分为零，第一项方括号中的因子与“静”磁偶极子 (恒定电流环）的矢量磁位表达式相同，也即 I d l SI m r e sin (7-12) 2 3 l 4π r r 4πr 4πr
2 (7-13) 式中磁偶极矩为时变电流I产生的: m a z a I a z SI SI jkr (7-14) (1 jkr )sin e 于是 A ( r ) e 2 4πr

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