第五章 电磁辐射的基本理论PPT课件

4r
2r
Eˆ jIlsinejkr 2r
四.辐射特性
1.球面波： E (t) sin(tkr0)
t r n ˆrˆ 12
2.TEM波 3.电磁能量沿r方向传播
SRe[1 2EH]rˆ8 I22 lr2 2sin2
4.辐射具有方向性
场量 sin 0 , 对应轴向，无辐射
2 对应垂直于轴向，辐射最强
2
三.天线结构 传输线 —— 封闭型 天 线 —— 开放型
四.天线分类 1.按功能分类 —— 发射天线、接收天线 2.按几何形状分类 —— 线天线、面天线
3
第五章 电磁辐射的基本理论
【电磁辐射】电磁波由波源产生且可以脱离波源独 立传播的现象。
5.1 正弦电磁场的位函数及位方程
一.复域 M 组
E j H
nˆ H S
zˆ ( xˆ
E0 )
yˆ
E0
I E0 dx
I l Idy E0 dxdy
y
dx dy
JS
dy
' I
x
r 18
2.等效成磁流元
JMS
nˆES zˆ(yˆE0)xˆE0 IM E0dy
IMl IMdxE0dxdy
dx dy
JMS
y
dxIx源自'r代入辐射场表达式即可（注意轴线坐标不同） 19
JjE J2Aj
2 A k 2 A [ A j ] J
( 2 ) ( ) E j A
2 j A 6
为使方程具有最简单且对称的形式，令
Aj —— 洛仑兹规范
2Ak2AJ
2k2
波动方程
四.位方程的解
1 . : (r)4 1 V(r'R )ejkR d V '
z
l2
oI
l 2
l
IImsin(t0)
二.矢量位
l2 z r
o
R
l 2
dz '
J d v ' z ˆJ 0a 2 d z' z ˆId z'
l 2 zˆIejkR
A
dz'
4 l 2 R
10
(r lR r)
A z ˆI le jk r (r ˆc o s ˆs in)I le jk r
表示能量的分配情况
13
5.高频强辐射： 场量 1 f
6.辐射功率、辐射电阻
P
s
S
dS
3
I2l2 2
与激励I有关
R
2P I2
2( l )2 3
与激励无关， 表示辐射能力
14
5.3 磁流元的辐射
一.模型
z
l2
o IM
l 2
l
IMIM msin(t0')
二.辐射场
根据电磁对偶原理
I H
代I M入电流元辐射场 e EM
2.H面内的辐射电场
'2 , ˆ ' ˆ , ˆ ''s i n '' ˆ c o s
E H E e E M ˆjE 2 0 d x r d y(c o s 1 )e jk r
20
四.基本面元的辐射场
表面电场所在平面——E面——yoz平面
2
表面磁场所在平面——H面——zox平面 0,
1.E面内的辐射电场
ˆ 's i n ' ˆ c o s, '' 2 , ˆ '' ˆ
E E E e E M ˆjE 2 0 d x r d y(c o s 1 )e jk r 21
电流元—— 沿H e 方向 ˆ ， 沿 E 方e 向 ˆ
两者的E、H面互换 16
5.4 基本面元的辐射
一.模型
y
nˆ zˆ dx,dy
dy o
x
dx
二.基本面元的等效
ES yˆE0
HS
1
zˆ ES
xˆ
E0
由等效原理知：
基本面元上的电磁场的作用＝电流元＋磁流元作用
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1.等效成电流元
JS
H Jj D
D
B0
4
Jj
二.正弦电磁场位函数定义 1.矢量位（ A）
由旋度场无散且 B0令 AB 旋度场
2.标量位（ ）
A?
E j( A ) ( E jA ) 0
由梯度场无旋 令 E jA
5
三.位方程
(1 ) ( A ) B
( A ) 2 A H
天线基础
▪ 电磁辐射的基本理论
（位函数、电流元的辐射、磁流元的辐射、 基本面元的辐射、天线的主要参数）
▪ 线天线的辐射
（对称振子、缝隙天线）
▪ 面天线的辐射
（喇叭天线、旋转抛物面天线） 1
引言
一.课程任务 研究电磁波的产生与接收的原理及应用
二.天线的作用
发
收
端
电磁波
端
发射天线——产生电磁波
接收天线——接收电磁波
( r , t ) I m [ ( r ) e j t ] 4 1 V ( R r ') s i n [( t k R ) 0 ] d V ' 7
2 . A: A (r)4 VJ(r'R )e jk R d V '
A ( r , t ) I m [ A ( r ) e j t] 4 V J ( R r ') s i n [( t k R ) 0 '] d V '
4r
4r
三.辐射场
H B 1 ( A ) ˆjk Ils in( 1 1)e jk r
4r
jk r
Ej 1H rˆ2Il r2cos(1j1 kr)ejkrˆj4 kIlrsin(1j1 krk2 1r2)ejkr
11
条件： kr 1r
1 k 2
10倍以上即可
H ˆjk Ils ine jk rˆjIls ine jk r
3.物理意义
场点 r 处 时t 刻的场与源点 处r ' 时t 刻'
tt'kRt'vRp t'tp
R
t p v p ——延迟时间——推迟位
8
k R ——相位滞后量——滞后位 注：研究电磁波的产生和接收过程，涉及场源具
体分布情况时，先求解位方程，再求电场和 磁场——矢位法。
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5.2 电流元的辐射
一.模型
三.电流元及磁流元的辐射场
Eeˆ'2 jIl rsin'ejkr ˆ' j(E0 2d rxdy)sin'ejkrˆ' jE 2 0 dxrdysin'ejkr
E M ˆ''2 jI M r ls in''e jk r ˆ''jE 2 0 d x r d y s in''e jk r
D e B M
15
E M H e (I IM ) ˆ2 jIM r ls ine jk r
H M E ˆ2 jI M r l2 s ine jk r ˆ2 jI M r ls ine jk r
三.辐射特性
不同：磁流元—— E M沿 方 ˆ 向， 沿H M 方向 ˆ