天线与电波传播第三章PPT课件
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天线与电波传播
第三章 线天线
授课老师：徐云学
§3.1 辅助函数法
Maxwell方程
Байду номын сангаас
E
B
法拉第定律
H
J
t
D
安培定律
D B
t
电高斯定律
0 磁高斯定律
Maxwell方程
A 0
B H A
H
1
A
A
－磁矢量位函数
§3.1 辅助函数法
E
B t
H
1
A
E j H j A
4k
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H
I0l
4
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kr 1
近区场辐射功率密度：
W a v1 2 R E e H 1 2 R r ˆE e H ˆ E rH
W a v1 2R e r ˆj k4 I 0 lsr5 2 in ˆj k8 I 0 l2 2s irc 5 n o s0
Ur2Wav
kI0l 2 4
2
sin2
2
U
max
2
k I0l
4
2
§3.2 电基本振子
辐射功率：
电基本振子 辐射场
功率密度：
Er
I0l cos 2
1 r2
1
1 jk r
e
jk
r
E
j kI0l sin 4
1 r
1
1 jk r
1
k r2
e
jkr
H
j kI0l sin 4
1 r
1
1 jk r
远场辐射，忽略高阶项 1 n 2,3,4,
rn
A r ˆ A r , ˆ A , ˆ A ,e r jk ,rr E 1 r je jk ˆ A r , ˆ A , r 1 2
在远场区
§3.1 辅助函数法
Er E
0
jA
E
jA
E
jA
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e
jk
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W1
EH
2
1 2
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ˆH
12rˆEHˆErH 12rˆWr ˆW
§3.2 电基本振子
总功率：
Wr
8
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2
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1
j
1
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W
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1
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§3.1 辅助函数法
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2A k2A J J A A j j
洛伦兹条件： A j j 1 A
2A k2A J
s
2
0
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U
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4
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3
I0l
2
Ur2Wav
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方向性： D0 UUm0ax4PU ramdax1.5
E j A j A j 1 A
因此，知道
A
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1
A
A
E j A j A j 1 A
§3.1 辅助函数法
2A k2A J
A
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J
x
,
y
,
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R
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A
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y ,
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§3.2 电基本振子
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sin
A 0
对于磁场： H ˆ11 rrrA A r
磁场：
Hr H 0
H jkI0l4sin1r1 j1krejkr
§3.2 电基本振子
对于电场： E jA j1 A j 1 H
电场：
Er
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1
1 jk
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E
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1 r
1
1 jk
r
1
k r2
e
j
kr
E 0
近区场：当 kr1 时称为近区，电磁场主要由 k r 的 高次幂项决定，故可略去 kr的低次幂项，得
§3.2 电基本振子
Er
j
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2k
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E
j
I0l
H
j
k I0l
4
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kr 1
波阻抗：
Zw
E H
固有阻抗：
120377
§3.2 电基本振子
远区场的性质：
（1）电场与磁场在空间相互垂直，它们均与r 成反 比。因等相位面为球面，故为球面电磁波。
（2）因在传播方向上电磁场的分量为零，故为横电 磁波，记为TEM波。
（3）电场与磁场的比值等于 120 ()，称为波阻抗；
DU4U1.5si2n
U0 Prad
有效接收面积： 辐射电阻：
Aem
42
D0
32 8
P ra d 3 I0 l2 1 2 I02 R r R r 2 3 l2 82 0 l2
§3.3 磁基本振子
麦克斯韦电磁理论获得了巨大的成功。然而，物 理学家常常不满足于已有的成就，他们对于任何事 物总偏爱采取挑剔的态度。电和磁的对称性问题， 就是一个近七十余年来始终令物理学家困惑的问题， 且这个问题至今尚未解决。
其中： R x x 2 y y 2 z z 2 x 2 y 2 z 2 r
dldz
A x,y,zz ˆI0ejkrl2d zz ˆI0 lejkr
4 r l2
4r
Ar sincos sinsin cosAx Acoscos cossin sinAy A sin cos 0 Az
天线辐射问题分析过程
§3.2 电基本振子
什么是电基本振子？ 一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于
波长时，该导线被称为电基本振子。 当： l/1 , 可近似地认为导线上每一点的电 流都是等幅同相的。
电基本振子天线结构
电场方向
§3.2 电基本振子
IzzˆI0
I 0 －常数
磁矢位： A 4cIex,y,zeRjk Rdl
（4）由于电场和磁场相位相同，且均与
成正
比，故电基本振子在远区为辐射场，且具s有in方 向性。
§3.2 电基本振子
电基本振子的场辐射
§3.2 电基本振子
【方向性系数】
D U 4U
U0 Prad
D0
U max
U0
4Umax
Prad
辐射功率密度：
W a v1 2RE e H r ˆ2 1 E 2r ˆ 2k 4 0lI2sri2 2n
§3.2 电基本振子
近区场的性质：由于电场和磁场相差90度，故坡印 廷矢量的平均值等于零，这说明无电磁场能量辐射， 称为感应场。
远区场：当 kr1时称为远场区，电磁场主要由 k r 的低次幂项决定，故可略去 k r的高次幂项，得
Er E H r H 0
E
j
kI0l
4
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sin
第三章 线天线
授课老师：徐云学
§3.1 辅助函数法
Maxwell方程
Байду номын сангаас
E
B
法拉第定律
H
J
t
D
安培定律
D B
t
电高斯定律
0 磁高斯定律
Maxwell方程
A 0
B H A
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－磁矢量位函数
§3.1 辅助函数法
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§3.2 电基本振子
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功率密度：
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远场辐射，忽略高阶项 1 n 2,3,4,
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在远场区
§3.1 辅助函数法
Er E
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jA
E
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E
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§3.2 电基本振子
总功率：
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§3.1 辅助函数法
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洛伦兹条件： A j j 1 A
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§3.2 电基本振子
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方向性： D0 UUm0ax4PU ramdax1.5
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因此，知道
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§3.1 辅助函数法
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－线电流
§3.2 电基本振子
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磁场：
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§3.2 电基本振子
对于电场： E jA j1 A j 1 H
电场：
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近区场：当 kr1 时称为近区，电磁场主要由 k r 的 高次幂项决定，故可略去 kr的低次幂项，得
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波阻抗：
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固有阻抗：
120377
§3.2 电基本振子
远区场的性质：
（1）电场与磁场在空间相互垂直，它们均与r 成反 比。因等相位面为球面，故为球面电磁波。
（2）因在传播方向上电磁场的分量为零，故为横电 磁波，记为TEM波。
（3）电场与磁场的比值等于 120 ()，称为波阻抗；
DU4U1.5si2n
U0 Prad
有效接收面积： 辐射电阻：
Aem
42
D0
32 8
P ra d 3 I0 l2 1 2 I02 R r R r 2 3 l2 82 0 l2
§3.3 磁基本振子
麦克斯韦电磁理论获得了巨大的成功。然而，物 理学家常常不满足于已有的成就，他们对于任何事 物总偏爱采取挑剔的态度。电和磁的对称性问题， 就是一个近七十余年来始终令物理学家困惑的问题， 且这个问题至今尚未解决。
其中： R x x 2 y y 2 z z 2 x 2 y 2 z 2 r
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Ar sincos sinsin cosAx Acoscos cossin sinAy A sin cos 0 Az
天线辐射问题分析过程
§3.2 电基本振子
什么是电基本振子？ 一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于
波长时，该导线被称为电基本振子。 当： l/1 , 可近似地认为导线上每一点的电 流都是等幅同相的。
电基本振子天线结构
电场方向
§3.2 电基本振子
IzzˆI0
I 0 －常数
磁矢位： A 4cIex,y,zeRjk Rdl
（4）由于电场和磁场相位相同，且均与
成正
比，故电基本振子在远区为辐射场，且具s有in方 向性。
§3.2 电基本振子
电基本振子的场辐射
§3.2 电基本振子
【方向性系数】
D U 4U
U0 Prad
D0
U max
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辐射功率密度：
W a v1 2RE e H r ˆ2 1 E 2r ˆ 2k 4 0lI2sri2 2n
§3.2 电基本振子
近区场的性质：由于电场和磁场相差90度，故坡印 廷矢量的平均值等于零，这说明无电磁场能量辐射， 称为感应场。
远区场：当 kr1时称为远场区，电磁场主要由 k r 的低次幂项决定，故可略去 k r的高次幂项，得
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