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1、第八章电磁辐射本讲稿第一页，共十一页其解为：其解为：在第在第4 4章引入了动态矢量位和动态标量位：章引入了动态矢量位和动态标量位：在洛仑兹条件下，其方程为在洛仑兹条件下，其方程为滞后位滞后位yz zxP PO8.1 滞后位滞后位本讲稿第二页，共十一页 由由此此可可知知：在在离离开开原原点点的的r r点点处处，t t时时刻刻场场点点处处的的标标量量位位变变化化滞滞后后于于源源点点的的变变化化。滞滞后后的的时时间间等等于于源源的的变变动动以以速速度度c c从从源源点点传传播播到到场场点点所所需需要要的的时时间间。因此，定义：因此，定义：标量滞后位标量滞后位滞后位（推迟位）的物理意义滞后位（推迟位）
2、的物理意义 时刻时刻 t t 空间任意一点空间任意一点 r r 处的位函数并不取决于该时刻的电流处的位函数并不取决于该时刻的电流和电荷分布，而是取决于比和电荷分布，而是取决于比 t t 较早的时刻较早的时刻 的电的电流或电荷分布。时间流或电荷分布。时间 正好是电磁波以速度正好是电磁波以速度 从源点从源点 传到场点传到场点 所需的时间。所需的时间。本讲稿第三页，共十一页同理，可知矢量滞后位表示为：同理，可知矢量滞后位表示为：对于正弦电磁波，电流和电荷以正弦规律变化，则可得标量滞后位、矢量对于正弦电磁波，电流和电荷以正弦规律变化，则可得标量滞后位、矢量滞后位的复数形式为：滞后位的复数形式为：滞后位
3、的复数形式滞后位的复数形式本讲稿第四页，共十一页8.2 电偶极子的辐射电偶极子的辐射 电偶极子的辐射场电偶极子的辐射场 电磁辐射系统最简单的形式是电偶极子和磁偶极子电磁辐射系统最简单的形式是电偶极子和磁偶极子 电偶极子为长度电偶极子为长度远小于波长远小于波长的载流线元，也称的载流线元，也称元天线元天线 电偶极子辐射是天线工程中最基本的问题电偶极子辐射是天线工程中最基本的问题设电偶极子电流为设电偶极子电流为I I，长度为，长度为dldl，电流方向为，电流方向为z z向。可知：向。可知：代入矢量滞后位复数表达式，可以求得代入矢量滞后位复数表达式，可以求得本讲稿第五页，共十一页在球坐标系中在球坐标系
4、中zxyzO O求得电偶极子在空间中产生的磁场为：求得电偶极子在空间中产生的磁场为：由矢量位的定义由矢量位的定义本讲稿第六页，共十一页由麦克斯韦方程，知：由麦克斯韦方程，知：本讲稿第七页，共十一页 在靠近电偶极子的区域（在靠近电偶极子的区域（）电偶极子的近区辐射场可以近似为：电偶极子的近区辐射场可以近似为：从场量表达式可知，在电偶极子近区，辐射场的电场和磁场相位相从场量表达式可知，在电偶极子近区，辐射场的电场和磁场相位相差差90900 0，电磁场的平均坡印廷矢量为，电磁场的平均坡印廷矢量为0 0，故，故不存在传播的电磁波不存在传播的电磁波，因此电偶极子，因此电偶极子近区场也称近区场也称感应场感
5、应场。关于电偶极子辐射场的讨论：关于电偶极子辐射场的讨论：电偶极子近区辐射场特性：电偶极子近区辐射场特性：本讲稿第八页，共十一页 在远离电偶极子的区域（在远离电偶极子的区域（）电偶极子的远区辐射场可以近似为：电偶极子的远区辐射场可以近似为：电场和磁场的振幅电场和磁场的振幅sinsin/r r 电场和磁场均垂直于传播方向，即为电场和磁场均垂直于传播方向，即为TEMTEM波波 平均坡印廷矢量平均坡印廷矢量00，说明有电磁能量向外辐射，说明有电磁能量向外辐射 辐辐射射能能量量非非均均匀匀分分布布，具具有有方方向向性性。0 0和和，辐辐射射场场为为零零（最最小小值值）；/2/2时，辐射场取最大值。时，
6、辐射场取最大值。电偶极子远区辐射场特性：电偶极子远区辐射场特性：本讲稿第九页，共十一页 电偶极子的辐射方向图电偶极子的辐射方向图 电偶极子的辐射场分布是方向角电偶极子的辐射场分布是方向角 的函数，为了便于分析天线辐射场的空间分的函数，为了便于分析天线辐射场的空间分布情况，我们将布情况，我们将离开天线一定距离处，场量随角度变化的函数离开天线一定距离处，场量随角度变化的函数f(f(,)称为天称为天线方向图因子。线方向图因子。根据方向图因子绘制的图形，称为根据方向图因子绘制的图形，称为方向图。方向图。电偶极子电偶极子(元天线元天线)的方向图因子为：的方向图因子为：电偶极子辐射场方向图电偶极子辐射场方
7、向图 从方向图可知：从方向图可知：在垂直于天线轴的方向上辐射最强；在垂直于天线轴的方向上辐射最强；沿天线轴的方向上辐射最小沿天线轴的方向上辐射最小(为零为零)；天线方向图与天线方向图与 无关，呈轴对称。无关，呈轴对称。电偶极子辐射方向图如右图。电偶极子辐射方向图如右图。本讲稿第十页，共十一页 天线的几个重要参数：天线的几个重要参数：方向性系数方向性系数D D 定义：在相同辐射功率下，某天线产生最大辐射强度与点源天线在同一点定义：在相同辐射功率下，某天线产生最大辐射强度与点源天线在同一点处产生的辐射强度的比值，称为该天线的方向性系数。处产生的辐射强度的比值，称为该天线的方向性系数。天线的方向性系数表征天线集中辐射的程度。天线的方向性系数表征天线集中辐射的程度。可以推知，可以推知，电偶极子的方向性系数为电偶极子的方向性系数为1.51.5。天线效率天线效率 天线增益天线增益G G 要在天线最大辐射方向产生相等的电场强度的条件下，点源天线需要输入要在天线最大辐射方向产生相等的电场强度的条件下，点源天线需要输入的功率与某实际天线需要输入功率的比值，称为该天线的增益。的功率与某实际天线需要输入功率的比值，称为该天线的增益。本讲稿第十一页，共十一页