第9章電磁波輻射-文庫(kù)吧
2025-07-21 18:59 本頁(yè)面
【正文】 第九章 電磁波輻射 由 電磁輻射公式 可以看出：空間中 P點(diǎn) t時(shí)刻的位不是取決于 t時(shí)刻的源分布，而是取決于 的源分布，其時(shí)間差 正好是時(shí)變電磁場(chǎng)以速度 從源點(diǎn)傳播到 P點(diǎn)所需的 時(shí)間。因此， P點(diǎn) t時(shí)刻的位為各源在 時(shí)刻激勵(lì)的位， 以速度 傳播到 P點(diǎn)迭加的結(jié)果。也就是說(shuō)， 觀察點(diǎn) 的位場(chǎng)的變化滯后于源的變化，滯后的時(shí)間 正是電 磁波傳播距離所需要的時(shí)間。 由于這種位場(chǎng)滯后，故上述標(biāo)量電位和矢量磁位被稱為 滯后位 。這說(shuō)明 時(shí)變?cè)醇?lì)時(shí)變電磁場(chǎng)，并以一定的速度向遠(yuǎn)方傳播，這樣的時(shí)變電磁場(chǎng)就是電磁波。 )( vrt? vrt ????1?v)( vrt???1?vvrt ??第九章 電磁波輻射 基本電振子的輻射 基本電振子的輻射場(chǎng) 基本電振子又稱電偶極子天線 ，是一種基本的輻射單元。它是一段長(zhǎng)度 l λ（ λ為工作波長(zhǎng)），線上電流等幅同相，電流振幅值為 I0的線電流單元。 如圖所示：將基本電振子置于球坐標(biāo)原點(diǎn)，振子軸與 Z軸重合，現(xiàn)用矢量磁位來(lái)計(jì)算距離原點(diǎn) r處 P點(diǎn)的電磁場(chǎng)。 第九章 電磁波輻射 略去時(shí)間因子，并以 k代入上式可得： 矢量磁位 A只有 Z方向的分量，在球坐標(biāo)系中，其分量為： ?dJSdzaSIdzaI zz ??? ??zvrtjllvrtjzrtjarI l edzreaIderJA ???? )(022)(0)(0444???? ?????????????????zj k r aIl erA?? ????40?c o szr AA ? ?? s i nzAA ?? 0??A第九章 電磁波輻射 式中 為自由空間波數(shù)； ω＝ 2πf 為高頻電流的角頻率。 0s i nc o ss i ns i n11200??????????zzrrAArarararAH????????????????j k rerrjkIlH ??? )1(s i n4 2???0?? ?HH rHjE ?? ??? ??1j k rr erjrkIlE ??????? ??320c os24 ????j k rerjrkrjkIlE ????????? ???3220s i n14 ?????0??E??2?k第九章 電磁波輻射 kr1的區(qū)域稱為近區(qū)，略去式中相對(duì)小的 r 2項(xiàng)，且 ejkr≈1，得近區(qū)場(chǎng)為： 此時(shí)電場(chǎng)與電偶極子的靜電場(chǎng)分量完全相同。磁場(chǎng)與恒定的小電流環(huán)的磁場(chǎng)強(qiáng)度公式相同。這說(shuō)明， 在近區(qū)時(shí)，基本電振子相當(dāng)于一個(gè)電偶極子。 電磁和磁場(chǎng)相位相差 900，因此能量在電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間相互轉(zhuǎn)換，而平均坡印廷矢量為零。這一區(qū)域的場(chǎng)稱為 感應(yīng)場(chǎng) 。 ???? c os203rIljEr ??????? s i n403rIljE ????? s in4 2rIlH ?第九章 電磁波輻射 在遠(yuǎn)區(qū)，即 rλ和 r l、 kr1的區(qū)域中，此時(shí)在 Hφ和Eθ表達(dá)式中可略去 r 2和 r 3的項(xiàng)，由于 Er較 Eθ小一個(gè)數(shù)量級(jí)，故 Er也可忽略不計(jì)，于是得到基本電振子的 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng) 為： j k rerIljE ?? ????? s i n40j k rerIljH ?? ?????? s i n4000???? ?? HHEE rr 第九章 電磁波輻射 基本電振子的輻射特性 基本電振子向空間輻射一個(gè)球面波 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)只有 Eθ 、 Hφ分量，且二者同相，同時(shí)與 成正比，表示電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振幅與 r成反比，而相位隨 r的增大而連續(xù)滯后，在半徑為 r的球面上各點(diǎn)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)具有相同的相位，即等相面為球面，也就是電磁波的波陣面為一球面。在此球面上，電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互垂直，并同時(shí)垂直于波的傳播方向，且三者滿足右手螺旋關(guān)系，功率密度矢量（坡印廷矢量）為： re jkr????? 22 s i n)2( rIlaHES r???? ??? 因此， 基本電振子輻射為球面波 ，波的傳播方向?yàn)? ，電磁波的能量沿 方向流動(dòng)。 r?r?第九章 電磁波輻射 電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振幅關(guān)系和波阻抗 這是 分析天線性能常用的基本關(guān)系 真空中 ????? ??HE ???? 377120000 ????自由空間的基本電振子輻射場(chǎng) j k rerIljE ?? ???? s i n60j k rerIljH ?? ??? s i n2第九章 電磁波輻射 基本電振子的方向性 以天線為中心，在球面輻射波上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度可表示為： ),(),( ???? AfE ? 即方向性函數(shù)),( ??f)
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