电磁波的辐射.ppt

电磁波的辐射.ppt第9章电磁波的辐射什么是辐射?电磁波从波源出发,以有限速度在媒质中向四面八方传播,一部分电磁波能量脱离波源而单独在空间波动,不再返回波源,这种现象称为辐射。研究内容:辐射是有方向性的,希望在给定的方向产生指定的场。辐射过程是能量的传播过程,要考虑天线发射和接收信号的能力。研究辐射的方向性和能量传播的前提是掌握辐射电磁场的特性。辐射的波源是天线、天线阵。发射天线和接收天线是互易的。天线的几何形状、尺寸是多样的,单元偶极子天线(电偶极子天线和磁偶极子天线)是天线的基本单元,也是最简单的天线。1电偶极子的辐射一、天线的形成以平行板电容器和长直载流螺线管为例可知即增加电容器极板间距d,缩小极板面积S,减少线圈数n,就可达到上述目的,具体方式如图所示。可见,开放的LC电路就是大家熟悉的天线!当有电荷(或电流)在天线中振荡时,就激发出变化的电磁场在空中传播。图1电偶极子天线的形成的演示从LC电路的振荡频率                式可知,要提高振荡频率、开放电路,就必须降低电路中的电容值和电感值。=qd以简谐方式振荡时向外辐射电磁波图2电偶极子天线右图是E线分别在的场图图3一个电偶极子在不同时刻的E线分布电偶极子天线,是一种基本的辐射单元。它是一段长度l<<λ(λ为工作波长),线上电流等幅同相,电流振幅值为I0的线电流单元。如图所示:将基本电振子置于球坐标原点,振子轴与Z轴重合,现用矢量磁位来计算距离原点r处P点的电磁场。,时变点电荷的动态标量位为可以证明:该解满足齐次波动方程。空间点r处t时刻的电位,不是由该时刻的电荷决定,而是由该时刻之前r/,r是距离。或者说,t时刻的电荷决定该时刻之后r/v时刻的电位,因此称为滞后位。解的表达式连续分布电荷产生的位可利用迭加原理获得当点电荷不随时间发生变化时,波动方程蜕变为,其特解为电磁波是以有限速度传播的,这个速度称为波速m/s当场源不随时间变化时,蜕变为恒定磁场中的磁矢位A。若激励源是时变电流源时,仿上述方法推导,得到A的表达式•电磁波是以有限速度传播的,这个速度称为波速m/s达朗贝尔方程解的形式表明:t时刻的响应取决于时刻激励源的情况。故称A、为滞后位(RetardedPotential)达朗贝尔方程解的形式表明:t时刻的响应取决于时刻激励源的情况。故称A、为滞后位(RetardedPotential)达朗贝尔方程解的形式表明:t时刻的响应取决于时刻激励源的情况。故称A、为滞后位(RetardedPotential)达朗贝尔方程解的形式表明:t时刻的响应取决于时刻激励源的情况。故称A、为滞后位(RetardedPotential)达朗贝尔方程的复数形式及其解或称为似稳条件。•方程的特解形式为:式中,称为相位常数,单位为rad/m。•表示A与的滞后相位,故亦称滞后因子。——滞后时间,——滞后相位,故——相位常数。表明时变电磁场的瞬时分布规律分别与静电场和恒定磁场相同,称之为似稳场。•当时,可以不计滞后效应,解的形式与恒定磁场、,E平面(电场所在平面)和H平面(磁场所在平面)。(a)E平面方向图(b),它是指线的横截面尺寸远比波长小,它的长度l与波长l在同一数量级()上,流经它的上面的电流i不再等幅同相。设振子上的电流为正弦分布i=i(z,t)。与前面相类似地分析方法,可以得到辐射电场为特点:•球面波;•有方向性。:为了削弱天线的方向性,增加辐射能量,用一组或阵列天线来代替单一天线,以构成天线阵。,还与半波天线长度有关。图中给出四种天线长度的E平面方向图。