第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 （2）远区电场和磁场的相位相同；（4）远区场是非均匀球面波，电场、磁场的振幅与1/r 成正比;（5）远区场具有方向性，按 sinθ变化场量随角度变化的 函数 称为电偶极子的方向图因子3）电场振幅与磁场振幅之比等于媒质的本征阻抗，即16第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版电偶极子的方向图在工程上，常用方向图来形象地描述远区场的方向性将 用极坐标画出来，即得到电偶极子的方向图图a 是 E 面（电场矢量所在并包含最大辐射方向的平面）方向图；图b 是 H面（磁场矢量所在并包含最大辐射方向的平面）方向图；图 c 是立体方向图azyyx（a）（b）（c）17第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版辐射功率辐射电阻—— 辐射电阻低平均功率流密度为远区场的辐射功率18第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版例8.2.1 频率为10 MHz 的功率源馈送给电偶极子的电流为25 A ，设电偶极子的长度为50 cm ，试计算：（1）赤道平面上离原点10 km 处的电场和磁场；（2） r =10 km 处的平均功率密度 ；（3）辐射电阻。
解：（1）—— 远区场故19第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版（2）（3）20第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版8.3 电与磁的对偶性 1. 磁流与磁荷由磁流、磁荷是人为引入的假想源（等效源）如：介质磁化 →引入等效磁荷：又如：由某种局外场等效而得：且其中 为等效磁流设 是局外磁场，激发的磁场为 ，则则等效磁荷等效磁荷迄今为止，在自然界中还没有发现真实的磁荷、磁流21第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版引入磁荷与磁流的概念，将一部分原来由电荷和电流产生的电磁场用能够产生同样电磁场的等效磁荷和等效磁流来取代，即将“电源”换成等效“磁源”，有时可大大简化问题的分析计算引入磁荷与磁流的意义引入磁荷和磁流的概念以后，麦克斯韦方程组就以对称的形式出现：等式右边为负，表示磁流与 电场之间有左手螺旋关系·等式右边为正，表示电流与 磁场之间有右手螺旋关系下标m 表示磁量下标e 表示电量22第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版则有对偶关系：2. 对偶原理电荷、电流源磁荷、磁流场23第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版对应于矢量磁位 有矢量电位 ；对应于标量电位 有标量磁位 。
3. 位函数的对偶关系24第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版8.4 磁偶极子的辐射磁偶极子又称磁流元，其实际模型是一个小电流圆环，如图所示它的周长远小于波长，且环上载有的时谐电流处处等幅同相，表示为yxzlpm -qm等效磁矩+qmxyzx 小电流环讨论小环电流的远区场，满足r >> a ，故可把小环电流看成一个时变的磁偶极子，磁偶极子上的磁荷分别为磁极间的假想磁流表示为复数形式小电流圆环的面积25第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版根据电磁对偶原理，自由空间的磁偶极子与自由空间的电偶极子存在如下的对偶关系：根据对偶关系,由电偶极子的远区场可得出磁偶极子的远区场26第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版磁偶极子的远区辐射场也是非均匀球面波；波阻抗也等于媒质的本征阻抗；辐射也有方向性磁偶极子的E面方向图与电偶极子的H面方向图相同，而H面方向图与电偶极子的E面方向图相同。
磁偶极子的总的辐射功率为辐射电阻为说明：27第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版天线的技术性能是用若干参数来描述的，通常是以发射天线来定义天线 的基本参数的，这些参数将描述天线把高频电流能量转换成电磁波能量 并按要求辐射出去的能力1.方向性函数和方向图天线辐射特性与空间坐标之间的函数关系式称为天线的方向性函数根 据方向性函数绘制的图形则称为天线的方向性图通常，人们关心的是辐射特性是在半径一定的球面上，随着观察者方位 的变化，辐射能量在三维空间分布因此，可以这样定义天线的方向性函数：在离开天线一定距离处，描述 天线辐射场的相对值与空间方向的函数关系，称为方向性函数，表示为 f(q, f)8.5 天线的基本参数28第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版为便于比较不同天线的方向特性，通常采用归一化方向性函数定义为式中的 |E(q, f)| 为指定距离上某方向 (q, f) 的电场强度值，|Emax| 为同一距 离上的最大电场强度值；f (q, f)|max 为方向性函数的最大值。
例如电偶极子的归一化方向性函数为 F(q, f)=|sinq|为了讨论天线的辐射功率的空间分布状况，引入功率方向性函数 FP (q, f) ，它与场强方向性函数 F(q, f) 间的关系为29第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版实际应用的天线的方向性图要比电偶极子的方向性复杂，出现很多波瓣， 分别称为主瓣和副瓣，有时还将主瓣正后方的波瓣称为后瓣在对各种天线的方向性图特性进行定量比较时，通常考虑以下几个参数：（1）主瓣宽度主瓣轴线两侧的两个半功率点的矢 径之间的夹角称为主瓣宽度，表示 为 2q0.5 或 2f0.5 ，如图所示主瓣宽度愈小，说明天线辐射的能 量愈集中定向性愈好电偶极子的 主瓣宽度为 900 30第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版（2）副瓣电平最大副瓣的功率密度 S1 和主瓣功率密度 S0 之比的对数值，称为副瓣电平 ，表示为通常要求副瓣电平尽可能低3）前后比主瓣功率密度 S0 与后瓣功率密度 Sb 之比的对数值，称为前后比，表示为通常要求前后比尽可能大。
31第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版2. 方向性系数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 天线在同一点处产生的辐射强度的比值，称为该天线的方向性系数，即天线的方向性系数表征天线集中辐射的程度 元天线的方向性系数为1.5 方向性系数也可定义为被考察天线的总辐射功率理想点源天线的总辐射功率相等电场强度被考察天线最大辐射方向一点的电场强度理想点源天线在同一点的电场强度相等辐射功率32第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版4. 增益系数 G在相同输入功率的条件下，被考察天线在最大辐射方向上某点产生功率密度与理想无方向性天线在同一点产生功率密度的比值，称为该天线的增益，即3. 天线效率天线效率定义为天线的辐射功率与输入功率之比，即由于存在损耗，实际天线的效率不可能为100% 理想无方向性天线的输入功率被考察天线的输入功率天线的总损耗辐射功率33第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版5.输入阻抗天线的输入阻抗定义为天线输入端的电压与电流的比值，表示为式中 Rin 表示输入电阻，Xin 表示输入电抗天线的输入端是指天线通过馈线与发射机（或接收机）相连时，天线与 馈线的连接处。
天线作为馈线的负载，通常要求达到阻抗匹配天线的输入阻抗是天线的一个重要参数，它与天线的几何形状、激励方 式、与周围物体的距离等因素有关只有少数较简单的天线才能准确计 算其输入阻抗，多数天线的输入阻抗需实验测定，或近似计算34第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版6.有效长度天线的有效长度是衡量天 线辐射能力的又一个参数 ，定义是：在保持实际天 线最大辐射方向上的场强 不变的条件下，假设天线 上的电流为均匀分布，电 流的大小等于输入端的电 流，此假想天线的长度 le 即称为实际天线的有效长 度，如图8.5.2所示35第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版7.极化天线的极化特性是天线在其最大辐射方向上电场矢量的取向随时间变化的 规律极化就是在空间给定上电场矢量的端点随时间变化的轨迹按轨迹 形状分为线极化、圆极化和椭圆极化线极化天线又分为水平极化（电场方向与地面平行）和垂直极化（电场方 向与地面垂直）天线圆极化天线又分为右旋圆极化和左旋圆极化天线。
通常，偏离最大辐射方向时，天线的极化将随之改变8.频带宽度天线的所有电参数都与工作频率有关，当工作频率偏离设计的中心频率时 ，往往要引起电参数的变化例如，工作频率改变时，将会引起方向图畸 变、增益系数降低、输入阻抗改变等36第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版天线的频带宽度的一般定义是：当频率改变时，天线的电参数能保持在规 定的技术要求范围内，将对应的频率变化范围称为该天线的频带宽度，简 称带宽有时又根据各个电参数来定义天线的带宽例如，阻抗带宽、增益带宽等 37第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版8.6 对称天线对称天线由两臂长各为l 、半径为a 的金属导体构成l对称天线2alzO8.6.1 对称天线上的电流分布对称天线上的电流近似成驻波分布对称天线上的电流分布38第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版根据电偶极子辐射场公式，对称天线上的电流元 I(z)dz 在观察点产生的辐射电场为对于远区场：8.6.2 对称天线的辐射场故对称天线的辐射场为l对称天线的辐射场计算2alzO39第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版对称天线的归一化方向性函数为对称天线的E面方向图1.00.707zz 0.7071.0z40第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版8.6.3 半波天线半波天线是对称天线中应用最广的。
半波天线的辐射场半波天线的归一化方向性函数半波天线的主瓣宽度半波天线的辐射电阻半波天线的辐射功率半波天线的方向性系数或41第 8 章 电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电子科技大学编写高等教育出版社 & 高等教育电子音像出版社 出版8.7 天线阵天线阵是将若干个天线按一定规律排列组成的天线系统利用天线阵可以获得所期望的辐射特性，诸如更高的增益、需要的方向性图等组成天线阵的独立单元称。