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1、第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波1第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波 产生电磁波的振荡源一般为天线。随着振荡源频率的提高使电产生电磁波的振荡源一般为天线。随着振荡源频率的提高使电 磁波的波长与天线尺寸可相比拟时，就会产生显著的辐射。磁波的波长与天线尺寸可相比拟时，就会产生显著的辐射。 对于天线，我们关心的是它的辐射场强、方向性、辐射功率和对于天线，我们关心的是它的辐射场强、方向性、辐射功率和 效率。效率。 天线的形式可分为线天线和面天线。天线的形式可分为线天线和面天线。 本章由滞后位的概念出发，求解元电流的辐
2、射场。再利用叠加本章由滞后位的概念出发，求解元电流的辐射场。再利用叠加 原理求解线天线和阵列天线的辐射问题。原理求解线天线和阵列天线的辐射问题。2第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波本章内容本章内容q 滞后位滞后位q 电偶极子的辐射电偶极子的辐射3第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波其解为：其解为：8.1 滞后位滞后位 在第在第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 PO4第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁
3、辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波 换言之，观察点处位函数随时间的变化总是滞后于源随时间换言之，观察点处位函数随时间的变化总是滞后于源随时间的变化。滞后的时间是电磁波从源所在位置传到观察点所需的时的变化。滞后的时间是电磁波从源所在位置传到观察点所需的时间，故称为间，故称为滞后位滞后位或或推迟位推迟位。物理意义物理意义： 时刻时刻 t 空间任意一点空间任意一点 r 处的位函数并不取决于该时刻的电流和处的位函数并不取决于该时刻的电流和电荷分布，而是取决于比电荷分布，而是取决于比 t 较早的时刻较早的时刻 的电流的电流或电荷分布。时间或电荷分布。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
4、 传到场点所需的时间。传到场点所需的时间。 例如例如：日光是一种电磁波，在某处某时刻见到的日光并不是：日光是一种电磁波，在某处某时刻见到的日光并不是该时刻太阳所发出的，而是在大约该时刻太阳所发出的，而是在大约8 8分分2020秒前太阳发出的，秒前太阳发出的，8 8分分2020秒内光传播的距离正好是太阳到地球的平均距离。秒内光传播的距离正好是太阳到地球的平均距离。5第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波时谐电磁场的时谐电磁场的位函数位函数6第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波 电偶极子是一种基本的辐射单元，是长度电偶极
5、子是一种基本的辐射单元，是长度 l 远小于波长的直远小于波长的直线电流元，线上电流是均匀的，且相位相同。线电流元，线上电流是均匀的，且相位相同。由于电流元由于电流元代入代入得电偶极子的矢量位得电偶极子的矢量位8.2 电偶极子的辐射电偶极子的辐射yzxlP PO7第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波在球坐标系中在球坐标系中zxyzO8第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波由此得到电偶极子的电磁场：由此得到电偶极子的电磁场：9第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波 电偶极子周围的空间
6、划分为三电偶极子周围的空间划分为三个区域：个区域： 近场区：近场区： 远场区：远场区： 过渡区：过渡区：远场区远场区近场区近场区过渡区过渡区写成分量形式写成分量形式10第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波1. 1. 近区场近区场：准静态场准静态场11第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波（1）电场表达式与静电偶极子的电场表达式相同；磁场表达式）电场表达式与静电偶极子的电场表达式相同；磁场表达式 与用毕奥一萨伐定律计算的恒定电流元产生的磁场表达式与用毕奥一萨伐定律计算的恒定电流元产生的磁场表达式 相同。因此称其为相同。
7、因此称其为似稳场似稳场或或准静态场准静态场。 近区场的特点近区场的特点：（2）电场和磁场存在）电场和磁场存在 2的相位差，能量在电场和磁场以及场的相位差，能量在电场和磁场以及场 与源之间交换，没有辐射，所以近区场也称与源之间交换，没有辐射，所以近区场也称感应场感应场。12第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波2. 2. 远区场远区场（辐射场）（辐射场）：13第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波电偶极子的方向图电偶极子的方向图 远区场的特点远区场的特点：远区场是横电磁波，电场、磁场和传播方向相互垂直远区场是横电磁波，电
8、场、磁场和传播方向相互垂直; ;z zyyx远区场电磁场振幅比等于媒质的本征阻抗远区场电磁场振幅比等于媒质的本征阻抗; ;远区场是非均匀球面波，电磁场振幅与远区场是非均匀球面波，电磁场振幅与1/1/r 成正比成正比; ;远区场具有方向性，远区场具有方向性，按按 sin变化。变化。14第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波辐射功率辐射功率辐射电阻辐射电阻 辐射电阻低辐射电阻低平均功率流密度为平均功率流密度为 远区场的辐射功率远区场的辐射功率15第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波 例例8.2.1 频率为频率为10MHz的功率源馈送给电偶极子的电流为的功率源馈送给电偶极子的电流为25A ，设电偶极子的长度为，设电偶极子的长度为50 cm ，试计算：，试计算： （1）赤道平面上离原点）赤道平面上离原点10 km 处的电场和磁场；处的电场和磁场； （2）r =10 km 处的平均功率密度处的平均功率密度 ； （3）辐射电阻。）辐射电阻。解解：（1 1） 远区场远区场故故16第第 8 章章 电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁场与电磁波电磁场与电磁波（2 2）（3 3）17
