null第8章 电磁波的辐射第8章 电磁波的辐射一、辐射的基本概念二、滞后位三、电偶极子的辐射四、磁偶极子的辐射五、对称振子天线的辐射六、 天线阵的辐射一、辐射的基本概念1. 什么是辐射？
辐射：随时间变化的电磁场离开波源向空
间传播的现象。
产生辐射的源称为天线。
2. 辐射产生的必要条件
（1）时变源存在。
（2）源电路是开放的。
3. 影响辐射强弱的原因
（1）源电路尺寸与辐射波的波长相比拟时
辐射较为明显。
（2）源电路越开放，辐射就越强。一、辐射的基本概念赫兹实验赫兹实验null电偶极子的辐射演示雷达探测目标演示电偶极子的演变null二、滞后位 2. 在时变场情况下，动态矢量位和动态标量位满足的方程 1. 在静态场情况下，矢量位和标量位方程为其解为:麦克斯韦方程：得：已知：null对于正弦时变场，时间因子为：令：利用矢量恒等式：洛仑兹规范： 同理：达朗贝尔方程方程的解为：null 该相位用时间
表
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示： null三、电偶极子的辐射1. 什么是电偶极子？一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于波长时，该导线被称为电偶极子。2. 电偶极子的辐射场（1）电偶极子的滞后位null在球坐标系null磁场由：得:（2）电偶极子的电磁场电场由：得:null（3）近区场得: 此结果与电偶极子的静电场分量相似。感应场null（4）远区场电场和磁场的相位相同；上式表明有能量向外辐射，说明一个做时谐震荡的电流元可以辐射电磁波。远区场又称为辐射场。可见：辐射场null电偶极子的方向图3. 方向性函数和方向图（1）方向性函数：场量随方向变化的函数称为天线的方向性
函数。显然，电偶极子的方向性函数为：（2）方向图：根据方向性函数画出的图形称为方向图。E 面方向图H 面方向图null 如果用一个大的球面将天线包围起来，则从天线辐射出来的能量必然全部通过这个球面。4、辐射功率天线的总辐射功率为：其中：所以：null由此假设： 已知：5. 辐射电阻 将天线的辐射功率视为电流 I 在一等效电阻上的损耗功率，则该等效电阻称为辐射电阻。 可见：辐射电阻表示天线的辐射能力，辐射电阻越大，天线的辐射功率越强。null 当点源天线的辐射场强与实际天线在最大辐射方向上的场强相同时，点源天线的辐射功率与实际天线的辐射功率之比为方向性系数。由此得：6. 方向性系数方向性系数表示为：对点源天线辐射而言:而：点源天线的总辐射功率实际天线的总辐射功率其中：点源天线实际天线null7. 半功率波瓣宽度 辐射功率等于最大辐射功率一半时的两个方向之间的夹角。方向性系数又可表示为：对电偶极子辐射而言:故半功率波瓣宽度为：方向性系数的另一种定义为：点源天线实际天线null一、辐射的基本概念二、滞后位三、电偶极子的辐射第8章 电磁波的辐射回顾：1. 什么是辐射？2. 辐射产生的必要条件3. 影响辐射强弱的原因达朗贝尔
方程2. 辐射场：平均坡印廷矢量：1. 什么是电偶极子？null3. 方向性函数为：4. 辐射功率：5. 辐射电阻：E 面方向图H 面方向图6. 方向性系数：7. 半功率波瓣宽度：点源天线电偶极子null四、磁偶极子的辐射1. 什么是磁偶极子？一个通有高频电流的小电流环的等效模型称为磁偶极子。磁偶极子是根据电磁对偶性派生出来的概念。2. 对偶原理的应用麦克斯韦尔方程： 引入磁荷和磁流的概念之后，磁场各物理量就和电场各物理量一一对应起来了。 下标m表示磁量，e 表示电量。磁流密度磁荷密度null只有电流源存在时对偶量：只有磁流源存在时已知：电偶极子的辐射场为由对偶原理得出：磁偶极子的辐射场磁流源 可见：利用对偶原理求解电磁学的一些问
题
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，可大大简化推导过程。null4. 方向性函数为：5. 辐射功率：6. 辐射电阻：H 面方向图E 面方向图7. 方向性系数：8. 半功率波瓣宽度：3. 磁偶极子的辐射场null五、对称振子天线的辐射1. 什么是对称振子？如图所示:对称振子上的电流分布为：null 在振子上取一小段dz ，将其视为电偶极子，其辐射场为：2. 对称振子的辐射场该对称振子的辐射场就是整个振子长度上的积分:因为：辐射电场为：在分母上在指数上null对称振子的辐射磁场：null3. 对称振子的方向性函数：不同长度振子的方向图：null4. 半波振子的辐射场(2)半波振子的方向性函数：已知：对称振子的辐射场：E 面方向图(1)半波振子的辐射场null(4)半波振子的总辐射功率：(5)辐射电阻：(6)方向性系数：(7)半功率波瓣宽度：E 面方向图(3)半波振子的平均坡印廷矢量：null六、 天线阵的辐射1. 什么是天线阵？ 由若干个辐射单元以各种形式（如直线、圆环、三角和平面等）在空间排列组成的天线系统称为天线阵。 2. 控制天线阵辐射的因素有哪些？阵元数目；
阵元排列方式；
阵元间距；
每个阵元的馈电电流的大小和相位。 3. 二元阵的辐射场二元阵是由相隔一定距离的两个辐射元组成。null两单元的辐射电场分别为 ：（1）纵向等幅二元阵： 单元辐射电场的幅值 单元的方向性函数 该二元阵的辐射电场： 其中：null同理，两单元的辐射电场分别为 ：（2）横向等幅二元阵： 该二元阵的辐射电场： 其中：N M所以：比较这两种二元阵，其辐射场的表达式形式相同，不同的是两阵元的相位差表示式不一样。null解：由于电偶极子置于无限大导电平板前，用其镜像法，镜像电流与源电流等幅反相，因此构成了等幅反相馈电的二元阵 馈电电流分别为： 两个阵元辐射场叠加为：null(1)在xOy平面的方向图，此时方向图由阵因子确定已知：其方向图如图所示。故方向性函数为: (2)在xOz平面的方向图，null 4. 均匀直线阵 直线阵：由N 个相同的单元天线等间距地排列在一条直线上
构成。均匀直线阵: 若各单元上的馈电电流大小相同，而相位沿线均
匀递增或递减，这样的直线阵称为均匀直线阵。如图所示:N元直线阵 N元均匀直线阵的辐射场由N个单元的辐射场叠加获得，即null若令：则辐射场： 均匀直线阵的归一化阵因子为：该直线阵的方向性函数为：null方向性函数为:在H平面内: 方向图：在E平面内： null方向图：（2）当该均匀直线阵的参数为：方向性函数为：其中： 在H平面内： 在E平面内: null拉杆天线null引向天线null喇叭天线null微带天线null卫星接收天线宽带全向天线3m微波接力通信天线null中国远程相控阵雷达null舰载对空搜索雷达天线相控阵雷达天线null螺旋天线null俄罗斯新型有源相控阵雷达天线俄军巨型雷达天线阵列
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