第八章電磁輻射

1、第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版1第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版2導(dǎo)行電磁波導(dǎo)行電磁波 被限制在某一特定區(qū)域內(nèi)傳播的電磁波被限制在某一特定區(qū)域內(nèi)傳播的電磁波常用的導(dǎo)波系統(tǒng)的分類：常用的導(dǎo)波系統(tǒng)的分類： TEM傳輸線、金屬波導(dǎo)管、表面波導(dǎo)傳輸線、金屬波導(dǎo)管、表面波導(dǎo)導(dǎo)波系統(tǒng)導(dǎo)波系統(tǒng) 引導(dǎo)電磁波從一處定向傳輸?shù)搅硪惶幍难b置引導(dǎo)電磁波從一處定向傳輸?shù)搅硪惶幍难b置第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出

2、版31、TEM波傳輸線波傳輸線 平行雙導(dǎo)線是最簡單的平行雙導(dǎo)線是最簡單的TEM波傳輸線，隨著工作頻率的升高，波傳輸線，隨著工作頻率的升高，其輻射損耗急劇增加，故雙導(dǎo)線僅用于米波和分米波的低頻段。其輻射損耗急劇增加，故雙導(dǎo)線僅用于米波和分米波的低頻段。 同軸線沒有電磁輻射，工作頻帶很寬。同軸線沒有電磁輻射，工作頻帶很寬。第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版42、波導(dǎo)管、波導(dǎo)管 波導(dǎo)是用金屬管制作的波導(dǎo)是用金屬管制作的導(dǎo)波系統(tǒng)，電磁波在管內(nèi)傳播，導(dǎo)波系統(tǒng)，電磁波在管內(nèi)傳播，損耗很小，主要用于損耗很小，主要用于 3GHz 一一30GH

3、z 的頻率范圍。的頻率范圍。矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)圓波導(dǎo)圓波導(dǎo)第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版5第8章 電磁輻射第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版6 產(chǎn)生電磁波的振蕩源一般為天線。隨著振蕩源頻率的提高使電產(chǎn)生電磁波的振蕩源一般為天線。隨著振蕩源頻率的提高使電 磁波的波長與天線尺寸可相比擬時(shí)，就會產(chǎn)生顯著的輻射。磁波的波長與天線尺寸可相比擬時(shí)，就會產(chǎn)生顯著的輻射。 對于天線，我們關(guān)心的是它的輻射場強(qiáng)、方向性、輻射功率和對于天線，我們關(guān)心的是它的輻射場強(qiáng)、方向性、輻射

4、功率和 效率。效率。 天線的型式可分為線天線和面天線。天線的型式可分為線天線和面天線。 本章由滯后位的概念出發(fā)，求解元電流的輻射場。再利用疊加本章由滯后位的概念出發(fā)，求解元電流的輻射場。再利用疊加 原理求解線天線和陣列天線的輻射問題。原理求解線天線和陣列天線的輻射問題。第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版 傳輸線傳輸線終端張角傳輸線終端張角傳輸線對稱振子對稱振子天線的定義天線的定義 能夠有效地向空間某特定方向輻射電磁波或能夠有效地接收空間某特定方向來的電磁波的裝置。 能量轉(zhuǎn)換導(dǎo)行波和自由空間波的轉(zhuǎn)換； 定向輻射（接收）具有一定的

5、方向性。天線的輻射原理：天線原理天線原理天線基本概念天線基本概念第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版以無線電通信系統(tǒng)為例來說明。以無線電通信系統(tǒng)為例來說明。接收機(jī)接收天線饋線導(dǎo)行波導(dǎo)行波導(dǎo)行波導(dǎo)行波發(fā)射機(jī)發(fā)射天線饋線導(dǎo)行波導(dǎo)行波第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版 發(fā)射機(jī)末級回路產(chǎn)生的高頻振蕩電流經(jīng)過饋線送到發(fā)射天發(fā)射機(jī)末級回路產(chǎn)生的高頻振蕩電流經(jīng)過饋線送到發(fā)射天線，通過發(fā)射天線將其轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去；到了接收端，線，通過發(fā)射天線將其轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去；到了接

6、收端，電磁波在接收天線上感生高頻振蕩電流，再經(jīng)饋線將高頻振蕩電磁波在接收天線上感生高頻振蕩電流，再經(jīng)饋線將高頻振蕩電流送到接收機(jī)輸入回路，這就完成了信息的傳遞。在這個(gè)過電流送到接收機(jī)輸入回路，這就完成了信息的傳遞。在這個(gè)過程中，經(jīng)歷了電磁波的程中，經(jīng)歷了電磁波的傳輸傳輸、發(fā)射發(fā)射、傳播傳播、接收接收等過程。等過程。 傳輸導(dǎo)行電磁波 發(fā)射和接收天線 傳播入射、反射、透射、繞射第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版10第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電

7、磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8

8、章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版 (2)雷達(dá)吸波涂料雷達(dá)吸波涂料主要包括磁損性涂料和電損性涂料 磁損性涂料主要由鐵氧體等磁性填料分散在介電聚合物中組成。目前國外航空器的雷達(dá)吸波涂層大都屬于這一類。這種涂層在低頻段內(nèi)有較好的吸收性。美國Condictron公司的鐵氧體系列涂料，厚1mm，在210GHz內(nèi)衰減達(dá)1012dB，耐熱達(dá)500；Emerson公司的Eccosorb Coating 268E厚度1.27mm，重4.9kg/m

9、2，在常用雷達(dá)頻段內(nèi)(116GHz)有良好的衰減性能(10dB)。磁損型涂料的實(shí)際重量通常為816kg/m2，因而降低重量是亟待解決的重要問題。 電損性涂料通常以各種形式的碳、SiC粉、金屬或鍍金屬纖維為吸收劑，以介電聚合物為粘接劑所組成。這種涂料重量較輕(一般可低于4kg/m2)，高頻吸收好，但厚度大，難以做到薄層寬頻吸收，尚未見純電損型涂層用于飛行器的報(bào)道。90年代美國Carnegie-Mellon大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一系列非鐵氧體型高效吸收劑，主要是一些視黃基席夫堿鹽聚合物，其線型多烯主鏈上含有連接二價(jià)基的雙鏈碳-氮結(jié)構(gòu)，據(jù)稱涂層可使雷達(dá)反射降低80%，比重只有鐵氧體的1/10，有報(bào)道說這種涂層已

10、用于B-2飛機(jī)。 第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教

11、育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編

12、寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版36本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：q 滯后位滯后位q 電偶

13、極子的輻射電偶極子的輻射第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版371( ,)1( , )d41( ,)( , )d4VVr trrvr tVrrJ r trrvA r tVrrAB tAE其解為：其解為：8.1 8.1 滯后位滯后位yz zxP PrrVrrVd 在第在第4 4章引入了動態(tài)矢量位和動章引入了動態(tài)矢量位和動態(tài)標(biāo)量位：態(tài)標(biāo)量位：222222tt AAJ在洛倫茲條件下，其方程為在洛倫茲條件下，其方程為滯后位滯后位第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版38 換

14、言之，觀察點(diǎn)處位函數(shù)隨時(shí)間的變化總是滯后于源隨時(shí)間換言之，觀察點(diǎn)處位函數(shù)隨時(shí)間的變化總是滯后于源隨時(shí)間的變化。滯后的時(shí)間是電磁波從源所在位置傳到觀察點(diǎn)所需的時(shí)的變化。滯后的時(shí)間是電磁波從源所在位置傳到觀察點(diǎn)所需的時(shí)間，故稱為間，故稱為滯后位滯后位或或推遲位推遲位。物理意義物理意義： 時(shí)刻時(shí)刻 t 空間任意一點(diǎn)空間任意一點(diǎn) r 處的位函數(shù)并不取決于該時(shí)刻的電流和處的位函數(shù)并不取決于該時(shí)刻的電流和電荷分布，而是取決于比電荷分布，而是取決于比 t 較早的時(shí)刻較早的時(shí)刻 的電流或的電流或電荷分布。時(shí)間電荷分布。時(shí)間 正好是電磁波以速度正好是電磁波以速度 從源從源點(diǎn)點(diǎn) 傳到場點(diǎn)傳到場點(diǎn) 所需的時(shí)間。所需

15、的時(shí)間。/rrv/ttrrvr1/vr 例如例如：日光是一種電磁波，在某處某時(shí)刻見到的日光并不是：日光是一種電磁波，在某處某時(shí)刻見到的日光并不是該時(shí)刻太陽所發(fā)出的，而是在大約該時(shí)刻太陽所發(fā)出的，而是在大約8 8分分2020秒前太陽發(fā)出的，秒前太陽發(fā)出的，8 8分分2020秒內(nèi)光傳播的距離正好是太陽到地球的平均距離。秒內(nèi)光傳播的距離正好是太陽到地球的平均距離。第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版39 e1d4ed4jkVjkVVVrrrrrrrrJ rA rrr BAj EA2222kk AAJ時(shí)諧電磁場的位函數(shù)時(shí)諧電磁場的位函數(shù)

16、第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版40 電偶極子是一種基本的輻射單元，是長度電偶極子是一種基本的輻射單元，是長度 l 遠(yuǎn)小于波長的直遠(yuǎn)小于波長的直線電流元，線上電流是均勻的，且相位相同。線電流元，線上電流是均勻的，且相位相同。dddzzIVS zI zSJee由于電流元由于電流元e( )d4jkrVrVrJA代入代入得電偶極子的矢量位得電偶極子的矢量位8.2 電偶極子的輻射電偶極子的輻射yz zxlP Pre( )d4jkrzCrI zrAeede44jkrjkrzzCIIlzrree第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技

17、大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版41( )coscose4jkrrrzIlArA eAr( )sinsine4jkrzArA eIlAr 0),(eAtrAzxyrAAA 在球坐標(biāo)系中在球坐標(biāo)系中第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版42ArrAArerererAHrrsinsinsin112HrrHHrerererjHjErrsinsinsin112jkrkrkrjIlkee )(14sin223323232cos1sin1ee4()()4()()jkrjkrrk Iljk Iljjeekrkrkrk

18、rkr由此得到電偶極子的電磁場：由此得到電偶極子的電磁場：第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版43 電偶極子周圍的空間劃分為三電偶極子周圍的空間劃分為三個(gè)區(qū)域：個(gè)區(qū)域： 近場區(qū)近場區(qū) 遠(yuǎn)場區(qū)遠(yuǎn)場區(qū) 過渡區(qū)過渡區(qū)1kr1kr遠(yuǎn)區(qū)場遠(yuǎn)區(qū)場近區(qū)場近區(qū)場中間場中間場2200sin1e4()rjkrHHk IljHkrkr3233232cos1e4()()sin1e4()()0jkrrjkrk IljEkrkrk IljjEkrkrkrE第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版

19、4423111, e1()()jkrkrkrkr1kr1 1、近區(qū)場、近區(qū)場：qjIjkrjkrjkrrkrkrjIlkHkrjkrkrjIlkEkrjkrIlkEe )(14sine )()(14sine )()(14cos2223233232334sin4sin2cosrIlHrIljErIljEr233334sin2sin4sin2cos2cosrIlHrprqlErprqlEeer準(zhǔn)靜態(tài)場準(zhǔn)靜態(tài)場第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版450Re21*HESav（1）電場表達(dá)式與靜電偶極子的電場表達(dá)式相同；磁場表達(dá)式電場表達(dá)

20、式與靜電偶極子的電場表達(dá)式相同；磁場表達(dá)式 與用畢奧一薩伐定律計(jì)算的恒定電流元產(chǎn)生的磁場表達(dá)式與用畢奧一薩伐定律計(jì)算的恒定電流元產(chǎn)生的磁場表達(dá)式 相同。因此稱其為相同。因此稱其為似穩(wěn)場似穩(wěn)場或或準(zhǔn)靜態(tài)場準(zhǔn)靜態(tài)場。（2）電場和磁場存在）電場和磁場存在 2的相位差，能量在電場和磁場以及場的相位差，能量在電場和磁場以及場 與源之間交換，沒有輻射，所以近區(qū)場也稱與源之間交換，沒有輻射，所以近區(qū)場也稱感應(yīng)場感應(yīng)場。 近區(qū)場的特點(diǎn)近區(qū)場的特點(diǎn)：第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版462 2、遠(yuǎn)區(qū)場、遠(yuǎn)區(qū)場（輻射場）（輻射場）：1kr32)(

21、1)(11krkrkr2kk323323222cos1e4()()sin1e4()()sin1e4()jkrrjkrjkrk IljEkrkrk IljjEkrkrkrk IljHkrkrsine2sine2jkrjkrIlEjrIlHjr2sine4sine4jkrjkrIlkEjrIlkHjr第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫高等教育出版社高等教育出版社出版出版47z zyEyxE電偶極子的方向圖電偶極子的方向圖z 遠(yuǎn)區(qū)場的特點(diǎn)遠(yuǎn)區(qū)場的特點(diǎn)：遠(yuǎn)區(qū)場是橫電磁波，電場、磁場和傳播方向相互垂直遠(yuǎn)區(qū)場是橫電磁波，電場、磁場和傳播方向相互垂直遠(yuǎn)區(qū)場電磁場振幅比等于媒質(zhì)的本征阻抗遠(yuǎn)區(qū)場電磁場振幅比等于媒質(zhì)的本征阻抗遠(yuǎn)區(qū)場是非均勻球面波，電磁場振幅與遠(yuǎn)區(qū)場是非均勻球面波，電磁場振幅與1/1/r r 成正比成