第7章电磁波的辐射 黄丘林 电子工程学院 西安电子科技大学
第7章 电磁波的辐射 黄丘林 电子工程学院 西安电子科技大学 1
本章提纲 。1电磁波的辐射 。2天线概念、分类及应用 。3滞后位 。4电基本振子的辐射场 。5磁基本振子的辐射场 。6天线的电参数 。7对称线天线和天线阵的概念 2
本章提纲 1电磁波的辐射 2天线概念、分类及应用 3 滞后位 4 电基本振子的辐射场 5 磁基本振子的辐射场 6 天线的电参数 7 对称线天线和天线阵的概念 2
1电磁波的辐射 。电磁波的传播 电磁波在无界空间的传播 电磁波在不同介质分界面上的反、透射问题 。电磁波的辐射和接收 电磁波的辐射：时变电磁场能量可以脱离场源以电 磁波的形式在空间向远处传播而不再返回场源； o 电子系统中辐射或接收电磁波的装置称为天线。 。电磁波的场源 ·天线上的时变电流或电荷 3
1电磁波的辐射 电磁波的传播 电磁波在无界空间的传播 电磁波在不同介质分界面上的反、透射问题 电磁波的辐射和接收 电磁波的辐射：时变电磁场能量可以脱离场源以电 磁波的形式在空间向远处传播而不再返回场源； 电子系统中辐射或接收电磁波的装置称为天线。 电磁波的场源 天线上的时变电流或电荷 3
1电磁波的辐射 。天线激发的电磁场 ·天线上的电流与它激发的电磁场相互作用 ·天线的电流激发空间磁场←一→空间电磁场影响天线 的电流分布 天线辐射问题本质上是一个边值问题，根据天线满 足的边界条件求解麦克斯韦方程组 ● 实际上这样的边值问题很难求解，更常用的方式是 采用近似解法把它处理成为一个分布型问题： 。首先求解天线上的场源分布 。根据场源分布求解外场
1电磁波的辐射 天线激发的电磁场 天线上的电流与它激发的电磁场相互作用 天线的电流激发空间磁场←→空间电磁场影响天线 的电流分布 天线辐射问题本质上是一个边值问题，根据天线满 足的边界条件求解麦克斯韦方程组 实际上这样的边值问题很难求解，更常用的方式是 采用近似解法把它处理成为一个分布型问题： 首先求解天线上的场源分布 根据场源分布求解外场 4
2天线概念、分类及应用 。天线概念 。什么是天线？ √接收或发射无线电的装置。 作用：将导波或高频信号发射出去或者接收电磁波。 。天线的分类： 。按波段 √长波、中波、短波、超短波、微波 (千米、百米、十米、米波、分米、厘米、毫米、亚毫米) ·按外形 线天线：长波、中波、短波天线一般为线天线 5 面天线：微波天线
2 天线概念、分类及应用 天线概念 什么是天线？ ✓ 接收或发射无线电的装置。 ✓ 作用：将导波或高频信号发射出去或者接收电磁波。 天线的分类： 按波段 ✓ 长波、中波、短波、超短波、微波 （千米、百米、十米、米波、 分米、厘米、毫米、亚毫米） 按外形 ✓ 线天线：长波、中波、短波天线一般为线天线 ✓ 面天线：微波天线 5
2天线概念、分类及应用 电磁波波段划分 超短波 亚毫米波 毫米波 厘米波 分米波 短波 中波 长波 波段名 Metric 甚长波 特长波 超长波极长波 Sub-mm SW MW L预 微波(Microwave) wave 波长 0.1~1 1~10 1~10 10~100 1~10 10100 00~1000 110 10-100 100-1000 103104 104km a mm mm cm cm m m m km km km km 以上 频率 3000-300 300-30 30-3 3000-300 300-30 30-3 3000-300 300-30 30-3 3000-300 300-30 30Hz f GHz GHz GHz MHz MHz MHz kHz kHz kHz Hz Hz 以下 EHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF ULF SLF ELF 频段名 极高频 超高频 特高频 甚高频 高频 中频 低频 甚低频 特低频 超低频 极低频 6
2 天线概念、分类及应用 电磁波波段划分 6
2天线概念、分类及应用 。应用范围 ·通信、雷达、导航、测向、广播、电视等 。平台 ·手持、车载、机载、舰载、星载等 o特性： 方向性（全向、定向） 。波束 。极化 。频带 ·宽频带、窄频带 。电流分布 ·行波、驻波 7
2 天线概念、分类及应用 应用范围 通信、雷达、导航、测向、广播、电视等 平台 手持、车载、机载、舰载、星载等 特性： 方向性（全向、定向） 波束 极化 频带 宽频带、窄频带 电流分布 行波、驻波 7
3滞后位 标量电位和矢量磁位满足非齐次亥姆赫滋方程 V24+k2A=-uJ k2=⊙u8 Vp+k'p=-P 时谐场中电流连续性方程：又·j=-jop 洛仑兹条件： 7.A=-j0uE0 电磁场与标量位和矢量位之间的关系式： B=V×A 8
2 2 + = − A k A J 2 2 k + = − 时谐场中电流连续性方程： = − J j 标量电位和矢量磁位满足非齐次亥姆赫兹方程 3 滞后位 2 k = 洛仑兹条件： = − A j 电磁场与标量位和矢量位之间的关系式： 2 ( ) B A A E j A k = = − + 8
3滞后位 根据辐射条件，可得到非齐次亥姆赫兹方程的解 dv' - -dv' 标量位和矢量位都表示向外辐射的电磁波，辐射源为天线 上的电流分布或电荷分布。引入时间因子后得到瞬时值 sou-F-ij I dv' 9
' 1 ( ') ( ) ' 4 ' jk r r V r e r dV r r − − = − ' ( ') ( ) ' 4 ' jk r r V J r e A r dV r r − − = − 根据辐射条件，可得到非齐次亥姆赫兹方程的解 标量位和矢量位都表示向外辐射的电磁波，辐射源为天线 上的电流分布或电荷分布。引入时间因子e jwt后得到瞬时值 ' ( ) 1 ( ') ( , ) ' 4 ' r r j t v V r e r t dV r r − − = − 3 滞后位 9
3滞后位 set F-il 0-1 -dv' F-F ·场点位函数的变化滞后于场源的变化，滞后的时间就 是电磁波传播所需的时间。 ·时变场的位函数也称为滞后位。 10
' ( ) ( ') ( , ) ' 4 ' r r j t v V J r e A r t dV r r − − = − 场点位函数的变化滞后于场源的变化，滞后的时间就 是电磁波传播所需的时间。 时变场的位函数也称为滞后位。 3 滞后位 10