第十章电磁辐射及原理主要内容面天线，天线天线，电流元辐射，天线方向性，线阵，对偶原理，镜像原理，互易原理，惠更斯原理。对偶原理电流元辐射6.镜像原理天线方向性7.互易原理对称天线辐射8.3.惠更斯原理天线阵辐射9.10.面天线辐射电流环辐射OKI>
第十章 电磁辐射及原理 主 要 内 容 电流元辐射，天线方向性，线天线， 面天线，天 线阵，对偶原理，镜像原理，互易原理，惠更斯原理。 1. 电流元辐射 2. 天线方向性 3. 对称天线辐射 4. 天线阵辐射 5. 电流环辐射 6. 对偶原理 7. 镜像原理 8. 互易原理 9. 惠更斯原理 10. 面天线辐射
内壁电流电流元电流元辐射一段载有均匀同相的时变电流的导线称为电流元，而且 d
1. 电流元辐射 一段载有均匀同相的时变电流 的导线称为电流元，而且 d << l I l ，l << ，l << r。 d 均匀同相电流是指导线上各点 电流的振幅相等，且相位相同。 电流元 内壁电流
电流元周围媒质是无限大Z的均匀线性且各向同性的理想口P(x, y,介质。口2)N'N'E-k'E=- jwmJIl*y1N'n'H- k'H-N' Jx式中 k=wJem利用量磁位A计算辐射场。NN xAH-IN'AE=- jw A-mjw mem ,le-jk]r-rg式中dleA(r) =4元0/r- rgKV
电流元周围媒质是无限大 的均匀线性且各向同性的理想 介质。 利用矢量磁位 A 计算辐射场。 r Il z y x , P(x, y, z) O 式中 式中
1l<<l ,1<<r,rc<l又因电流仅具有z分量，即 dlα=e,d/。m I le'jkr因此A(r) =e,A,A4元r分析天线的电辐射特性，使用球坐标系较为方便。矢量位A在球坐标系中的各分量为A, = A, cosq1A, = - A, sinqA, =0V12
分析天线的电辐射特性，使用球坐标系较为方便。 r Il z y x , 又因电流仅具有z 分量，即 。 矢量位 A 在球坐标系 中的各分量为 Az Ar - A 因此
由 H=’A求得磁场强度各个分量为mk'llsing j10iH.e4元krk2r20H, =H, =0NN×A,或者 NH - jwe E,根据由E=-jw A+jwme磁场强度算出电场强度为k'I I cosq a1 0jk:eEkar?k'r32元we-0k'I I sinq1j1 &0-jkrE.:0Crek'r3k2rkr4元we0E.f =03K>
由 求得磁场强度各个分量为 由 ，或者 ，根据 磁场强度算出电场强度为
k’I Isinq aj 1 ajkH, =.eE4元krk2r?Ok'l lcosq a j1 o-jkiHH:0二Ek'r?k'r32元we0口Ek'I l sinq aej110IL-ikk2r2k'r34元wekr0H, =H, =E, =0可见，在球坐标系中，z向电流元场强具有 H,E,及 E三个分量，而分量 H。=H,= E, =0 。电流元产生的电磁场为TM波。√12
可见，在球坐标系中，z 向电流元场强具有 ， 及 三个分量，而分量 。 电流元产生的电磁场为TM 波。 r Il z y x , E Er H
k'l lsinq e j1ojkrH:e4元ékrk2r20k'Ilcosq a j1 0o-jk:eEk?r?k3r32元we01k'II sinqj1 0-jkr aE. =:erek2r2k3r3kr4元we0H, =H, =E, =0r>1 的区域称为远区,近区中的电磁场称为近区场，远区中的电磁场称为远区场在电磁场中，物体的几何尺寸无关紧要，重要的是物体的波长尺寸，即以波长度量的尺寸。K
近区中的电磁场称为近区场，远区中的电磁场 称为远区场。 在电磁场中，物体的几何尺寸无关紧要，重要 的是物体的波长尺寸，即以波长度量的尺寸。 的区域称为近区； 的区域称为远区
2元对于近区场。因 r
对于近区场。因 ， ，则低次 项 可以忽略，且令 ，那么 近区场与静态场完全相同，无滞后现象，所以 近区场称为似稳场。 电场与磁场的时间相位差为 ，复能流密度的 实部为零。能量没有单向流动，完全被束缚在源的 周围，因此近区场又称为束缚场。 恒定电流元 Il 电偶极子 ql
2元r>>1，则高次对于远区场。因r>>l ，kr=二项可以忽略，只剩下两个分量 H,和 E，，得I IsingZI IsingJk-jkiE2l r2l r式中 z为周围介质的波阻抗电流元远区场的特点：(1)传播方向为r，电场及磁场均与r垂直，远区场为TEM波，电场与磁场的关系为。=7H(2)电场与磁场同相，复能流密度仅有实部，能量不断向外辐射，所以远区场又称为辐射场K
对于远区场。因 ， ，则高次 项可以忽略，只剩下两个分量 和 ，得 式中 为周围介质的波阻抗。 电流元远区场的特点： （1）传播方向为 r ，电场及磁场均与r 垂直，远 区场为TEM波，电场与磁场的关系为 。 （2）电场与磁场同相，复能流密度仅有实部，能 量不断向外辐射，所以远区场又称为辐射场
ZIIsinqI IsinqjkjkEC2l r21 r(3)远区场强振幅与距离r一次方成反比，这种衰减不是介质的损耗引起的，而是球面波的自然扩散(4）远区场强振幅还与观察点所处的方位有关，这种特性称为天线的方向性。与方位角口及口有关的函数称为方向性因子，以f(，?）表示。z方向电流元具有轴对称特点，场强与方位角口无关，即(q,f)=sinq z向电流元在口 =0 的轴线方向上辐射为零，在与轴线垂直的口 =90口方向上辐射最强。K二
（3）远区场强振幅与距离 r 一次方成反比，这种衰减 不是介质的损耗引起的，而是球面波的自然扩散。 （4）远区场强振幅还与观察点所处的方位有关，这种 特性称为天线的方向性。与方位角 及 有关的函数 称为方向性因子，以 f ( , ) 表示。 z 方向电流元具有轴对称特点，场强与方位角 无关，即 。 z 向电流元在 = 0 的轴线方向上辐射为零，在 与轴线垂直的 = 90 方向上辐射最强