第八章_電磁輻射

1、1第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫1分類分析時變電磁場問題分類分析時變電磁場問題第第4章章電磁波的電磁波的典型代表典型代表電磁波的電磁波的傳輸傳輸共性問題共性問題個性問題個性問題電磁波的電磁波的輻射輻射 第第5、 第第7章章第第8章章均勻平面波均勻平面波波導(dǎo)波導(dǎo)天線天線0tjt6 6章章2第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫23第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫3時諧電磁場問題第四章內(nèi)容復(fù)習(xí)1

2、. 單一媒質(zhì)空間的單一媒質(zhì)空間的無源無源問題問題微分方程方法微分方程方法 （HelmholtzHelmholtz方程）方程）2. 單一媒質(zhì)空間的單一媒質(zhì)空間的有源有源問題問題微分方程方法微分方程方法（HelmholtzHelmholtz方程）方程）+ +LorentzLorentz條件條件 3. 能量能量瞬時能量瞬時能量/ /功率與時變相同：如功率與時變相同：如平均能量平均能量/ /功率可復(fù)振幅量計算功率可復(fù)振幅量計算 如如, ,jt220cEk E22cAk AJ 外( , )( , )SE r tH r t *1Re ( )( )2SE rHr jc A4第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波

3、高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫44.1 波動方程波動方程 麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組 波動方程波動方程: :222JHHt 222J1EEtt結(jié)論： 對于含激勵源的問題，用位函數(shù)的波動方程求解更簡單5第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫5面對的問題？分析方法？典型應(yīng)用和討論？6第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫6面對的問題？分析方法？典型應(yīng)用和討論？7第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電

4、子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫7基本問題基本問題無限大的均勻介質(zhì)（無耗）無限大的均勻介質(zhì)（無耗）求解區(qū)域存在電流激勵源求解區(qū)域存在電流激勵源問題描述為：問題描述為： 已知：已知： 求：求：( , )r tJ( , ) , H( , )r tr tE y yz zx xP PrrVrrVd8第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫8面對的問題！分析方法？典型應(yīng)用和討論？9第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫9首先求解無限大的均勻介質(zhì)中的位函數(shù)首先求解無限大的均勻介質(zhì)中的

5、位函數(shù)利用輔助位與場的關(guān)系給出電磁場利用輔助位與場的關(guān)系給出電磁場步驟為：步驟為： （1）求解位函數(shù)的波動方程）求解位函數(shù)的波動方程 （2）通過位的解給出場的表達）通過位的解給出場的表達22cAk AJ 外jc AAB tAE分析方法分析方法10第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫10本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：l位函數(shù)波動方程的解位函數(shù)波動方程的解 滯后位滯后位l基本輻射單元及其輻射場基本輻射單元及其輻射場 電偶極子及其輻射電偶極子及其輻射22t AAJ22t AB tAE0tA 11第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高

6、等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫111( ,)1( , )d41( ,)( , )d4VVr trrvr tVrrJ r trrvA r tVrry yz zx xP PrrVrrVd1.1.無限大均勻媒質(zhì)空間中無限大均勻媒質(zhì)空間中波動方程的解（時變情況）波動方程的解（時變情況）8.1 8.1 滯后位滯后位稱為稱為滯后位滯后位或或推遲位推遲位 日光是一種電磁波，在某處某時刻見到的日光并不是該時刻太陽所日光是一種電磁波，在某處某時刻見到的日光并不是該時刻太陽所發(fā)出的，而是在大約發(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

7、秒內(nèi)光傳播的距離正好是太陽到地球的平均距離。離正好是太陽到地球的平均距離。實 例12第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫12 144jkVjkVedVedVrrrrrrrrJ rA rrr BA AjE0 jA 2222JAA2.2.無限大均勻媒質(zhì)空間中無限大均勻媒質(zhì)空間中波動方程的解（時諧情況）波動方程的解（時諧情況）13第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫13面對的問題！分析方法！典型應(yīng)用和討論？14第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版

8、社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫14 li元電流元電流Il電偶極子電偶極子( )q t( )q td ( )q tij qdtjl Il qpe8.2 8.2 電偶極子的輻射電偶極子的輻射最基本的輻射單元：元電流（最基本的輻射單元：元電流（ ） , , sJdvJ dsIdl 15第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫151 1、 電偶極子的電磁場電偶極子的電磁場VrrerJtrAVrrjkd)(4),(PxzyorrjkrzcjkrzczjkrrIlezrIezIertrAe4de4de4),(由于，任意分布激勵電流產(chǎn)

9、生的磁矢位解為：由于，任意分布激勵電流產(chǎn)生的磁矢位解為：所以，線分布元電流的解為：所以，線分布元電流的解為：16第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫16jkrzrrrIlAeAtrAecos4cos,jkrzerIlAeAtrAsin4sin),(0),(eAtrAzxyrAAA 天線的問題通常在球坐標(biāo)系下討論天線的問題通常在球坐標(biāo)系下討論17第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫17ArrAArerererAHrrsinsinsin1122sin11sinsinr

10、rerereEHjjrrHrHrHjkrkrkrjIlkee )(14sin223323232cos1sin1ee4()()4()()jkrjkrrk Iljk Iljjeekrkrkrkrkr18第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫18jkrrkrkrjIlkHHHe )(14sin00220e )()(14sine )()(14cos2323323EkrjkrkrjIlkEkrjkrIlkEjkrjkrr電偶極子周圍的空間劃分為三個區(qū)域：電偶極子周圍的空間劃分為三個區(qū)域： 近場區(qū)近場區(qū) 遠場區(qū)遠場區(qū) 過度區(qū)過度區(qū)1kr1kr

11、遠區(qū)場遠區(qū)場近區(qū)場近區(qū)場過渡區(qū)過渡區(qū)19第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫191,)(1)(1132 jkrekrkrkr2334sin4sin2cosrIlHrIljErIljEr1kr33332coscos22sinsin44sin4erepqlErrpqlErrIlHr準(zhǔn)靜態(tài)場準(zhǔn)靜態(tài)場2 2、 近區(qū)場：近區(qū)場：jkrjkrjkrrkrkrjIlkHkrjkrkrjIlkEkrjkrIlkEe )(14sine )()(14sine )()(14cos222323323qjI0Re21*HESav電場和磁場存在電場和磁場存

12、在 2 2的相位差，能量的相位差，能量在電場和磁場以及場與源之間交換，在電場和磁場以及場與源之間交換，沒有輻射沒有輻射; ;所以近區(qū)場也稱所以近區(qū)場也稱準(zhǔn)靜態(tài)場準(zhǔn)靜態(tài)場20第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫203 3、 遠區(qū)場（輻射場）：遠區(qū)場（輻射場）：1kr32)(1)(11krkrkrjkrjkrrIlkjHrIlkjEe4sine4sin2sine2sine2 /jkrjkrIlEjrIlHjrE2kk323323222cos14sin14sin14jkrrjkrjkrk IljEekrkrk IljjEekrkrkr

13、k IljHekrkr遠區(qū)場的特點遠區(qū)場的特點TEMTEM波波非均勻球面波，電磁場振幅與非均勻球面波，電磁場振幅與 1/r 1/r 成正比。成正比。電磁場振幅比等于媒質(zhì)的本征阻抗電磁場振幅比等于媒質(zhì)的本征阻抗1)1) 具有方向性具有方向性, ,方向性因子為方向性因子為sinsin21第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫21電偶極子的輻射方向圖電偶極子的輻射方向圖 =0=00 ：無：無輻輻射射 =900: 輻射最強輻射最強22第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫22

14、輻射場的平均功率流密度：輻射場的平均功率流密度：222*2sin222Re21Re21Re21rIleHeEeHEeHeEeHESrrrrav輻射功率輻射功率：20222020022)(40)(3ddsin)2sin(2dlIIlrerIleSSPrrSavr 輻射電阻：輻射電阻：202)(802lIPRrr23第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫23例例1 頻率為頻率為10MHz的功率源饋送給電偶極子的電流為的功率源饋送給電偶極子的電流為25A，設(shè)電偶極子，設(shè)電偶極子的長度為的長度為50cm，試計算：，試計算：（1）赤道平面上

15、離原點）赤道平面上離原點10km處的電場和磁場；處的電場和磁場；（2）r =10km處的平均功率密度；處的平均功率密度；（3）輻射電阻。）輻射電阻。解解：（：（1 1）)A/m(1083.20e4sin)V/m(10854. 7e4sin33101 . 26101 . 232jjkrjjkrejrIlkjHejrIlkjE（2 2）)W/m(108 .812sin2292rraverIleS（3 3）22. 0)(8020lRr24第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫24總 結(jié)位函數(shù)位函數(shù)波動方程波動方程電基本振子電基本振子位函

16、數(shù)位函數(shù)電磁場電磁場遠區(qū)場遠區(qū)場近區(qū)場近區(qū)場滯后位滯后位25第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫25分類分析時變電磁場問題分類分析時變電磁場問題第第4章章電磁波的電磁波的典型代表典型代表電磁波的電磁波的傳輸傳輸共性問題共性問題個性問題個性問題電磁波的電磁波的輻射輻射 第第5、 第第7章章第第8章章均勻平面波均勻平面波波導(dǎo)波導(dǎo)天線天線0tjt6 6章章26第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫26本章習(xí)題8.1, 8.1327第8章電磁場與電磁波電磁場與電磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版電子科技大學(xué)電子科技大學(xué)編寫編寫27考試大綱考試命題范圍以大綱要求的內(nèi)容的指南客觀和計算題比例3：7出一道能力題，分值6分第一章屬共性基礎(chǔ)，不專門針對第一章內(nèi)容單獨出題柱坐標(biāo)、球坐