第5章 電磁波的輻射

1、1第五章 電磁波的輻射2第五章 電磁波的輻射3第五章 電磁波的輻射4第五章 電磁波的輻射 0 DBEtBDHJt , DEBH0BBA 0EE 0ED0 BHJ5.1 5.1 電磁場(chǎng)的矢勢(shì)和標(biāo)勢(shì)電磁場(chǎng)的矢勢(shì)和標(biāo)勢(shì)5第五章 電磁波的輻射 0 DBEtBDHJt , HBED00 =0 0 DBEtBDHJt6第五章 電磁波的輻射0 BAB()LSSA dlAdsB dsB7第五章 電磁波的輻射)(AttBEtAE0tAE)(tAE8第五章 電磁波的輻射tAEAtAE ) , (A9第五章 電磁波的輻射0()=0=mmmemeBBAAEtAEtAEt 0 0 DBEtBDHt 0()=0=eeem

2、emDDAAHtAHtAHt 10第五章 電磁波的輻射) , (BE) , (A) , (BEtAAA) , (AAEtBA 11第五章 電磁波的輻射()()()()AEAtttAtttAEt ( , ) , , A) , (A()()BAAAAB )(BE , , AAt12第五章 電磁波的輻射 13第五章 電磁波的輻射A A14第五章 電磁波的輻射0 AAEEEt 縱橫tA 15第五章 電磁波的輻射012tcAAA16第五章 電磁波的輻射00DEBHAEtBA 00020()()ADEEtAt 02At麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組 0 DBEtBDHJt 17第五章 電磁波的輻射JtAtA

3、A00022002)()()()()()()()( )( 22200000200020020AAtAtJAAtAtJAAtEJAAHAB00DEBHAEtBA 0 DBEtBDHJt 18第五章 電磁波的輻射2001 c02022222)1(1AtJtcAtAcA19第五章 電磁波的輻射2202222011()0AAJctctA 02022222)1(1AtJtcAtAcA20第五章 電磁波的輻射222202202221110ctAAJctAct 02022222)1(1AtJtcAtAcA21第五章 電磁波的輻射010122222222tAcAtc)(0)(0txkitxkieAAe22第五

4、章 電磁波的輻射012tcA020220)(1AkcAkcicAk i0A)(0)(0,txkitxkieAAe23第五章 電磁波的輻射()0()()00()0()()i k xti k xti k xti k xtBAA eeAeAik xA eikAikAAikAikAikA 縱橫縱橫橫確定單色平面電磁波確定單色平面電磁波24第五章 電磁波的輻射()()00()()00()()0022222()()()()()(i k xti k xti k xti k xti k xti k xtA eAEettei A eeik xi A ecciki Aikk Ai Aik k AAccik k 2

5、222)()()()kccAk Aik k Ak k AkikAckBceB 222()(cccEikkAikkAAikkA 縱橫橫）（）25第五章 電磁波的輻射Aik itAEAk iABAA26第五章 電磁波的輻射橫AAA0橫AkAk02AkcBAikAAAEi Att 27第五章 電磁波的輻射22222201100AActctA0012222tAcA28第五章 電磁波的輻射)(0txkieAA0Ak iAA橫AA (0)BAikAAAAEi Att 29第五章 電磁波的輻射30第五章 電磁波的輻射31第五章 電磁波的輻射222202222011 AAJctct 32第五章 電磁波的輻射0

6、22221tc)()(),(xtQtx)()(11)(1022222xtQtcrrrr01)(122222tcrrrr33第五章 電磁波的輻射),(1),(trurtr0122222tucru 1)()()(122222222turtrruururrrrrururrr34第五章 電磁波的輻射rcrtftr)(),(rQ04)()(),(crtgcrtftru35第五章 電磁波的輻射)(41),(0crtQrtrx)()(1102222xxtQtcrcrtxQtx04),(),(36第五章 電磁波的輻射0( ,)1( , )4Vrx tcx tdVr0( ,)( , )4VrJ x tcA x

7、tdVrVdrcrtxtxd04),(),(37第五章 電磁波的輻射0( ,)( , )4VrJ x tcA x tdVr0( ,)1( , )4Vrx tcx tdVr38第五章 電磁波的輻射 39第五章 電磁波的輻射tx,crt2crt12M1M1r2r0( ,)1( , )4Vrx tcx tdVr 除了電磁作用之外，其他一切作用都通過物質(zhì)以有限除了電磁作用之外，其他一切作用都通過物質(zhì)以有限速度傳播。事物總是通過物質(zhì)自身的運(yùn)動(dòng)發(fā)展而互相聯(lián)系速度傳播。事物總是通過物質(zhì)自身的運(yùn)動(dòng)發(fā)展而互相聯(lián)系著的，不存在瞬時(shí)的超距作用。著的，不存在瞬時(shí)的超距作用。40第五章 電磁波的輻射0( )( )4VJ

8、 xA xdVr01( )( )4VxxdVr0( ,)( , )4VrJ x tcA x tdVrEAB0( ,)1( , )4Vrx tcx tdVrtAEAB0( , )( , )4VJ x tA x tdVr01( , )( , )4Vx tx tdVrtAEAB41第五章 電磁波的輻射0( ,)1( , )4Vrx tcx tdVr0( ,)( , )4VrJ x tcA x tdVrtAEAB42第五章 電磁波的輻射21222)()()(zzyyxxrcrtt01( , )( , )4Vx tx tdVr 0( , )( , )4VJ x tA x tdVr 43第五章 電磁波的輻

9、射( , )( , )( , ) | 0 txJ x tJ x tJ x tx 常數(shù)常數(shù)這是因?yàn)槲⒎种粚?duì) 進(jìn)行的( , )( , )xJ x tJ x t 常數(shù)VdrJJrVdrtxJAVV)11(4),(40044第五章 電磁波的輻射(, )11yxzxyxzyxzJJJJ x txyzJJJttttxtytzJJJrrrctxtytzJrct 常數(shù)45第五章 電磁波的輻射0011()411()4VVJArJdcrtrJrJdcrtr drJJrdrtxJAVV)11(4),(40046第五章 電磁波的輻射( , )( , )11txyxztyxzttJ x tJJ x tJJJtttJtx

10、tytzJJJrrrJctxtytzJJrc t 常數(shù)常數(shù)常數(shù)常數(shù)常數(shù)47第五章 電磁波的輻射1tJrJJc t 常數(shù)00000111()41414414tVtVtVStVAJJJdrrrJJdrrJJddsrrJdr 常數(shù)常數(shù)常數(shù)常數(shù)048第五章 電磁波的輻射dtrdtttrdtrtVVV1411411410001rttcdtdt 49第五章 電磁波的輻射022001111144104tVVtVAJddctrcrtJdrt 常常0tJt 常A50第五章 電磁波的輻射51第五章 電磁波的輻射0( ,)( , )4VrJ x tcA x tdVrtiexJtxJ)(),()()( ,)( )(

11、)riti krtcrJ x tJ x eJ x ec52第五章 電磁波的輻射()000(,)()( , )44()4i krtrcVVikritVJ x tJ x eA x tdVdVrrJ x edV erck tiexAtxA)(),(0( )( )4ikrVJ x eA xdVr53第五章 電磁波的輻射0( , )( ) ( )( )4i tikrVA x tA x eJ x eA xdVrikre0tJitex,tx)()(iJ ( )0itJix e54第五章 電磁波的輻射00( )( )4( ,)1( , )4ikrVVJiJ x eA xdVrrx tcx tdVrJEciJt

12、EB02000)(0JBkicEEitEexEtxEti,)(),(ABBkicE55第五章 電磁波的輻射k2A0( )( )4ikrVJ x eA xdVr56第五章 電磁波的輻射57第五章 電磁波的輻射r , ,lrlRrRex58第五章 電磁波的輻射RrRexRRxxRxRr11:! 21111 211()2!RikexRReikexikex 0020000()()( )441() 1()42!()()()()(448RikRexikrikRVVikRRRVikRikRikRRRVVJ x eJ x eeA xdVdVrReJ xikexikexdVReeeJ x dVJ xikex d

13、VJ xikeRRR2(0)(1)(2)( )( )( )VxdVAxAxAx21/ 2xexx 59第五章 電磁波的輻射(0)0( )()4ikRVeAxJ xdVR()()()()VVVVSVSVVpx dVJ x dVJx dVJx dVdsJxJ IdVdsJ xJdVJdV ( )( , )Vp txx t dVtJ60第五章 電磁波的輻射()()Vdpd Q ldQplIlJ x dVdtdtdt ppiipip 2)(420422222222| ,| ,|ppppppp 0i tpp epiepipti061第五章 電磁波的輻射(0)00( )( )44ikRikRVeeAxJ

14、x dVpRR )(ikRRikRikReeikikRee(0)000()444ikRikRikRRikAepepeepRRR62第五章 電磁波的輻射(0)020033003030414411()441414ikRRikRikRRRikRikRRRikRRikRRikBAeepRiiccceepeepRReiepeeipRcRceepRcepeRc 偶極輻射場(chǎng)偶極輻射場(chǎng)(0)04ikRRikAeepR63第五章 電磁波的輻射201()4RRikRRRicicEBikeBcB ekkep eeRc30301()()41()4ikRikRRRikRRRRBep eep eRcikeep eikeB

15、Rc3014ikRRBep eRc64第五章 電磁波的輻射3030141|sin4ikRRikRBepRcepec Re20201()41|sin4ikRRRikREepRcepec Ree65第五章 電磁波的輻射0Q+0QCL-+振蕩電偶極子振蕩電偶極子+-LCLC電路向振蕩電偶極子轉(zhuǎn)化電路向振蕩電偶極子轉(zhuǎn)化66第五章 電磁波的輻射不同時(shí)刻振蕩電偶不同時(shí)刻振蕩電偶極子附近的電場(chǎng)線極子附近的電場(chǎng)線+EBEcccc+-B振蕩電偶極子附近的電磁場(chǎng)線振蕩電偶極子附近的電磁場(chǎng)線電偶極輻射電偶極輻射67第五章 電磁波的輻射*0*0*02222320011R e()R e()221R e()2R e()(

16、)2|sin232RRRRRSEHEBc BeBcBBeBeBcpBeec R ()()()abcc a bc b a 68第五章 電磁波的輻射2sin222320|sin32RpSc R e輻射最弱時(shí)或當(dāng)輻射最強(qiáng)時(shí)當(dāng) , , 02zS69第五章 電磁波的輻射ppiipip 2)(420422222222|,|,|ppppppp 00cos, i tpqxqxtpp epiepipti070第五章 電磁波的輻射222230223230002223300|sin32|sin32|41|232343SSSSPsdsdsR dpdcpddcppcc 總輻射功率總輻射功率71第五章 電磁波的輻射342

17、003203220341341341cpcpcpP 總輻射功率不同的表述總輻射功率不同的表述72第五章 電磁波的輻射3 3、偶極振蕩能產(chǎn)生電磁輻射（波）、偶極振蕩能產(chǎn)生電磁輻射（波）epeRcBikR sin|4130epeRcEikR sin|4120HES 偶極輻射場(chǎng)為波動(dòng)形式；電場(chǎng)（偶極輻射場(chǎng)為波動(dòng)形式；電場(chǎng)（TEM）和磁場(chǎng)（）和磁場(chǎng)（TMM）均為橫波，振幅與均為橫波，振幅與R成反比，且相位相同；能流密度沿徑成反比，且相位相同；能流密度沿徑向，大小與向，大小與R2成反比，總輻射功率與成反比，總輻射功率與R無(wú)關(guān)。以上特性無(wú)關(guān)。以上特性使使得得34200341cpP73第五章 電磁波的輻射偶

18、極輻射場(chǎng)為波動(dòng)形式；偶極輻射場(chǎng)為波動(dòng)形式；74第五章 電磁波的輻射 為什么靜止電荷和穩(wěn)恒電流不會(huì)輻射電磁波，為什么靜止電荷和穩(wěn)恒電流不會(huì)輻射電磁波，但加速運(yùn)動(dòng)的電荷卻能產(chǎn)生但加速運(yùn)動(dòng)的電荷卻能產(chǎn)生電磁輻射電磁輻射? ?1 1、靜止電荷不會(huì)產(chǎn)生電磁波，是因?yàn)椤㈧o止電荷不會(huì)產(chǎn)生電磁波，是因?yàn)殪o止電荷只產(chǎn)生靜止電荷只產(chǎn)生縱向電場(chǎng)，不產(chǎn)生磁場(chǎng)，靜電場(chǎng)不能構(gòu)成能流密度矢量，縱向電場(chǎng)，不產(chǎn)生磁場(chǎng)，靜電場(chǎng)不能構(gòu)成能流密度矢量，所以靜電場(chǎng)能量是靜態(tài)的，不能流動(dòng)。所以靜電場(chǎng)能量是靜態(tài)的，不能流動(dòng)。3014QERR0B0HES75第五章 電磁波的輻射2 2、勻速運(yùn)動(dòng)的電荷（穩(wěn)恒電流）、勻速運(yùn)動(dòng)的電荷（穩(wěn)恒電流）可

19、產(chǎn)生穩(wěn)恒電場(chǎng)和磁場(chǎng)可產(chǎn)生穩(wěn)恒電場(chǎng)和磁場(chǎng)但非波動(dòng)形態(tài)但非波動(dòng)形態(tài)，且，且電場(chǎng)強(qiáng)度沿著徑向電場(chǎng)強(qiáng)度沿著徑向（縱場(chǎng)）；空間一（縱場(chǎng)）；空間一點(diǎn)雖有能流密度，但大小與點(diǎn)雖有能流密度，但大小與R-4成正比，導(dǎo)致輻射功率與成正比，導(dǎo)致輻射功率與R-2成正比，能流密度離開源區(qū)后迅速衰減；由于方向不成正比，能流密度離開源區(qū)后迅速衰減；由于方向不是固定沿徑向，所以能流只能在導(dǎo)線附近流動(dòng)，無(wú)法沿是固定沿徑向，所以能流只能在導(dǎo)線附近流動(dòng)，無(wú)法沿徑向有效傳播出去。徑向有效傳播出去。IHS3014VREdVR03( )4LI dlRB xR 4SEHRR2PRE3014dQdERR034I dlRdBR ()()()RdlRR R dlR dl R 76第五章 電磁波的輻射5 短天線輻射短天線輻射 輻射電阻輻射電阻 當(dāng)直線天線的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，它的輻射就是電當(dāng)直線天線的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，它的輻射就是電偶極輻射。偶極輻射。例題例題 一個(gè)長(zhǎng)度為一個(gè)