《電磁場(chǎng)與電磁波》課件第八章

電磁場(chǎng)與波（ElectromagneticFieldandWave)

矢量場(chǎng)分析（VectorAnalysis）源與場(chǎng)的關(guān)系（HH—已知源計(jì)算場(chǎng)）標(biāo)量源、矢量源；散度、旋度；通量、環(huán)量靜電場(chǎng)（SteadyElectricFieldEquation）CoulombLaw穩(wěn)恒磁場(chǎng)（SteadyMagneticFieldEquation)Biot-SavartLawMaxwell’sEquationFaraday’sLawDisplacementCurrent描述宏觀電磁現(xiàn)象的最完美的形式上頁(yè)

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返回電磁場(chǎng)與波（ElectromagneticFieldan1Maxwell’sEquation上頁(yè)

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返回Maxwell’sEquation上頁(yè)下頁(yè)返回2平面電磁波（無(wú)限大空間）導(dǎo)行電磁波（無(wú)限長(zhǎng)傳輸線）達(dá)朗貝爾方程上頁(yè)

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返回平面電磁波（無(wú)限大空間）達(dá)朗貝爾方程上頁(yè)下頁(yè)返回3達(dá)朗貝爾方程上頁(yè)

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返回達(dá)朗貝爾方程上頁(yè)下頁(yè)返回4第8章電磁輻射與天線小電流元的輻射場(chǎng)小電流環(huán)的輻射場(chǎng)天線的基本特性對(duì)稱線天線的輻射場(chǎng)面天線上頁(yè)

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返回第8章電磁輻射與天線小電流元的輻射場(chǎng)上頁(yè)下頁(yè)返5電磁場(chǎng)的基本的輻射單元電流環(huán)稱磁偶極子電流元：小電流環(huán)：磁環(huán)電流元也稱為電偶極子上頁(yè)

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返回電磁場(chǎng)的基本的輻射單元電流環(huán)稱磁偶極子電流元：小電流環(huán)：磁環(huán)68.1電流元的輻射場(chǎng)電流元產(chǎn)生的矢量磁位電流元產(chǎn)生的電磁場(chǎng)電流元產(chǎn)生的近區(qū)場(chǎng)電流元產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的性質(zhì)上頁(yè)

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返回8.1電流元的輻射場(chǎng)電流元產(chǎn)生的矢量磁位上頁(yè)下頁(yè)返回71.電流元產(chǎn)生的矢量磁位上頁(yè)

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返回1.電流元產(chǎn)生的矢量磁位上頁(yè)下頁(yè)返回8近場(chǎng)區(qū)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)2.電流元產(chǎn)生的電磁場(chǎng)上頁(yè)

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返回1個(gè)波長(zhǎng)內(nèi)叫電抗近場(chǎng)區(qū)；輻射近場(chǎng)區(qū)：菲聶爾區(qū)輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)：夫朗赫夫區(qū)近場(chǎng)區(qū)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)2.電流元產(chǎn)生的電磁場(chǎng)上頁(yè)下頁(yè)返回1個(gè)波9是純虛數(shù)無(wú)平均功率流動(dòng)非輻射場(chǎng)3.電流元產(chǎn)生的近區(qū)場(chǎng)上頁(yè)

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返回是純虛數(shù)3.電流元產(chǎn)生的近區(qū)場(chǎng)上頁(yè)下頁(yè)返回104.電流元產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)5.遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的性質(zhì)(2)球面波：等相位面是球面的波,且同相；(1)TEM波E/H=Z；(3)非均勻球面波：球面上的場(chǎng)與角度或方向有關(guān)；有一和方向有關(guān)的因子---方向因子上頁(yè)

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返回4.電流元產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)5.遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的性質(zhì)(2)球面波：等11(4)功率流密度(5)輻射功率輻射功率密度與距離平方成反比（6）輻射阻抗：輻射功率可以等效為一個(gè)電阻吸收功率上頁(yè)

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返回(4)功率流密度(5)輻射功率輻射功率密度與距離平方成反128.2小電流環(huán)的輻射場(chǎng)小電流環(huán)產(chǎn)生的矢量磁位小電流環(huán)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)小電流環(huán)產(chǎn)生的近區(qū)場(chǎng)小電流環(huán)產(chǎn)生的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)的性質(zhì)上頁(yè)

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返回8.2小電流環(huán)的輻射場(chǎng)小電流環(huán)產(chǎn)生的矢量磁位上頁(yè)下頁(yè)131小電流環(huán)產(chǎn)生的矢量磁位恒定電流環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)變場(chǎng)時(shí)：上頁(yè)

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返回1小電流環(huán)產(chǎn)生的矢量磁位恒定電流環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)變場(chǎng)時(shí)：14恒定電流環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)變場(chǎng)時(shí)：上頁(yè)

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返回恒定電流環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)變場(chǎng)時(shí)：上頁(yè)下頁(yè)返回15上頁(yè)

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返回近場(chǎng)區(qū)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)2小電流環(huán)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)上頁(yè)下頁(yè)返回近場(chǎng)區(qū)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)2小電流環(huán)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)164小電流環(huán)的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)3小電流環(huán)的近區(qū)場(chǎng)上頁(yè)

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返回4小電流環(huán)的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)3小電流環(huán)的近區(qū)場(chǎng)上頁(yè)下頁(yè)返17球面波非均勻球面波(1)TEM波E/H=Z,且同相有一和方向有關(guān)的因子---方向因子(3)功率流密度輻射場(chǎng)(4)輻射功率(5)輻射電阻5近區(qū)場(chǎng)性質(zhì)上頁(yè)

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返回球面波非均勻球面波(1)TEM波E/18總結(jié)輻射場(chǎng)的特點(diǎn)：（1）非均勻球面TEM波；（2）場(chǎng)強(qiáng)與距離成反比；（3）輻射功率流密度與距離平方成反比，輻射功率為常數(shù)；電流源和電流環(huán)是電磁輻射的兩個(gè)基本單元；電流源和電流環(huán)輻射遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)表達(dá)式為：上頁(yè)

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返回總結(jié)輻射場(chǎng)的特點(diǎn)：電流源和電流環(huán)是電磁輻射的兩個(gè)基本單元；上19第8章電磁輻射與天線

Electromagneticradiationandantennas小電流元的輻射場(chǎng)(ElectricshortDipole)小電流環(huán)的輻射場(chǎng)(MagneticshortDipole)天線的基本特性（BasicAntennaParameters）對(duì)稱線天線的輻射場(chǎng)(SymmetricalCenter-FedDipole)面天線的輻射場(chǎng)(ApertureAntennas)上頁(yè)

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返回第8章電磁輻射與天線

Electromagneticra20（1）波；TEM波；球面波；（2）非均勻球面波－方向性；（3）輻射場(chǎng)強(qiáng)1/r；輻射功率1/r2；小電流元（電偶極子）和小電流環(huán)（磁偶極子）ElectricshortDipoleMagneticshortDipole上頁(yè)

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返回（1）波；TEM波；球面波；小電流元（電偶極子）和小電流環(huán)（21天線的分類與結(jié)構(gòu)天線的電參數(shù)天線的方向性AntennaPatterns,Directivity天線的效率和增益EfficiencyandGain天線的阻抗特性Resistance天線的工作頻率和帶寬FrequencyandBandwidth天線的電參數(shù)測(cè)量8.3天線的基本特性

BasicAntennaParameters上頁(yè)

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返回天線定義：向空間發(fā)射或從空間接收電磁波的裝置；導(dǎo)行波或高頻電流和自由空間波間的能量轉(zhuǎn)換裝置；天線的分類與結(jié)構(gòu)8.3天線的基本特性

BasicAnte221、天線的分類與結(jié)構(gòu)天線的工作性質(zhì)分：發(fā)射天線和接收天線互易原理：同一副天線用作發(fā)射天線時(shí)特性和用作接收時(shí)的特性相同；按用途分:通信天線，雷達(dá)天線，電視天線，廣播天線；按工作頻段分：長(zhǎng)波天線，中波天線，短波天線，微波天線，多波段天線，寬帶天線，超寬帶天線；按結(jié)構(gòu)分：線天線（雙極子、單極子、菱形、螺旋），面天線（拋物面、波導(dǎo)、喇叭、微帶、），陣列天線等。上頁(yè)

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返回1、天線的分類與結(jié)構(gòu)天線的工作性質(zhì)分：發(fā)射天線和接收天線上頁(yè)23線天線上頁(yè)

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返回線天線上頁(yè)下頁(yè)返回24線天線上頁(yè)

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返回線天線上頁(yè)下頁(yè)返回25《電磁場(chǎng)與電磁波》ppt課件第八章26《電磁場(chǎng)與電磁波》ppt課件第八章27《電磁場(chǎng)與電磁波》ppt課件第八章28上頁(yè)

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返回上頁(yè)下頁(yè)返回29《電磁場(chǎng)與電磁波》ppt課件第八章30上頁(yè)

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返回上頁(yè)下頁(yè)返回31《電磁場(chǎng)與電磁波》ppt課件第八章32《電磁場(chǎng)與電磁波》ppt課件第八章33TEM喇叭天線電磁耦合陣子天線倫伯天線剖面圖北斗衛(wèi)星通信天線等角螺旋天線TEM喇叭天線電磁耦合陣子天線倫伯天線剖面圖北斗衛(wèi)星通信天線34天線的特性如何描述？如何評(píng)價(jià)天線的好壞？描述天線工作特性的參數(shù)叫天線電參數(shù)（BasicAntennaParameters）；電參數(shù)主要有：方向性、阻抗特性、輻射效率、工作頻帶等上頁(yè)

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返回天線的特性如何描述？如何評(píng)價(jià)天線的好壞？上頁(yè)下頁(yè)352.天線的電參數(shù)——方向性天線的方向性可以用方向性因子,方向圖,方向性系數(shù)表示.(1)方向性因子歸一化方向性因子:輻射場(chǎng)中與方向有關(guān)的函數(shù)叫方向性因子上頁(yè)

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返回2.天線的電參數(shù)——方向性天線的方向性可以用方向性因子,方36(2)輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度：表示穿過(guò)單位立體角的功率上頁(yè)

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返回(2)輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度：表示穿過(guò)單位立體角的功率上頁(yè)下頁(yè)37（3）方向圖（FiledPattern）表示天線方向性的圖形立體圖：上頁(yè)

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返回（3）方向圖（FiledPattern）立體圖：上頁(yè)下38E面方向圖：傳播方向和電場(chǎng)矢量構(gòu)成的、包含最大輻射方向的平面；H面方向圖：傳播方向和磁場(chǎng)矢量構(gòu)成的、包含最大輻射方向的平面；上頁(yè)

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返回E面方向圖：傳播方向和電場(chǎng)矢量構(gòu)成的、包含最大輻射方向的平面39主射方向主瓣(主葉)副瓣(副葉)后瓣零射方向半功率角主瓣寬度:HalfPowerBeamWidth,HPBW零功率角主瓣寬度:BeamWidthbetweenfirstNulls,BWFN副瓣電平(SideLobeLever,SLL)，副瓣最大與主瓣最大值之比后瓣電平：主瓣最大值與后瓣最大值之比(前后抑制比)上頁(yè)

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返回方向圖參數(shù)主射方向主瓣(主葉)副瓣(副葉)后瓣零射方向半功率角主瓣寬度40方向圖的極坐標(biāo)表示：方向圖的極坐標(biāo)表示：41全向天線的方向圖：兩種衛(wèi)星天線的方向圖比較全向天線的方向圖：兩種衛(wèi)星天線的方向圖比較42有向天線方向圖：倫伯方向圖、等角螺旋天線方向圖有向天線方向圖：倫伯方向圖、等角螺旋天線方向圖43（4）方向性系數(shù)（Directivity）方向性系數(shù)：表示天線輻射能量在空間的集中能力；定義：在相同輻射功率下給定天線的輻射強(qiáng)度與理想全向輻射天線之比。上頁(yè)

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返回（4）方向性系數(shù)（Directivity）方向性系數(shù)：表44主射方向性系數(shù)叫天線的方向性系數(shù)輻射天線：給定輻射功率下，有向天線在主射方向的輻射功率密度與全向天線的輻射功率密度之比。接收天線：相同來(lái)波場(chǎng)強(qiáng)的情況下，有向天線主射方向接收到的功率與全向天線在同一點(diǎn)接收到的功率之比。點(diǎn)源：D＝1；電流和磁流源：D＝1.5；方向性較強(qiáng)的天線達(dá)幾十dB上頁(yè)

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返回主射方向性系數(shù)叫天線的方向性系數(shù)輻射天線：給定輻射功率下，有45例1計(jì)算電流元和電流環(huán)的方向性系數(shù)上頁(yè)

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返回例1計(jì)算電流元和電流環(huán)的方向性系數(shù)上頁(yè)下頁(yè)返回46輸入阻抗：天線的輸入電壓與輸入電流之比.2、天線的電參數(shù)－天線的阻抗

InputResistance，RadiationResistance

輻射電阻：上頁(yè)

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返回輸入阻抗：天線的輸入電壓與輸入電流之比.2、天線的電參數(shù)－天47

48電磁陣子的阻抗特性：S11、VSWR、Zin電磁陣子的阻抗特性：S11、VSWR、Zin49《電磁場(chǎng)與電磁波》ppt課件第八章50Real(Zin)Real(Zin)51Imag(Zin)Imag(Zin)522、天線的電參數(shù)—天線效率（Efficiency）天線效率:天線的輻射功率與輸入功率之比.上頁(yè)

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返回輸入功率＝入射功率－反射功率輸入功率＝輻射功率＋損耗功率2、天線的電參數(shù)—天線效率（Efficiency）天線效率:532、天線的電參數(shù)——增益(Gain)天線增益：在相同輸入功率下，給定天線的輻射強(qiáng)度與無(wú)耗全向天線輻射強(qiáng)度之比；天線增益一般用分貝(dB)表示。2、天線的電參數(shù)——增益(Gain)天線增益：在相同輸入功率54例2已知天線在主射方向的增益為G，當(dāng)輸入功率為Pin時(shí)，求在主射方向、距離天線r處輻射的平均功率流密度。上頁(yè)

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返回例2已知天線在主射方向的增益為G，當(dāng)輸入功率為Pin時(shí)，求55根據(jù)天線的系統(tǒng)要求,規(guī)定天線電參數(shù)容許的變化范圍，天線電參數(shù)不超過(guò)允許值的頻率范圍，稱為天線的頻帶寬度（帶寬Bandwidth）2、天線的電參數(shù)——天線帶寬絕對(duì)帶寬:相對(duì)帶寬:中心、最高、最低工作頻率：窄帶天線：相對(duì)帶寬百分之幾；寬帶天線：相對(duì)帶寬百分之幾十；超寬帶天線：相對(duì)帶寬可達(dá)幾個(gè)倍頻；上頁(yè)

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返回根據(jù)天線的系統(tǒng)要求,規(guī)定天線電參數(shù)容許的變化范圍，天線電參數(shù)56天線的帶寬可以根據(jù)系統(tǒng)對(duì)任意電參數(shù)的要求定義；最常用的帶寬是根據(jù)阻抗特性定義的；天線的帶寬可以根據(jù)系統(tǒng)對(duì)任意電參數(shù)的要求定義；最常用的帶寬是57《電磁場(chǎng)與電磁波》ppt課件第八章583、天線電參數(shù)的測(cè)量阻抗特性測(cè)量駐波比、S11參數(shù)、反射系數(shù)、輸入阻抗方向性測(cè)量方向圖、方向性系數(shù)效率、增益測(cè)量入射功率、反射功率、輻射功率（方向圖，最大場(chǎng)強(qiáng)）天線電參數(shù)測(cè)量一般在自由空間測(cè)試場(chǎng)進(jìn)行（微波暗室、高架天線測(cè)試場(chǎng)、斜天線測(cè)試場(chǎng)）上頁(yè)

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返回3、天線電參數(shù)的測(cè)量阻抗特性測(cè)量天線電參數(shù)測(cè)量一般在自由空間59微波暗室微波暗室60天線矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀饋線微波暗室3、天線電參數(shù)的測(cè)量——阻抗特性上頁(yè)

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返回駐波比、S1