第八章_电磁辐射

1、1第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写1分类分析时变电磁场问题分类分析时变电磁场问题第第4章章电磁波的电磁波的典型代表典型代表电磁波的电磁波的传输传输共性问题共性问题个性问题个性问题电磁波的电磁波的辐射辐射 第第5、 第第7章章第第8章章均匀平面波均匀平面波波导波导天线天线0tjt6 6章章2第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写23第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写3时谐电磁场问题第四章内容复习1

2、. 单一媒质空间的单一媒质空间的无源无源问题问题微分方程方法微分方程方法 （HelmholtzHelmholtz方程）方程）2. 单一媒质空间的单一媒质空间的有源有源问题问题微分方程方法微分方程方法（HelmholtzHelmholtz方程）方程）+ +LorentzLorentz条件条件 3. 能量能量瞬时能量瞬时能量/ /功率与时变相同：如功率与时变相同：如平均能量平均能量/ /功率可复振幅量计算功率可复振幅量计算 如如, ,jt220cEk E22cAk AJ 外( , )( , )SE r tH r t *1Re ( )( )2SE rHr jc A4第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波

3、高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写44.1 波动方程波动方程 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组 波动方程波动方程: :222JHHt 222J1EEtt结论： 对于含激励源的问题，用位函数的波动方程求解更简单5第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写5面对的问题？分析方法？典型应用和讨论？6第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写6面对的问题？分析方法？典型应用和讨论？7第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电

4、子科技大学电子科技大学编写编写7基本问题基本问题无限大的均匀介质（无耗）无限大的均匀介质（无耗）求解区域存在电流激励源求解区域存在电流激励源问题描述为：问题描述为： 已知：已知： 求：求：( , )r tJ( , ) , H( , )r tr tE y yz zx xP PrrVrrVd8第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写8面对的问题！分析方法？典型应用和讨论？9第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写9首先求解无限大的均匀介质中的位函数首先求解无限大的均匀介质中的

5、位函数利用辅助位与场的关系给出电磁场利用辅助位与场的关系给出电磁场步骤为：步骤为： （1）求解位函数的波动方程）求解位函数的波动方程 （2）通过位的解给出场的表达）通过位的解给出场的表达22cAk AJ 外jc AAB tAE分析方法分析方法10第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写10本章内容：本章内容：l位函数波动方程的解位函数波动方程的解 滞后位滞后位l基本辐射单元及其辐射场基本辐射单元及其辐射场 电偶极子及其辐射电偶极子及其辐射22t AAJ22t AB tAE0tA 11第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高

6、等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写111( ,)1( , )d41( ,)( , )d4VVr trrvr tVrrJ r trrvA r tVrry yz zx xP PrrVrrVd1.1.无限大均匀媒质空间中无限大均匀媒质空间中波动方程的解（时变情况）波动方程的解（时变情况）8.1 8.1 滞后位滞后位称为称为滞后位滞后位或或推迟位推迟位 日光是一种电磁波，在某处某时刻见到的日光并不是该时刻太阳所日光是一种电磁波，在某处某时刻见到的日光并不是该时刻太阳所发出的，而是在大约发出的，而是在大约8 8分分2020秒前太阳发出的，秒前太阳发出的，8 8分分2020秒内光传播的距

7、秒内光传播的距离正好是太阳到地球的平均距离。离正好是太阳到地球的平均距离。实 例12第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写12 144jkVjkVedVedVrrrrrrrrJ rA rrr BA AjE0 jA 2222JAA2.2.无限大均匀媒质空间中无限大均匀媒质空间中波动方程的解（时谐情况）波动方程的解（时谐情况）13第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写13面对的问题！分析方法！典型应用和讨论？14第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版

8、社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写14 li元电流元电流Il电偶极子电偶极子( )q t( )q td ( )q tij qdtjl Il qpe8.2 8.2 电偶极子的辐射电偶极子的辐射最基本的辐射单元：元电流（最基本的辐射单元：元电流（ ） , , sJdvJ dsIdl 15第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写151 1、 电偶极子的电磁场电偶极子的电磁场VrrerJtrAVrrjkd)(4),(PxzyorrjkrzcjkrzczjkrrIlezrIezIertrAe4de4de4),(由于，任意分布激励电流产

9、生的磁矢位解为：由于，任意分布激励电流产生的磁矢位解为：所以，线分布元电流的解为：所以，线分布元电流的解为：16第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写16jkrzrrrIlAeAtrAecos4cos,jkrzerIlAeAtrAsin4sin),(0),(eAtrAzxyrAAA 天线的问题通常在球坐标系下讨论天线的问题通常在球坐标系下讨论17第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写17ArrAArerererAHrrsinsinsin1122sin11sinsinr

10、rerereEHjjrrHrHrHjkrkrkrjIlkee )(14sin223323232cos1sin1ee4()()4()()jkrjkrrk Iljk Iljjeekrkrkrkrkr18第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写18jkrrkrkrjIlkHHHe )(14sin00220e )()(14sine )()(14cos2323323EkrjkrkrjIlkEkrjkrIlkEjkrjkrr电偶极子周围的空间划分为三个区域：电偶极子周围的空间划分为三个区域： 近场区近场区 远场区远场区 过度区过度区1kr1kr

11、远区场远区场近区场近区场过渡区过渡区19第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写191,)(1)(1132 jkrekrkrkr2334sin4sin2cosrIlHrIljErIljEr1kr33332coscos22sinsin44sin4erepqlErrpqlErrIlHr准静态场准静态场2 2、 近区场：近区场：jkrjkrjkrrkrkrjIlkHkrjkrkrjIlkEkrjkrIlkEe )(14sine )()(14sine )()(14cos222323323qjI0Re21*HESav电场和磁场存在电场和磁场存

12、在 2 2的相位差，能量的相位差，能量在电场和磁场以及场与源之间交换，在电场和磁场以及场与源之间交换，没有辐射没有辐射; ;所以近区场也称所以近区场也称准静态场准静态场20第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写203 3、 远区场（辐射场）：远区场（辐射场）：1kr32)(1)(11krkrkrjkrjkrrIlkjHrIlkjEe4sine4sin2sine2sine2 /jkrjkrIlEjrIlHjrE2kk323323222cos14sin14sin14jkrrjkrjkrk IljEekrkrk IljjEekrkrkr

13、k IljHekrkr远区场的特点远区场的特点TEMTEM波波非均匀球面波，电磁场振幅与非均匀球面波，电磁场振幅与 1/r 1/r 成正比。成正比。电磁场振幅比等于媒质的本征阻抗电磁场振幅比等于媒质的本征阻抗1)1) 具有方向性具有方向性, ,方向性因子为方向性因子为sinsin21第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写21电偶极子的辐射方向图电偶极子的辐射方向图 =0=00 ：无：无辐辐射射 =900: 辐射最强辐射最强22第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写22

14、辐射场的平均功率流密度：辐射场的平均功率流密度：222*2sin222Re21Re21Re21rIleHeEeHEeHeEeHESrrrrav辐射功率辐射功率：20222020022)(40)(3ddsin)2sin(2dlIIlrerIleSSPrrSavr 辐射电阻：辐射电阻：202)(802lIPRrr23第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写23例例1 频率为频率为10MHz的功率源馈送给电偶极子的电流为的功率源馈送给电偶极子的电流为25A，设电偶极子，设电偶极子的长度为的长度为50cm，试计算：，试计算：（1）赤道平面上

15、离原点）赤道平面上离原点10km处的电场和磁场；处的电场和磁场；（2）r =10km处的平均功率密度；处的平均功率密度；（3）辐射电阻。）辐射电阻。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章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写24总 结位函数位函数波动方程波动方程电基本振子电基本振子位函

16、数位函数电磁场电磁场远区场远区场近区场近区场滞后位滞后位25第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写25分类分析时变电磁场问题分类分析时变电磁场问题第第4章章电磁波的电磁波的典型代表典型代表电磁波的电磁波的传输传输共性问题共性问题个性问题个性问题电磁波的电磁波的辐射辐射 第第5、 第第7章章第第8章章均匀平面波均匀平面波波导波导天线天线0tjt6 6章章26第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写26本章习题8.1, 8.1327第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波高等教育出版社高等教育出版社出版出版电子科技大学电子科技大学编写编写27考试大纲考试命题范围以大纲要求的内容的指南客观和计算题比例3：7出一道能力题，分值6分第一章属共性基础，不专门针对第一章内容单独出题柱坐标、球坐