第八章电磁辐射

1、第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版1第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版2导行电磁波导行电磁波 被限制在某一特定区域内传播的电磁波被限制在某一特定区域内传播的电磁波常用的导波系统的分类：常用的导波系统的分类： TEM传输线、金属波导管、表面波导传输线、金属波导管、表面波导导波系统导波系统 引导电磁波从一处定向传输到另一处的装置引导电磁波从一处定向传输到另一处的装置第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出

2、版31、TEM波传输线波传输线 平行双导线是最简单的平行双导线是最简单的TEM波传输线，随着工作频率的升高，波传输线，随着工作频率的升高，其辐射损耗急剧增加，故双导线仅用于米波和分米波的低频段。其辐射损耗急剧增加，故双导线仅用于米波和分米波的低频段。 同轴线没有电磁辐射，工作频带很宽。同轴线没有电磁辐射，工作频带很宽。第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版42、波导管、波导管 波导是用金属管制作的波导是用金属管制作的导波系统，电磁波在管内传播，导波系统，电磁波在管内传播，损耗很小，主要用于损耗很小，主要用于 3GHz 一一30GH

3、z 的频率范围。的频率范围。矩形波导矩形波导圆波导圆波导第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版5第8章 电磁辐射第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版6 产生电磁波的振荡源一般为天线。随着振荡源频率的提高使电产生电磁波的振荡源一般为天线。随着振荡源频率的提高使电 磁波的波长与天线尺寸可相比拟时，就会产生显著的辐射。磁波的波长与天线尺寸可相比拟时，就会产生显著的辐射。 对于天线，我们关心的是它的辐射场强、方向性、辐射功率和对于天线，我们关心的是它的辐射场强、方向性、辐射

4、功率和 效率。效率。 天线的型式可分为线天线和面天线。天线的型式可分为线天线和面天线。 本章由滞后位的概念出发，求解元电流的辐射场。再利用叠加本章由滞后位的概念出发，求解元电流的辐射场。再利用叠加 原理求解线天线和阵列天线的辐射问题。原理求解线天线和阵列天线的辐射问题。第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版 传输线传输线终端张角传输线终端张角传输线对称振子对称振子天线的定义天线的定义 能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁波的装置。 能量转换导行波和自由空间波的转换； 定向辐射（接收）具有一定的

5、方向性。天线的辐射原理：天线原理天线原理天线基本概念天线基本概念第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版以无线电通信系统为例来说明。以无线电通信系统为例来说明。接收机接收天线馈线导行波导行波导行波导行波发射机发射天线馈线导行波导行波第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版 发射机末级回路产生的高频振荡电流经过馈线送到发射天发射机末级回路产生的高频振荡电流经过馈线送到发射天线，通过发射天线将其转换成电磁波辐射出去；到了接收端，线，通过发射天线将其转换成电磁波辐射出去；到了接

6、收端，电磁波在接收天线上感生高频振荡电流，再经馈线将高频振荡电磁波在接收天线上感生高频振荡电流，再经馈线将高频振荡电流送到接收机输入回路，这就完成了信息的传递。在这个过电流送到接收机输入回路，这就完成了信息的传递。在这个过程中，经历了电磁波的程中，经历了电磁波的传输传输、发射发射、传播传播、接收接收等过程。等过程。 传输导行电磁波 发射和接收天线 传播入射、反射、透射、绕射第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版10第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电

7、磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8

8、章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版 (2)雷达吸波涂料雷达吸波涂料主要包括磁损性涂料和电损性涂料 磁损性涂料主要由铁氧体等磁性填料分散在介电聚合物中组成。目前国外航空器的雷达吸波涂层大都属于这一类。这种涂层在低频段内有较好的吸收性。美国Condictron公司的铁氧体系列涂料，厚1mm，在210GHz内衰减达1012dB，耐热达500；Emerson公司的Eccosorb Coating 268E厚度1.27mm，重4.9kg/m

9、2，在常用雷达频段内(116GHz)有良好的衰减性能(10dB)。磁损型涂料的实际重量通常为816kg/m2，因而降低重量是亟待解决的重要问题。 电损性涂料通常以各种形式的碳、SiC粉、金属或镀金属纤维为吸收剂，以介电聚合物为粘接剂所组成。这种涂料重量较轻(一般可低于4kg/m2)，高频吸收好，但厚度大，难以做到薄层宽频吸收，尚未见纯电损型涂层用于飞行器的报道。90年代美国Carnegie-Mellon大学发现了一系列非铁氧体型高效吸收剂，主要是一些视黄基席夫碱盐聚合物，其线型多烯主链上含有连接二价基的双链碳-氮结构，据称涂层可使雷达反射降低80%，比重只有铁氧体的1/10，有报道说这种涂层已

10、用于B-2飞机。 第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教

11、育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编

12、写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版36本章内容：本章内容：q 滞后位滞后位q 电偶

13、极子的辐射电偶极子的辐射第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版371( ,)1( , )d41( ,)( , )d4VVr trrvr tVrrJ r trrvA r tVrrAB tAE其解为：其解为：8.1 8.1 滞后位滞后位yz zxP PrrVrrVd 在第在第4 4章引入了动态矢量位和动章引入了动态矢量位和动态标量位：态标量位：222222tt AAJ在洛伦兹条件下，其方程为在洛伦兹条件下，其方程为滞后位滞后位第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版38 换

14、言之，观察点处位函数随时间的变化总是滞后于源随时间换言之，观察点处位函数随时间的变化总是滞后于源随时间的变化。滞后的时间是电磁波从源所在位置传到观察点所需的时的变化。滞后的时间是电磁波从源所在位置传到观察点所需的时间，故称为间，故称为滞后位滞后位或或推迟位推迟位。物理意义物理意义： 时刻时刻 t 空间任意一点空间任意一点 r 处的位函数并不取决于该时刻的电流和处的位函数并不取决于该时刻的电流和电荷分布，而是取决于比电荷分布，而是取决于比 t 较早的时刻较早的时刻 的电流或的电流或电荷分布。时间电荷分布。时间 正好是电磁波以速度正好是电磁波以速度 从源从源点点 传到场点传到场点 所需的时间。所需

15、的时间。/rrv/ttrrvr1/vr 例如例如：日光是一种电磁波，在某处某时刻见到的日光并不是：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，而是在大约该时刻太阳所发出的，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秒内光传播的距离正好是太阳到地球的平均距离。秒内光传播的距离正好是太阳到地球的平均距离。第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版39 e1d4ed4jkVjkVVVrrrrrrrrJ rA rrr BAj EA2222kk AAJ时谐电磁场的位函数时谐电磁场的位函数

16、第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版40 电偶极子是一种基本的辐射单元，是长度电偶极子是一种基本的辐射单元，是长度 l 远小于波长的直远小于波长的直线电流元，线上电流是均匀的，且相位相同。线电流元，线上电流是均匀的，且相位相同。dddzzIVS zI zSJee由于电流元由于电流元e( )d4jkrVrVrJA代入代入得电偶极子的矢量位得电偶极子的矢量位8.2 电偶极子的辐射电偶极子的辐射yz zxlP Pre( )d4jkrzCrI zrAeede44jkrjkrzzCIIlzrree第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技

17、大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版41( )coscose4jkrrrzIlArA eAr( )sinsine4jkrzArA eIlAr 0),(eAtrAzxyrAAA 在球坐标系中在球坐标系中第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版42ArrAArerererAHrrsinsinsin112HrrHHrerererjHjErrsinsinsin112jkrkrkrjIlkee )(14sin223323232cos1sin1ee4()()4()()jkrjkrrk Iljk Iljjeekrkrkrk

18、rkr由此得到电偶极子的电磁场：由此得到电偶极子的电磁场：第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版43 电偶极子周围的空间划分为三电偶极子周围的空间划分为三个区域：个区域： 近场区近场区 远场区远场区 过渡区过渡区1kr1kr远区场远区场近区场近区场中间场中间场2200sin1e4()rjkrHHk IljHkrkr3233232cos1e4()()sin1e4()()0jkrrjkrk IljEkrkrk IljjEkrkrkrE第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版

19、4423111, e1()()jkrkrkrkr1kr1 1、近区场、近区场：qjIjkrjkrjkrrkrkrjIlkHkrjkrkrjIlkEkrjkrIlkEe )(14sine )()(14sine )()(14cos2223233232334sin4sin2cosrIlHrIljErIljEr233334sin2sin4sin2cos2cosrIlHrprqlErprqlEeer准静态场准静态场第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版450Re21*HESav（1）电场表达式与静电偶极子的电场表达式相同；磁场表达式电场表达

20、式与静电偶极子的电场表达式相同；磁场表达式 与用毕奥一萨伐定律计算的恒定电流元产生的磁场表达式与用毕奥一萨伐定律计算的恒定电流元产生的磁场表达式 相同。因此称其为相同。因此称其为似稳场似稳场或或准静态场准静态场。（2）电场和磁场存在）电场和磁场存在 2的相位差，能量在电场和磁场以及场的相位差，能量在电场和磁场以及场 与源之间交换，没有辐射，所以近区场也称与源之间交换，没有辐射，所以近区场也称感应场感应场。 近区场的特点近区场的特点：第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版462 2、远区场、远区场（辐射场）（辐射场）：1kr32)(

21、1)(11krkrkr2kk323323222cos1e4()()sin1e4()()sin1e4()jkrrjkrjkrk IljEkrkrk IljjEkrkrkrk IljHkrkrsine2sine2jkrjkrIlEjrIlHjr2sine4sine4jkrjkrIlkEjrIlkHjr第8章电磁场与电磁波电磁场与电磁波电子科技大学电子科技大学编写编写高等教育出版社高等教育出版社出版出版47z zyEyxE电偶极子的方向图电偶极子的方向图z 远区场的特点远区场的特点：远区场是横电磁波，电场、磁场和传播方向相互垂直远区场是横电磁波，电场、磁场和传播方向相互垂直远区场电磁场振幅比等于媒质的本征阻抗远区场电磁场振幅比等于媒质的本征阻抗远区场是非均匀球面波，电磁场振幅与远区场是非均匀球面波，电磁场振幅与1/1/r r 成正比成