1、CQU8.2 8.2 單元偶極子的電磁場(chǎng)單元偶極子的電磁場(chǎng)電偶極子的輻射電偶極子的輻射一、天線的形成一、天線的形成以平行板電容器和長(zhǎng)直載流螺線管為例可知以平行板電容器和長(zhǎng)直載流螺線管為例可知即即增加增加電容器極板間距電容器極板間距d，縮小極板面，縮小極板面積積S，減少線圈數(shù)，減少線圈數(shù)N，就可達(dá)到上述目，就可達(dá)到上述目的，具體方式如圖所示。的，具體方式如圖所示。圖圖 電偶極子天線的形成的演示電偶極子天線的形成的演示 從從LC 電路的振蕩頻率電路的振蕩頻率 式可知，要提高振蕩式可知，要提高振蕩頻率頻率, ,就必須降低電路中的電容值和電感值。就必須降低電路中的電容值和電感值。LCf1210sCd2

2、LNCQU二二. . 電磁輻射的過(guò)程電磁輻射的過(guò)程 當(dāng)電偶極子當(dāng)電偶極子p=qd 以簡(jiǎn)諧方式以簡(jiǎn)諧方式振蕩時(shí)向外輻射振蕩時(shí)向外輻射電磁波電磁波圖圖 8.2.2 電偶極子天線電偶極子天線 可見(jiàn)，可見(jiàn)，開(kāi)放的開(kāi)放的LC電路電路就是大家熟悉的天線！將原來(lái)儲(chǔ)存在電就是大家熟悉的天線！將原來(lái)儲(chǔ)存在電感電容中的電磁能量釋放到空間中，當(dāng)有電荷（或電流）在天線中感電容中的電磁能量釋放到空間中，當(dāng)有電荷（或電流）在天線中振蕩時(shí)，就激發(fā)出變化的電磁場(chǎng)在空中傳播。振蕩時(shí)，就激發(fā)出變化的電磁場(chǎng)在空中傳播。CQU 某一瞬間某一瞬間 E 線與線與 H 線在空間的分布線在空間的分布動(dòng)態(tài)描述單元偶極子天線輻射形成的過(guò)程動(dòng)態(tài)描

3、述單元偶極子天線輻射形成的過(guò)程 時(shí)單元偶極子天線時(shí)單元偶極子天線E線與線與H線分布線分布0tCQU遠(yuǎn)離天線遠(yuǎn)離天線P P點(diǎn)的動(dòng)態(tài)位為：點(diǎn)的動(dòng)態(tài)位為：jd4RolIeAlR單元偶極子的電磁場(chǎng)單元偶極子的電磁場(chǎng)單元偶極子天線的磁矢量單元偶極子天線的磁矢量A1.1.天線尺寸遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng)天線尺寸遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng) ，在天線導(dǎo)線上不計(jì)推遲，在天線導(dǎo)線上不計(jì)推遲效應(yīng)效應(yīng)()l 單元偶極子是指一段載流導(dǎo)線，滿足下列條件：?jiǎn)卧紭O子是指一段載流導(dǎo)線，滿足下列條件：2.2.天線尺寸遠(yuǎn)小于場(chǎng)點(diǎn)到天線的距離天線尺寸遠(yuǎn)小于場(chǎng)點(diǎn)到天線的距離 ，可以認(rèn)為場(chǎng)中任意，可以認(rèn)為場(chǎng)中任意點(diǎn)與導(dǎo)線上各處的距離相等。點(diǎn)與導(dǎo)線上各處

4、的距離相等。lr jsin()2jmiItIIeIq3.3.研究正弦電磁波研究正弦電磁波：CQUA在球坐標(biāo)系中在球坐標(biāo)系中， 的三個(gè)分量為的三個(gè)分量為cossin0rzzAAAAA jBAHE由于由于 ，可以認(rèn)為場(chǎng)中任意點(diǎn)與導(dǎo)線上各處的距離相等。，可以認(rèn)為場(chǎng)中任意點(diǎn)與導(dǎo)線上各處的距離相等。近似有近似有rlRr04jrzzzIeAleA erjd4RolIeAlRCQU20111sinsin11()cossin0rreeerrrHAArAzz2j221je()sin40rrI lHrrHHBA磁場(chǎng)求解磁場(chǎng)求解CQU2000sin111sinsin11jjrrrHeeerrrEH3j22333j2

5、2331je()cos2j1je()sin40rrrIlErrIlErrrE電場(chǎng)求解電場(chǎng)求解CQU單位偶極子的電磁場(chǎng)單位偶極子的電磁場(chǎng)0rH 2j2 21je()sin4rI lHrr3j22331je()cos2rrI lErr3j2233j1je()sin4rIlErrr0H0ECQU2sin4I lHr0rHHE33sinsinj44I lPErr 33coscosj22rI lPErr qIjpq l 1.1.單位偶極子的近區(qū)場(chǎng)單位偶極子的近區(qū)場(chǎng) 電偶極子的近區(qū)電偶極子的近區(qū) E 與與 H 線的分布線的分布定義：定義： 的區(qū)域?yàn)榈膮^(qū)域?yàn)榻鼌^(qū)場(chǎng)區(qū)域近區(qū)場(chǎng)區(qū)域1r1ejr23111()()

6、rrr31() r只考慮保留公式中的只考慮保留公式中的1rrCQU特點(diǎn)：特點(diǎn)： 無(wú)推遲效應(yīng)無(wú)推遲效應(yīng)； 電場(chǎng)與靜電場(chǎng)中電偶極子的場(chǎng)相同，磁場(chǎng)與恒定磁電場(chǎng)與靜電場(chǎng)中電偶極子的場(chǎng)相同，磁場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)中元電流的場(chǎng)相同，場(chǎng)中元電流的場(chǎng)相同，似穩(wěn)場(chǎng)似穩(wěn)場(chǎng)。近區(qū)場(chǎng)量近區(qū)場(chǎng)量對(duì)比靜電場(chǎng)中電偶極子電場(chǎng)：對(duì)比靜電場(chǎng)中電偶極子電場(chǎng)：2sin4I lHr0rHHE33sinsinj44I lPErr 33coscosj22rI lPErr 32cossin4rpEeer靜電場(chǎng)項(xiàng)靜電場(chǎng)項(xiàng)感應(yīng)項(xiàng)感應(yīng)項(xiàng)CQU近區(qū)內(nèi)主要是近區(qū)內(nèi)主要是電磁能量交換電磁能量交換，忽略波的傳播（輻射），忽略波的傳播（輻射）。電場(chǎng)與磁場(chǎng)相位相差電

7、場(chǎng)與磁場(chǎng)相位相差22. 2. 遠(yuǎn)區(qū)遠(yuǎn)區(qū) （亦稱輻射區(qū)）（亦稱輻射區(qū)）因?yàn)橐驗(yàn)?，含有，含有 的高次項(xiàng)忽略的高次項(xiàng)忽略 1rr或或r1Re0avSEH0rH 0H0Ejjsin4rI lHer2j0jsin4rIlEer0rE CQU特點(diǎn)：特點(diǎn)： 輻射區(qū)電磁場(chǎng)有輻射區(qū)電磁場(chǎng)有推遲效應(yīng)推遲效應(yīng)，為，為T(mén)EM波，波， 與與 在空間在空間互相垂直，且垂直于傳播方向，在時(shí)間上互相垂直，且垂直于傳播方向，在時(shí)間上 與與 同相位同相位，平均坡印亭矢量不為零，且指向沿平均坡印亭矢量不為零，且指向沿r 方向，說(shuō)明遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是方向，說(shuō)明遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是沿徑向朝外傳播沿徑向朝外傳播的，有能量沿徑向朝四周輻射出去。的，有能量沿徑向朝四周輻射出去。EHEH 相位相同的點(diǎn)連成的面稱為相位相同的點(diǎn)連成的面稱為等相位面等相位面，輻射區(qū)的電磁波，輻射區(qū)的電磁波為為球面波球面波。在等相面上，由于場(chǎng)量的振幅與在等相面上，由于場(chǎng)量的振幅與 有關(guān)，因此它有關(guān)，因此它是非均勻球是非均勻球面波面波。CQU3771200000000HEZ 與與 之比為一常數(shù)，有阻抗量綱，定義為媒質(zhì)的之比為一常數(shù)，有阻抗量綱，定義為媒質(zhì)的本征本征阻抗阻抗或或波阻抗波阻抗，自由空間的波阻抗為：，自由空間的波阻抗為：EH 及及 與距離與距離r成反比，因此比近區(qū)場(chǎng)