1第8章電磁輻射2●產(chǎn)生電磁波的振蕩源一般為天線。隨著振蕩源頻率的提高使電磁波的波長與天線尺寸可相比擬時，就會產(chǎn)生顯著的輻射?！駥τ谔炀€，我們關(guān)心的是它的輻射場強、方向性、輻射功率和效率?！裉炀€的形式可分為線天線和面天線?！癖菊掠蓽笪坏母拍畛霭l(fā)，求解元電流的輻射場。再利用疊加原理求解線天線和陣列天線的輻射問題。3本章內(nèi)容

滯后位電偶極子的輻射天線的基本參數(shù)對稱天線4其解為：8.1滯后位

在第4章引入了動態(tài)矢量位和動態(tài)標量位：在洛侖茲條件下，其方程為滯后位yzxPO5

換言之，觀察點處位函數(shù)隨時間的變化總是滯后于源隨時間的變化。滯后的時間是電磁波從源所在位置傳到觀察點所需的時間，故稱為滯后位或推遲位。物理意義：

時刻t空間任意一點r處的位函數(shù)并不取決于該時刻的電流和電荷分布，而是取決于比t較早的時刻

的電流或電荷分布。時間

正好是電磁波以速度從源點傳到場點所需的時間。

例如：日光是一種電磁波，在某處某時刻見到的日光并不是該時刻太陽所發(fā)出的，而是在大約8分20秒前太陽發(fā)出的，8分20秒內(nèi)光傳播的距離正好是太陽到地球的平均距離。6時諧電磁場的位函數(shù)7

電偶極子是一種基本的輻射單元，是長度l遠小于波長的直線電流元，線上電流是均勻的，且相位相同。由于電流元代入得電偶極子的矢量位8.2電偶極子的輻射yzxlPO8在球坐標系中zxyzO9由此得到電偶極子的電磁場：10

電偶極子周圍的空間劃分為三個區(qū)域：

近場區(qū)：

遠場區(qū)：

過渡區(qū)：遠場區(qū)近場區(qū)過渡區(qū)寫成分量形式111.近區(qū)場：準靜態(tài)場12（1）電場表達式與靜電偶極子的電場表達式相同；磁場表達式與用畢奧一薩伐定律計算的恒定電流元產(chǎn)生的磁場表達式相同。因此稱其為似穩(wěn)場或準靜態(tài)場。

近區(qū)場的特點：（2）電場和磁場存在

／2的相位差，能量在電場和磁場以及場與源之間交換，沒有輻射，所以近區(qū)場也稱感應場。132.遠區(qū)場（輻射場）：14電偶極子的方向圖

遠區(qū)場的特點：遠區(qū)場是橫電磁波，電場、磁場和傳播方向相互垂直;zyyx遠區(qū)場電磁場振幅比等于媒質(zhì)的本征阻抗;遠區(qū)場是非均勻球面波，電磁場振幅與1/r

成正比;遠區(qū)場具有方向性，按sinθ變化。15輻射功率輻射電阻——輻射電阻低平均功率流密度為

遠區(qū)場的輻射功率16

例8.2.1

頻率為10MHz的功率源饋送給電偶極子的電流為25A，設電偶極子的長度為50cm，試計算：（1）赤道平面上離原點10km處的電場和磁場；（2）r=10km處的平均功率密度；（3）輻射電阻。解：（1）——遠區(qū)場故17（2）（3）18動態(tài)元天線輻射的過程198.5天線的基本參數(shù)

通常以發(fā)射天線來定義天線的基本參數(shù)的，這些參數(shù)將描述天線把高頻電流能量轉(zhuǎn)換成電磁波能量并按要求輻射出去的能力。1.方向性函數(shù)和方向性圖

天線輻射特性與空間坐標之間的函數(shù)關(guān)系式稱為天線的方向性函數(shù)。根據(jù)方向性函數(shù)繪制的圖形則稱為天線的方向性圖。20

方向性函數(shù)為便于比較不同天線的方向特性，通常采用歸一化方向性函數(shù)。定義為式中的為指定距離上某方向的電場強度值，為同一距離上的最大電場強度值；為方向性函數(shù)的最大值。

功率方向性函數(shù)

功率方向性函數(shù)定義為21實際應用的天線的方向性圖通常會出現(xiàn)很多波瓣，分別稱為主瓣和副瓣，有時還將主瓣正后方的波瓣稱為后瓣。

主瓣寬度：主瓣軸線兩側(cè)的兩個半功率點的矢徑之間的夾角，稱為主瓣寬度，表示為。主瓣寬度愈小，說明天線輻射的能量愈集中，定向性愈好。副瓣電平：最大副瓣的功率密度S1和主瓣功率密度S0之比的對數(shù)值，稱為副瓣電平，即前后比：主瓣功率密度S0與后瓣功率密度Sb之比的對數(shù)值，稱為前后比，即22

在相等的輻射功率下，受試天線在其最大輻射方向上某點產(chǎn)生的功率密度與一理想的無方向性天線在同一點產(chǎn)生的功率密度的比值，定義為受試天線的方向性系數(shù)，即

式中，和分別為受試天線和理想的無方向性天線的輻射功率。受試天線的輻射功率為

2．方向性系數(shù)23則理想的無方向性天線的輻射功率為則因此例：

計算電偶極子的方向性系數(shù)解：電偶極子的歸一化方向性函數(shù)為則243．效率天線的效率定義為天線的輻射功率與輸入功率的比值，表示為式中的為天線的總損耗功率，通常包括天線導體中的損耗和介質(zhì)材料中的損耗。把天線向外輻射的功率看作是被某個電阻吸收的功率一樣，把總損耗功率也看作電阻上的損耗功率，該電阻稱為損耗電阻，故天線的效率可表示為可見，要提高天線的效率，應盡可能增大輻射電阻和降低損耗電阻。254．增益系數(shù)在相同的輸入功率下，受試天線在其最大輻射方向上某點產(chǎn)生的功率密度與一理想的無方向性天線在同一點產(chǎn)生的功率密度的比值，定義為該受試天線的增益系數(shù)，即式中的Pin和Pin0分別為受試天線和理想的無方向性天線的輸入功率。由天線效率的定義，可得

265.輸入阻抗天線的輸入阻抗定義為天線輸入端的電壓與電流的比值，表示為式中的Rin表示輸入電阻，Xin表示輸入電抗。天線的輸入阻抗天線的幾何形狀、激勵方式、與周圍物體的距離等因素有關(guān)。276.有效長度天線的有效長度的定義是：在保持實際天線最大輻射方向上的場強不變的條件下，假設天線上的電流為均勻分布，電流的大小等于輸入端的電流，此假想天線的長度le即稱為實際天線的有效長度。287.極化

天線的極化特性是天線在其最大輻射方向上電場矢量的取向隨時間變化的規(guī)律。極化就是在空間給定點上，電場矢量的端點隨時間變化的軌跡。按軌跡形狀分為線極化、圓極化和橢圓極化。線極化天線又分為水平極化（電場方向與地面平行）和垂直極化（電場方向與地面垂直）天線。圓極化天線又分為右旋圓極化和左旋圓極化天線。通常，偏離最大輻射方向時，天線的極化將隨之改變。298.頻帶寬度天線的所有電參數(shù)都與工作頻率有關(guān)，當工作頻率偏離設計的中心頻率時，往往要引起電參數(shù)的變化。天線的頻帶寬度的一般定義是：當頻率改變時，天線的電參數(shù)能保持在規(guī)定的技術(shù)要求范圍內(nèi)，對應的頻率變化范圍稱為該天線的頻帶寬度，簡稱帶寬。由于不同用途的電子設備對天線的各個電參數(shù)的要求不同，有時又根據(jù)各個電參數(shù)來定義天線的帶寬。例如，阻抗帶寬、增益帶寬等。308.6對稱天線

對稱天線由兩臂長各為l、半徑為a的直導線或金屬管構(gòu)成，它的兩個內(nèi)端點為饋電點?？蓡为毷褂茫部勺鳛樘炀€陣的組成單元。

318.6.1對稱天線上的電流分布

對于細導線構(gòu)成的對稱天線，可將其看成是末端張開的平行雙線傳輸線形成的，并用末端開路傳輸線上的電流分布來近似對稱天線上的電流分布，即328.6.2對稱天線的輻射場

對稱天線看成許多電流元I(z)dz

組成，利用電偶極子輻射場公式，可