9-电磁场与电磁波-电磁辐射

ElectromagneticWaveRadiationElectromagneticFieldandWaveFeb-Jun/2015Dr.KunXu（徐坤）Tel:[phone]E-mail:[e-mail]onPhotonicsandOpticalCommunications(BeijingUniversityofPostsandTelecommunications)主要内容:交变场的滞后位电偶极子（天线元的场分量与参数）磁偶极子（自学）对偶定理（自学）“波”始于“源”(时变的电荷和电流)交变场的滞后位含义：交变场中某点的标量位或者矢量位并不与“源”同步变化，场点变化落后于源点变化了解滞后位—先看两个方程—交变场中有关“动态矢量位”和“动态标量位”的方程类比静态场中得位：电位、矢量磁位、标量磁位静电场标量电位：矢量磁位：标量位：交变场矢量位：—洛伦兹条件达朗贝尔方程关于矢量位的偏微分方程：的源是J̅关于标量位的偏微分方程：的源是场量方程若是静态场，则方程变为?静态场中：电位、矢量磁位、标量磁位动态(时变)场：引入“动态矢量位”、“动态标量位”∵⋅0∴∃,∴∴0∴∃,∴“动态矢量位”：“动态标量位”： ⁄∵⋅∴⋅⋯⋅⋅∵∴⋅⋅⋅⋅⋅⋅洛伦兹条件：⋅达朗贝尔方程场量方程1“动态矢量位”：⁄已经定义：还需要定义：⋅?技巧：⋅用简化的方法求解标量位和矢量位把场源拆分为基元极小的线电荷、面电荷和体电荷则每个基元可以当做点电荷来处理用时变场与静态场比照的方法得出时变点电荷周围的位变化把基元所得结果整合—积分，从而得出整个场源周围的位分布求解时变点电荷周围的位与场空间除点电荷外无源，方程变为齐次设点电荷q在原点，由对称性设在球坐标下展开方程得：这是一维波动方程，其中是传播速度由于是辐射，考虑行波，所以只研究：比照：静电场中静止电荷的电位静态场时变场由此可见，标量位的变化比源的变化滞后。滞后的这段时间t0正是电磁波从源点传播到场点所需要的时间t0=R/v。滞后位：空间中某点在某时刻的场位，是由前（r/v）时刻场源信号决定。若点电荷的坐标为(x’y’z’)的r’处，则为源点到场点距离时谐场（以波源是体电荷为例）忽略时间因子ejwt交变电偶极子电偶极子是非常短的电流元Idl dl是长度，dl以至于可以认为其上各点的电流等幅同相随电荷的流动在其两端必然出现等值异性电荷一端为+q，一端为-q，其电量的大小及正负都随时间变化恰似随时间变化的两个电极电偶极子的位与场思路：电偶极子的矢量位：从柱坐标转换为球坐标近区场：电场和磁场相差900（虚数单位j）；近区场波印庭矢量的平均值总是…；近区场只存在能量的交换，不存在能量的传播，所以近区场称为感应场。远区场：电场和磁场同相位，远区场波印庭矢量的平均值总是…，有有功功率密度，即远区场形成向外（正r方向）传播的能量，所以远区场称为辐射场。TEMmode天线：能够辐射（接受）电磁波的装置（时变电流源：元天线）电偶极子（天线）的能流与辐射功率aS电偶极子的辐射功率：电偶极子（天线）的辐射功率与电阻减少dl、减少波长、升高f，则辐射电阻Rr增大，辐射功率增强，辐射能力增强。总功率与r无关，确保电磁能量传播到任意远处！天线的方向性因子和方向性图方向性因子：天线远区场表达式中与自变量和有关的函数方向性图：球坐标系中方向性因子函数曲线电偶极子远区场与r无关，与无关电偶极子轴线方向(z轴，θ＝0)辐射场强为零，而垂直方向(即θ＝90度)，辐射场强最强。相控阵列天线世界最大的射电望远镜（FAST）应用目标：1、空间飞行器的测控与通讯2、脉冲星计时阵和自主导航3、非相干散射雷达接收系统4、高分辨率微波巡视500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meterApertureSphericalradioTelescope）利用贵州喀斯特地区的洼坑作为望远镜台址，建造世界第一大单口径射电望远镜，其拥有30个标准足球场大的接收面积。FAST作为世界最大的单口径望远镜，将在未来20至30年保持世界一流地位。分布式天线阵列大天线（单独）天线阵列（众多小天线构成）天线阵列相比单个大天线可以实现更高的分辨率、灵敏度和更大的视角。在天线口径相同时，基线越长天线的分辨率越高。分布式天线系统可以实现极长的基线，从而具有极高的分辨率及灵敏度。Email:[e-mail]:86-10–61198070OfficePlace:科研楼-315#ThankYouAllforYourAttention!AnyQuestionsandSuggestionsareWelcome!