电磁场的辐射精选文档.ppt

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1、电磁场的辐射电磁场的辐射1 1本讲稿第一页，共二十四页11.1 交变场的滞后位交变场的滞后位含义：交变场中某点的标量位或矢量位并不与“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的位：电位、矢量磁位、标量磁位书6.10小节2 2本讲稿第二页，共二十四页对于静态场标量电位 矢量磁位对于交变场标量位矢量位洛伦兹条件洛伦兹条件3 3本讲稿第三页，共二十四页达郎贝尔方程达郎贝尔方程 的源是 的源是 场量方程：场量方程：关于标量位的偏微分方程关于矢量位的偏微分方程若是静态场，则方程变为若是静态场，则方程变为?4 4本讲稿第四页，

2、共二十四页用简化的方法求解标量位与矢量位用简化的方法求解标量位与矢量位把场源拆分成基元极小的线电荷、面电荷、体电荷则每个基元可当作点电荷来近似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分布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5 5本讲稿第五页，共二十四页求解时变点电荷周围的位与场求解时变点电荷周围的位与场空间除点电荷外无源，方程变为齐次空间除点电荷外无源，方程变为齐次.设点电荷设点电荷 q q 在原点，在原点，由对称性设设在球坐标下展开方程得在球坐标下展开方程得其中是传播速度.其解在第7章已经讨论过:这是这是1 1维波动方程维波动方程6 6本讲稿第六页，共二十四页既然

3、研究辐射，就必须是行波。既然研究辐射，就必须是行波。所以只研究：比照：静电场中静止电荷的电位比照：静电场中静止电荷的电位静态场时变场时变场7 7本讲稿第七页，共二十四页为源点到场点的距离为源点到场点的距离.若点电荷位于坐标为(xx,yy,z)的的r r处处,则则由此可见由此可见,标量位的变化比源的变化标量位的变化比源的变化滞后滞后.滞后的这段时间滞后的这段时间t0 0正是电磁波从源点传播到场点所需的时间正是电磁波从源点传播到场点所需的时间 t t0=R/vR/v滞后位滞后位空间中某点在某时刻的场位，是由前空间中某点在某时刻的场位，是由前(r/vr/v)时刻场源信时刻场源信号决定的号决定的.8

4、8本讲稿第八页，共二十四页时谐场时谐场(以波源是体电荷为例以波源是体电荷为例)忽略时间因子忽略时间因子e ejwtjwt9 9本讲稿第九页，共二十四页对交变电偶极子的另一种描述对交变电偶极子的另一种描述电偶极子是非常短的孤立电偶极子是非常短的孤立线电流元线电流元dl l是长度是长度,d,dl l l以至于可认为其上各点的电流等幅同相以至于可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随电荷的流动在其两端必然出现等值异性电荷一端为一端为+q q,另一端则为-q,其电量的大小及正负都随其电量的大小及正负都随时间变化时间变化恰似随时间而变化的两个恰似随时间而变化的两个“电极电极

5、”。1010本讲稿第十页，共二十四页11.2 电偶极子的位与场电偶极子的位与场思路思路:1111本讲稿第十一页，共二十四页电偶极子的矢量位电偶极子的矢量位:1212本讲稿第十二页，共二十四页从柱坐标转换为球坐标从柱坐标转换为球坐标所以所以1313本讲稿第十三页，共二十四页1414本讲稿第十四页，共二十四页1515本讲稿第十五页，共二十四页动画演示动画演示1616本讲稿第十六页，共二十四页近区场近区场注意其中的虚单位注意其中的虚单位 j j电场和磁场总有相差90o o近区场的坡印廷矢量的平均值总是所以所以,近区场又称为感应场。近区场又称为感应场。近区场只存在能量的交换而无能量的传播。近区场只存在

6、能量的交换而无能量的传播。1717本讲稿第十七页，共二十四页远区场远区场它们形成了有功功率密度,即远区场形成了向外(往正r r方向方向)传播的能量。传播的能量。所以,远区场又称为辐射场。电场与磁场同相位电场与磁场同相位坡印廷矢量的平均值总坡印廷矢量的平均值总是是1818本讲稿第十八页，共二十四页电偶极子的能流与功率电偶极子的能流与功率叉乘的方向：循叉乘的方向：循环置位法环置位法1919本讲稿第十九页，共二十四页电偶极子的辐射功率电偶极子的辐射功率2020本讲稿第二十页，共二十四页电偶极子的辐射功率辐射功率请请 请请 请请 大家课后动手推导大家课后动手推导2121本讲稿第二十一页，共二十四页电偶极子的辐射电阻电偶极子的辐射电阻辐射功率增加，辐射能力增强。辐射功率增加，辐射能力增强。增加增加d dl l、减小波长、减小波长、升高、升高f f,则辐射电阻则辐射电阻Rr r增大，增大，请课后阅读例11.2、例11.3。2222本讲稿第二十二页，共二十四页方向性因子与方向性图方向性因子与方向性图方向性因子是天线远区场表达式中与自变量q、f有关的函数方向性图是在球坐标系中方向性因子函数曲线电偶极子的远区场电偶极子的远区场2323本讲稿第二十三页，共二十四页与与r无关无关与f 无关2424本讲稿第二十四页，共二十四页