滞后位.ppt

解: ① E平面方向图: 在给定r处, Eθ与φ无关; Eθ的归一化场强值为 |Eθ| |sinθ| 这是电基本振子的E平面方向图函数, 其E平面方向图如图1 a 所示。 图1 a 电基本振子E平面方向图； b 电基本振子H平面方向图； c 电基本振子立体方向图 ② H平面方向图: 在给定r处, 对于θ π/2, Eθ的归一化场强值为|sinθ| 1, 也与φ无关。因而H平面方向图为一个圆, 其圆心位于沿z方向的振子轴上, 且半径为1, 如图1 b 所示。 实际天线的方向图一般要比图 1 复杂。 典型的H平面方向图如图2 a 所示, 这是在极坐标中Eθ的归一化模值随φ变化的曲线, 通常有一个主要的最大值和若干个次要的最大值。头两个零值之间的最大辐射区域是主瓣（或称主波束）, 其它次要的最大值区域都是旁瓣（或称边瓣、副瓣）。 为了分析方便, 将图2 a 的极坐标图画成直角坐标图, 即图 2 b 所示。 图 2 a 极坐标表示的H平面方向图； b 直角坐标H平面方向图； c 直角坐标H平面方向图 例 确定沿z轴放置的电基本振子 的方向系数。 解:天线方向系数的一般表达式为 由上式可以看出, 要使天线的方向系数大, 不仅要求主瓣窄, 而且要求全空间的旁瓣电平小。 电基本振子的归一化方向函数为: |F θ, φ | |sinθ| 将其代入方向系数的表达式得 若以分贝表示, 则D 10log101.5 1.76dB。可见, 电基本振子的方向系数是很低的。 一、辐射的基本概念 二、滞后位 三、电偶极子的辐射 回顾-电磁波的辐射 1. 什么是辐射？ 2. 辐射产生的必要条件 3. 影响辐射强弱的原因 达朗贝尔 方程 2. 辐射场： 平均坡印廷矢量： 1. 什么是电偶极子？ 3. 方向性函数为： 4. 辐射功率： 5. 辐射电阻： x z x y E 面方向图 H 面方向图 6. 方向性系数： 7. 半功率波瓣宽度： x z 点源天线 电偶极子 微波与天线-电偶极子的辐射 天线辐射与接收的理论基础 辐射的基本概念 滞后位 电偶极子的辐射 磁偶极子的辐射 1. 什么是辐射？ ?辐射：随时间变化的电磁场离开波源向空 间传播的现象。 ?产生辐射的源称为天线。 2. 辐射产生的必要条件 （1）时变源存在。 （2）源电路是开放的。 3. 影响辐射强弱的原因 （1）源电路尺寸与辐射波的波长相比拟时 辐射较为明显。 （2）源电路越开放，辐射就越强。 ~ ~ ~ 辐射的基本概念 赫兹实验 雷达探测目标演示 拉杆天线 引向天线 喇叭天线 微带天线 卫星接收天线 宽带全向天线 3m微波接力通信天线 中国远程相控阵雷达 舰载对空搜索雷达天线 相控阵雷达天线 螺旋天线 俄罗斯新型有源相控阵雷达天线 俄军巨型雷达天线阵列 麦克斯韦方程组的微分形式 积分形式: 微分形式: 注意：麦克斯韦方程的微分形式只适用于媒体的物理性质 不发生突变的区域。 微分形式的麦克斯韦方程组给出了空间某点场量之间及场量与场源之间的关系。 滞后位 2. 在时变场情况下，动态矢量位和动态标量位满足的方程 1. 在静态场情况下，矢量位和标量位方程为 其解为: 麦克斯韦方程： 得： 已知： 对于正弦时变场，时间因子为： 令： 利用矢量恒等式： 洛仑兹规范： 同理： 达朗贝尔方程 方程的解为： 3. 由 和 的表示式可知 ? 场点R处的 和 变化的相位较其源 和 落后 。 ? 该相位用时间表示： 式中 就是波源 或 的变化传递到观察点所需要的时间。 ?距离波源R处在t 时刻 和 由前一时刻 的电流 和电荷密度 的值决定。因此将 和 称为滞后位。 波源 观察点 P点的电位和电场强度 。 取球坐标系，P点的电位 因为： 则： 电场强度： 电偶极子 电偶极子的辐射 1. 什么是电偶极子？ ?一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于波长时，该导线被称为电偶极子。 ?当： , 可近似地认为导线上每一点的电流都是等幅同相的。 2. 电偶极子的辐射场 （1）电偶极子的滞后位 如图所示, 已知电流元 x y z l P x y z l P 在球坐标系 磁场由： 得: （2）电偶极子的电磁场 电场由： 得: （3）近区场 在靠近电偶极子的区域，当 。此时， ，则电磁场可近似为 可见：电场和磁场的相位相差 ，因此能量在电场和磁场相互交换而平均坡印廷矢量为零，该区域的场称为感应场。 若将 代入上式 得: 此结果与电偶极子的静电场分量相似。 感应场 （4）远区场 ?电场和磁场与 成反比； ?电场和磁场的相位相同； ?电场和磁场在空间相互垂直，其比值等于媒质的本征阻抗; ?平均坡印廷矢量: ?上式表明有能量向外辐射