电偶极子辐射.
电偶极子的场及辐射
收稿日期：2003-06-14作者简介：吕宽州（1963-），男，河南扶沟人，郑州经济管理干部学院讲师。
文章编号：1004-3918（2003）05-0512-03电偶极子的场及辐射吕宽州1，姜俊2（1.郑州经济管理干部学院，河南郑州450053；2.河南省科学院，河南郑州450002）摘要：采用了镜像法等方法对电偶极子及其产生的静电场、电磁场及辐射等做了较系统和深入的分析、研究，使分析方便、简化，推出的结论有一定实际指导意义。
关键词：电偶极子；电场；磁场；辐射中图分类号：0442文献标识码：A在很多文献上，缺乏对电偶极子及其产生的静电场、电磁场及辐射等较系统和深入的分析、研究。
本文参考有关文献给出或分析、推出了重要结论，部分内容采用了镜像法，使分析更方便。
!电偶极子及其产生的静电场电偶极子由一对正、负点电荷组成，电量为l ，相距为l ，如图1所示。
其电偶极矩p =l l ，l 的方向由~l 指向+l ，在T 处产生的电场的电势为：#（r ）=l 4L e 0T +_l4L e 0T _当T !l 时，#（r ）=l l cOs 64L e 0T 2=p ·e r 4L e 0T2（1）电场强度为：E =_"@=e r P cOs 62L e 0T 3+e !P si n 64L e 0T3（2）以上结果表明，电偶极子的电势及电场强度的大小分别与距离的平方、三次方成反比，既存在于近区，且与方位角有关，这些特点都与点电荷的电场显著不同。
图2绘出了电偶极子的电力线与等位面。
图1电偶极子F i g .1E lectric d i p O le图2电偶极子的电力线与等位线F i g .2E lectric p Ow er li ne and e C ui p Otential p laneOf e lectric d i p O le第21卷第5期2003年10月河南科学HENAN SC I ENCEV O l.21N O.50ct .2003!电偶极子产生的电磁场及辐射当P =P 0e -j G t 时，为谐振电偶极子，P 0为常矢，则在近区，即l H T 时，主要地一方面将感应如上所述的静电场，另一方面，相当于I =j G C 、长为l 的电流元还将产生一稳恒磁场，其规律可用毕萨定律描述，且电场与磁场的相位相差为90 ，即电场能量与磁场能量相互转换，而平均波印亭矢量为零，故不产生辐射。
各向异性媒质中电偶极子辐射功率的角分布
［
盟 ＋
韪］ 。 ， 南ｅ）
（ １
式 中 ， ｐ 代表 在 各 向异性 坐标 系 拿
中沿极 轴 震荡 的 电偶极 矩 Ｐ 对 时间 的二 次导 数 ， 且有
１ １ ｐ ，
１ １ ３ ｐ 一
ｐ 代 表用各 向同性 直角 坐标 系描 述 的各 向异 性 磁 媒 质 中 的 电偶 极 矩 ， 向异 性 直 角 坐 标 与 各
射 功 率 的 角 分 布 情 况 ， 与 各 向 同性 媒 质 中振 荡 电偶 极 子 沿极 轴 振 荡 时 辐 射 能 流 密 度 的 角 分 布 和 并 辐 射 功 率 的 角 分 布 情 况进 行 对 比 ， 出更 有 效 地 利 用 电 各 向 同性 磁 各 向异 性 媒 质 的 理 论 依 据 ． 得 关 键 词 ： 荡 电 偶 极 子 ； 各 向 同性 磁 各 向异 性 媒 质 ； 射 功 率 ； 分 布 振 电 辐 角
射能流密度之大小与 ｓ 成正比， 值减小时辐射能流密度值减小很快． 一 詈 ｉ ｎ 而且 而当
时 能流 密度 最大 ， 即辐 射最 强 ， 这一 点 与各 向同性 媒质 中振 荡 电偶 极子 的辐 射情 况 相 同．
（ ）当 ≠ 百 ２ ７ ， 荡 电偶 极子 辐射 的能 流密 度值 大小 不仅 与 、 值有 关 ， Ｉ ＂时 振 而且 与 媒质
中图分类号 ： ＴＮ０ １ １ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编号 ：０ ９ ２ ４ ２ ０ ） ２ ０ ２ ３ １ ０ —８ ２ （ ０ ６ ０ —０ １ —０
振荡 电偶 极 子在 电各 向 同性磁 各 向异 性媒 质 中 的辐射 问题 ， 研究 各 向异性 媒 质 中 电磁 是 辐 射 的基本 问题 ． ［ ］ 用 文［ ］ 导 出的各 向异 性磁 矢 势 Ａ 的推 迟 势 表 达 式 ， 出了振 荡 文 １应 ２中 求 电偶极 子在 各 向异性 磁媒 质 中 的辐 射 电磁 场 ． ［ ］ 此 基 础 上 导 出 了振 荡 电偶极 子 在 各 向 文 ３在 异性磁 媒质 中的总辐 射能 流 密度 ， ［ ］ 而 求 出了 振荡 电偶 极 子在 各 向异 性 磁媒 质 中 的总 文 ４进 辐射功 率． 文在 上述 工作 的基 础上 ， 振 荡 电偶 极 子在 电各 向 同性 磁 各 向 异性 媒 质 中辐 射 本 对
电磁兼容 题库
一、填空题（每空0.5分，共20分）1．构成电磁干扰的三要素是【干扰源】、【传输通道】和【接收器】；如果按照传输途径划分，电磁干扰可分为【传导干扰】和【辐射干扰】。
2．电磁兼容裕量是指【抗扰度限值】和【发射限值】之间的差值。
3．抑制电磁干扰的三大技术措施是【滤波】、【屏蔽】和【接地】。
4．常见的机电类产品的电磁兼容标志有中国的【CCC】标志、欧洲的【CE】标志和美国的【FCC】标志。
5． IEC/TC77主要负责指定频率低于【9kHz】和【开关操作】等引起的高频瞬间发射的抗扰性标准。
6．电容性干扰的干扰量是【变化的电场】；电感性干扰在干扰源和接受体之间存在【交连的磁通】；电路性干扰是经【公共阻抗】耦合产生的。
7．辐射干扰源可归纳为【电偶极子】辐射和【磁偶极子】辐射。
如果根据场区远近划分，【近区场】主要是干扰源的感应场，而【远区场】呈现出辐射场特性。
8．随着频率的【增加】，孔隙的泄漏越来越严重。
因此，金属网对【微波或超高频】频段不具备屏蔽效能。
9．电磁干扰耦合通道非线性作用模式有互调制、【交叉调制】和【直接混频】10．静电屏蔽必须具备完整的【屏蔽导体】和良好的【接地】。
11．电磁屏蔽的材料特性主要由它的【电导率】和【磁导率】所决定。
12．滤波器按工作原理分为【反射式滤波器】和【吸收式滤波器】，其中一种是由有耗元件如【铁氧体】材料所组成的。
13．设U1和U2分别是接入滤波器前后信号源在同一负载阻抗上建立的电压，则插入损耗可定义为【20lg(U2/U1)】分贝。
14．多级电路的接地点应选择在【低电平级】电路的输入端。
15．电子设备的信号接地方式有【单点接地】、【多点接地】、【混合接地】和【悬浮接地】。
其中，若设备工作频率高于10MHz，应采用【多点接地】方式。
二、简答题（每题5分，共20分）1．电磁兼容的基本概念？答：电磁兼容一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能够执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作，且不对该环境中任何其它设备构成不能承担的电磁骚扰的能力。
电偶极子振荡产生的电磁辐射
电偶极子振荡产生的电磁辐射摘要随着电子信息时代的高速发展，信息传递要求我们更加高效，在我们生活的三维时空里速度最大值为光速，而以人为力量要想到达此速度几乎不可能，但是我们知道电磁波的传播速度为光速(真空)，我们可以利用将信息加载在电磁波上传递来达到高效传输。
因此我们如今大多采用电磁波传递信息。
电偶极子辐射是电磁波辐射理论的基础，清楚地了解它的辐射规律是非常重要的，在辐射问题的实际应用中，可以计算辐射功率和辐射的方向性。
电偶极子辐射的电磁波是空间中的TM 波，TM波在现实中有多方面的应用。
电偶极辐射是天线工程中最基本的问题，电偶极子是电介质理论和原子物理学的重要模型，研究从稳恒到 X光频电磁场作用下电介质的色散和吸收，以及天线的辐射等现象,可以用振荡偶极子。
本文采用微分方程在边界条件下解出电偶极辐射的数学表达式，我们重点研究远场辐射问题。
这对电磁波辐射理论的数学直观化有一定意义，对于我们了解辐射以及辐射的原理有重要意义。
关键字:电偶极辐射微分模型边界问题1问题重述电偶极子(electric dipole)是两个相距很近的等量异号点电荷组成的系统。
电偶极子的特征用电偶极距P=Lq描述，其中 L是两点电荷之间的距离，L和P的方向规定由,q指向+q。
电偶极子在外电场中受力矩作用而旋转，使其电偶极矩转向外电场方向。
电偶极矩就是电偶极子在单位外电场下可能受到的最大力矩，故简称极矩。
如果外电场不均匀，除受力矩外，电偶极子还要受到平移作用。
电偶极子产生的电场是构成它的正、负点电荷产生的电场之和。
当其在水平面上发生振荡是会辐射出电磁波，求解在远区电磁场强度的解析解。
问题分析一对等量异号的电荷组成的带电系统，当它们之间的距离L远比场点到它们的距离r小得多(r>>L)时,我们把这种带电体系叫做电偶极子.当点电偶极子两端的电荷交替变化时,在其附近空间将产生交变电磁场,并使电磁场往远处辐射.通常,交变电偶极子上的电荷变化可视为一个电流元.最简单的辐射电流元是一个很短的直线电流元设此电流元的长度L总是远小于自由空间的电磁波电偶极子波,长.即L<<,则可以认为其上电流的幅值和相位处处相同,即电流均匀分布;且其直径d与其长度相比可忽略不计,即有d<<L,反之,根据电流连续性原理,电流元两端必有等值而异号的电荷积聚,相当于一个交变的电偶极子这样对交变电偶极子的分析也就是对电流元的分析,这种短直线电流元称为电偶极子或基本振子,也称为赫兹振子.赫兹振子的辐射也就叫做电偶极辐射.根据麦克斯韦方程组和在利用2推迟势计算辐射是解决辐射问题的一般思路。
电偶极子名词解释
电偶极子名词解释引言电偶极子是电荷分布不平衡形成的一种电学构型，它在电磁学和电荷分布的研究中起到了重要的作用。
本文将对电偶极子进行详细解释，包括其定义、性质、重要性及其在物理学和工程中的应用。
电偶极子的定义电偶极子是由两个相等大小和相反符号的电荷所构成的系统。
这两个电荷之间的距离被称为电偶极子的长度，而它们的乘积称为电偶极矩。
电偶极子的性质电偶极子具有以下性质：1.方向性：电偶极子具有确定的方向，它从负电荷指向正电荷。
通常将正电荷端称为“＋”，负电荷端称为“－”。
2.偶极矩与电荷量的乘积成正比：电偶极子的偶极矩与电荷量的乘积成正比，即[p=qd]，其中q为电荷量，d为电偶极子的长度。
3.随距离的平方反比变化：电偶极子在远离电荷的情况下近似于点电荷。
当距离电荷足够远时，电偶极子的电场强度与距离的平方成反比，即[E=]，其中E为电场强度，(_0)为真空中的介电常数，r为观察点到电偶极子的距离。
4.旋转对称性：电偶极子对其轴线的旋转是不敏感的，即围绕电偶极子轴线旋转的空间中的电荷分布不会影响电偶极子的性质。
电偶极子的重要性电偶极子在电磁学和物理学的许多领域中都具有重要的作用。
1.电磁学：研究电磁场和电荷分布时，电偶极子是一个重要的研究对象。
它被广泛应用于电荷分布、电场和磁场的模拟和计算。
2.分子物理学：分子中的化学键是由电偶极子形成的。
化学键的性质和分子的结构与其中的电偶极子密切相关。
因此，通过研究电偶极子，我们可以深入了解分子结构和化学键的本质。
3.电学工程：电偶极子广泛应用于电学工程中的天线、传感器、电容器等设备中。
通过控制电偶极子的性质，我们可以改善这些设备的性能和效果。
电偶极子的应用电偶极子在物理学和工程领域中有多种应用。
1.天线：天线是将电磁波转换为电流或将电流转换为电磁波的设备。
天线通过控制电偶极子的长度、位置和方向来实现对电磁波的辐射和接收。
2.传感器：传感器是检测和测量物理量的设备。
一些传感器利用电偶极子的性质来测量电场和磁场强度，从而实现对环境和物体的监测。
电偶极子的辐射场.
z θ φ
v
H
r E y
p x
电 偶 极 子 的 辐 射 场
p0 sin r E (r , t ) cos t 2 4v r v 2 p0 sin r H (r , t ) cos t 4vr v
2
偶极子周围的电磁场
在无限大均匀绝缘介质(或真空)中,平面 电磁波的性质概括如下:
1. 电磁波是横波, E , H , v 构成正交右旋关系. 电磁波是偏振波, E , H 都在各自的平面内 振动,且 E , H 是同位相的. E
v H
平面电磁波 示意图
2. 在同一点的E、H值满足下式:
E H
无线电射频 电力传输
10 0 1m 10 3 1km 10 5
3
z E S a . . a H E x H p H
b . S . E y b
二、平面电磁波
在距离偶极子足够远处(r« l,变化很小), 电磁场的波动方程为:
r E E0 cos t v r H H 0 cos t v
平面电磁波方程
赫兹用下面的实验证实了电偶极子 产生的电磁波
A
振子
C
谐振器
B
发射
接收
D
频率
10 22
电磁波谱
γ 射线
X 射线
波长 10 13 1A 10 9 1nm 10
10
6
0
10
1T HZ 10
15
紫外线 可见光 红外线 微 波
1μ m
1cm
12
2
1G HZ 10
1M HZ 10 1K HZ 10
根据电偶极子辐射场公式
第八章 电磁辐射
1
电磁场与电磁波
第八章 电磁辐射
2
● 产生电磁波的振荡源一般为天线。随着振荡源频率的提高使电 磁波的波长与天线尺寸可相比拟时，就会产生显著的辐射。
● 对于天线，我们关心的是它的辐射场强、方向性、辐射功率和 效率。
● 天线的形式可分为线天线和面天线。 ● 本章由滞后位的概念出发，求解元电流的辐射场。再利用叠加
r ) dV
A(r
,
t)
4π
V
J (r,t 1 r v
r r
r ) dV
电磁场与电磁波
第八章 电磁辐射
5
物理意义：
时刻 t 空间任意一点 r 处的位函数并不取决于该时刻的电流
和电荷分布，而是取决于比 t 较早的时刻 t t r r / v 的电流
电磁场与电磁波
第八章 电磁辐射
15
时谐电磁场的位函数
J (r, t) J (r)eit
(r ,
t)
(r)eit
B A
E j A
2 A k 2 A J
2
k 2
(k 2 2 )
第八章 电磁辐射
16
8.2 电偶极子的辐射
电磁辐射系统最简单的形式是电偶极子和磁偶极子。 电偶极子为长度远小于波长的载流线元，也称元天线。 电偶极子辐射是天线工程中最基本的问题。
本节内容
8.2.1 电偶极子的电磁场 8.2.2 电偶极子的近区场和远区场
电磁场与电磁波
第八章 电磁辐射
17
电偶极子近场区和远场区的特点
电偶极子是一种由两个相互平行的、大小相等、极性相反的电荷组成的系统。
在电磁学中，研究电偶极子近场区和远场区的特点对于理解电磁场的传播和相互作用具有重要意义。
本文将分析电偶极子在近场区和远场区的特点，以便读者对这一重要概念有更深入的理解。
一、电偶极子近场区特点1. 强烈的非均匀性：在电偶极子非常接近的范围内，电场和磁场的强度存在很大的变化，呈现出强烈的非均匀性。
这一特点使得电偶极子在近场区内的电磁场分布非常不规则。
2. 高度的定向性：电偶极子在近场区内的电磁场具有高度的定向性，即在特定方向上具有较强的电场或磁场分布。
这种定向性使得电偶极子在近场区内对外界的影响与位置关系密切相关。
3. 非辐射场：在近场区，电偶极子所产生的电磁场并不表现出辐射场的特点，而是以强烈的相互作用为主，呈现出一种非辐射场的特性。
二、电偶极子远场区特点1. 球面波辐射特性：当距离电偶极子足够远时，其所产生的电磁场将呈现出球面波辐射的特性，即电场和磁场以波的形式向外传播。
2. 均匀性和稳定性：与近场区不同，电偶极子在远场区所产生的电磁场具有相对均匀和稳定的特点。
在远场区内，电磁场的强度分布相对均匀，呈现出一种稳定的特性。
3. 传播特性：在远场区，电偶极子所产生的电磁场将以波的形式沿着径向向外传播，同时遵循麦克斯韦方程组的各种规律，表现出传播特性。
以上是电偶极子在近场区和远场区的一些主要特点，这些特点对于理解电磁场的传播和相互作用具有重要的指导意义。
通过对电偶极子近场区和远场区特点的分析，人们可以更好地理解电磁场的行为规律，同时也能够在实际应用中更好地利用电磁场的特性。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解和应用电偶极子的相关知识。
电偶极子的近场区和远场区特点在电磁学领域有着广泛的应用。
通过对这些特点的深入理解，人们可以更好地设计和优化无线通讯系统、雷达系统和天线系统，同时也能够更好地利用电磁场在医学成像、遥感技术等领域的应用。
本文将继续探讨电偶极子的近场区和远场区特点在现实应用中的重要性和应用价值。