第八章电磁能量辐射与天线概要
第八章电磁能量辐射与天线概要第一篇：第八章电磁能量辐射与天线概要第八章电磁能量辐射与天线习题8.1一长为20m的发射天线，在频率f=1MHz时，可视为单元偶极子天线，设天线上电流振幅的有效值为2.5μA，求天线的辐射电阻Rrad 和辐射功率P。
如频率变为f=100kHz，其他参数不变时，辐射电阻和辐射功率又为多少?题意分析：单元偶极子天线辐射电阻和辐射功率是天线特性的重要参数，必须掌握。
解：当f=1MHz时自由空间中电磁波的传播速度为光速c所以，电磁波的波长：c3⨯108λ===300（m）6f1⨯10天线的辐射电阻：Rrad=80π2(天线的辐射功率：P=I2Rrad=(2.5⨯10-6)2⨯3.5=2.19⨯10-11（W）当f=100kHz时：电磁波的波长：c3⨯108λ==（m）=300 03f100⨯10∆lλ)2=80π2(202)≈3.5（Ω）300天线的辐射电阻：Rrad=80π2(天线的辐射功率：P=I2Rrad=(2.5⨯10-6)2⨯3.5⨯10-2=2.19⨯10-13∆lλ)2=80π2(202 )≈3.5⨯10-2（Ω）3000（W）从本题的分析可以看出：当激励电流和单元偶极子天线尺寸不变时，信号的频率越高，辐射功率越大。
辐射电阻Rrad表征了单元偶极子天线辐射电磁能量的能力，Rrad越大，辐射能力越强。
习题8.2一单元偶极子天线位于坐标原点，离天线较远处测得天线激发的电磁波的场强为：ρsinθr⎡E(r,t)=E0sin⎢ω(t-rc⎣⎤ρ)⎥eθV/m ⎦式中c为真空中的光速。
求天线辐射的平均功率。
题意分析：由题意，测量点距天线距离较远，本问题研究的是单元偶极子天线的远区场问题。
远区场是横电磁波（TEM波），电场强度和磁场强度在空间相互垂直，且与传播方向垂直，三者满足右手螺旋定律。
在研究远区场时，天线的尺寸相对于源点到场点的距离很小，可以忽略天线尺寸的影响，因此建立如图所示球坐标系。
zPρerρeθρeφρSρEρHoyx图8.2.1 场点P处电场强度，磁场强度以及坡印廷矢量方向关系解：根据场量与波阻抗的关系，可得磁场强度为：ρρEρEsinθr⎤ρ⎡H(r,t)=Hφeφ=θeφ=0sin⎢ω(t-)⎥eφ（A/m）Z0Z0rc⎦⎣相位系数的定义式：β=表达式中ω(t-2πλ=2πfω=λfcr)项可以写成ωt-βr，这样就与标准表达式统一起来了。
c电场强度的相量形式：ρ1sinθ-jβrρ&E=(。
E0e)eθ（V/m）r2磁场强度的相量形式：ρ1E0sinθ-jβrρ&H=(。
e)eφ（A/m）2Z0r坡印廷矢量平均值：ρρ&ρ&Sav=ReE⨯H*[]⎡1sinθ-jβr1E0sinθjβrρρ⎤=Re⎢(E0e)(e)(eθ⨯eφ)⎥r2Z0r⎣2⎦2E02sinθρ=er（W/m2）22Z0rρ平均功率，即将坡印廷矢量平均值Sav在球坐标系中进行闭合面积分：2ρρ2ππE2sin2θ2EP=⎰Sav⋅dS=⎰⎰0rsinθdθdϕ=0（W）2S002Z0r90第二篇：机载天线电磁兼容分析姓名：周慧学号：2011201270专业：电磁场与微波技术机载天线的电磁兼容性分析姓名：周慧学号：2011201270 摘要：天线布局和电磁兼容是机载系统设计的关键性问题。
针对机载天线的特点，本文对机载天线的电磁兼容性的核心问题和主要解决途径进行了简要介绍，对常用的有限元法、物理光学、几何光学等天线电磁兼容技术分析方法进行了比较，结合机载天线的布局问题综合分析机载天线的电磁兼容技术。
关键词：机载天线；电磁兼容；天线布局一、引言随着当今科学技术的不断进步，航空军用电子设备已成为C3I 系统实施指挥和获取情报的重要手段。
预警机是情报、通讯、指挥和控制中心，要实现这些战术指标，就必然要在飞机这么一个有限的空间里布置大量的电子电气设备。
飞机作为一个指挥控制单元，其工作频谱覆盖范围从甚低频（VLF）到超高频（UHF），在大功率高频（HF）和超高频（UHF）设备产生并通过天线辐射的电磁环境中，保证机载设备的兼容性是相当重要而复杂的问题。
在飞机系统的研制、生产和安装过程中有必要研究其变化后的电磁环境，对其兼容性状态进行分析，从而保证机载系统的正常工作。
机载通信系统中，由于系统中无线通信设备比较多，而且还要综合考虑飞机的飞行性能，安放天线的位置就受到一定的局限，因此系统中EMC 的问题尤为突出，在无法摆脱自身设备EMC的前提下，要降低这种干扰只能通过天线布局的方法，通过降低各天线对间的耦合度达到减小干扰的目的。
研究飞机天线系统的电磁兼容性的关键就是确定机载天线的辐射特性，得到其辐射方向图。
确定机载天线的辐射特性可以通过实验的方法，如利用暗室和飞机模型测试数据，但是这样会浪费大量的人力、物力和财力，因此研制机载天线系统电磁兼容预测分析软件己成为当务之急。
EMC预测分析的目标是评估全机的电磁兼容性状态，分析是否存在电磁干扰，以便于总体采取措施排除，尽量减少干扰问题的出现，确定关键性区域和关键性设备，确定干扰测试的重点，并为今后系统及设备设计和系统使用提供数据。
二、机载天线电磁兼容的基本理论天线的电磁兼容，指天线或天线系统在共同的电磁环境中，其自身性能既不下降又不影响其它天线性能的一种共存状态。
即某一设备上的天线既不会由于受/ 6姓名：周慧学号：2011201270专业：电磁场与微波技术到处于同一电磁环境中的天线布局、载体、邻近散射体和其它天线的影响而遭受不允许的性能降低，也不会使同一电磁环境中其它天线性能遭受不允许的性能降低。
值得指出的是，电磁环境除了包括安装天线的平台、平台上的其它天线、遮挡物、突出金属物以外，在这里还特别增加了一项“邻近散射体”。
这里所说的邻近散射体，包括了邻近载体、地形地物和海面等。
从广义上讲，机载天线的电磁兼容性包含有两个基本概念，辐射限制和抗扰度限制。
辐射限制是指在不需要的空间和不需要的频段上其辐射量的控制。
抗扰度限制是指天线自身对恶意发射与难以避免的反射、散射、漏射、绕射、杂乱漫射、传导等电磁能量的响应能力。
三、机载天线电磁兼容的技术重点机载天线对整个系统的电磁兼容性能影响非常明显。
这主要是因为天线具有如下两个特点：1、天线的功能是完成电磁能量从“场”到“路”的双向转换，即将空间中的电磁场能量接收至传输线内成为导波，或将传输线内的导波辐射至空间形成电磁波。
2、多数天线辐射能量大、接收灵敏度高。
相对于导线、设备、孔缝等无意辐射源，天线辐射能量要大若干个数量级。
本质上讲，机载天线的电磁兼容的核心问题就是辐射限制和抗扰度限制。
因此解决天线的电磁兼容应从以下三个方面着手：电磁兼容实现手段、电磁兼容效果计算分析和天线布局优化设计。
1、电磁兼容实现手段目前实现天线之间电磁兼容的主要手段，是通过增加天线之间的隔离度削弱天线间的相互影响，而衡量天线之间相互影响强度的指标即天线的隔离度，机载天线之间的隔离度是描述天线之间耦合的一种方式，它充分反应了天线的方向性、增益、极化状态、带内带外特性和天线之间的空间对收发天线间能量耦合的贡献。
为准确表达天线间的隔离程度，将发射天线的发射功率Pta与接收天线所接收的功率Pra 的比值定义为天线隔离度（Pra为Pta经过各种衰减后被接收天线所接收的功率值），通常在工程应用中，以dB 为单位表示，即：L(dB) 10lgPta（1）Pra当2个天线均处于彼此远区场的情况下，其能量耦合主要通过辐射场实现。
设发射天线发射功率为P ta，增益为Gt，接收天线的接收功率为Pra，增益/ 6姓名：周慧学号：2011201270专业：电磁场与微波技术为Gr。
接收天线与发射天线间的距离为D，一般情况下，收发天线直视时的天线隔离度可由公式（1）所表达的物理意义求解。
当收发天线外形尺寸与D 相比较小时，收发天线均可近似被认为是具有一定方向性的点源，则发射天线发出的电磁波可被近似为球面波，且在接收天线处可视作平面波，此时天线隔离度可表示为：L(dB)=L-G-G（2）dtr4πD式中，L=20lg为收发天线直视情况下的空间隔离，Ld由收发天线间的距dλ离D和分析波长λ等因素决定，Gt为发射天线在接收方向的天线增益，应根据收发天线的相对位置从机载发射天线增益方向图中读取；Gr为机载接收天线在发射方向的天线增益，应根据收发天线的相对位置从天线增益方向图中读取。
当收发天线之间的极化不完全匹配时，还要考虑极化失配带来的隔离度LP这一项，即总的天线隔离度为：L(dB)=L-G-G+L（3）dtrp如果天线不能同时满足位于彼此的远区场，则2天线之间的相互干扰主要不是通过辐射场进行的，而是通过近区束缚场或近区感应场实现。
工程上圆极化对垂直极化或水平极化的损耗为3dB左右，垂直极化和水平极化间的失配损耗为20-35dB，由于机身表面天线的安装方位比较复杂，极化失配损耗要比以上2个值要小。
2、电磁兼容效果计算分析机载天线的电磁兼容实施过程中一个重要的环节，就是以计算机为工具，利用电磁场理论和计算电磁学的相关知识，对天线电磁兼容性的效果进行仿真计算和分析。
通常情况下，对单个天线结构的阻抗特性和辐射特性的分析往往采用数值方法，而对于天线之间耦合特性（隔离度）的分析（该文中仅指远场情况下），往往采用高频方法。
随着计算机性能的快速提高，电磁场数值计算技术日益成为应用电磁学领域内的一个研究热点。
由于数值计算方法直接以数值的形式代替解析表达式描述和求解电磁场问题，故在理论上只要计算机配置足够高，等待足够的时间，就可以得到以任意精度逼近准确值的几乎所有电磁场问题的解答。
常用的数值计算技术包括有限元方法（FEM）、时域有限差分方法（FDTD）和矩量法（MOM）等。
有限元法是非常具有代表性、应用范围广泛的频域数值方法。
该方法以变分原理和剖分插值为基础，能处理任意形状的场域、多介质和复杂交界面等情况。
其所形成的代数方程系数矩阵具有对称、正定和稀疏性的特征，因而收敛性好，3 / 6姓名：周慧学号：2011201270专业：电磁场与微波技术容易求解。
由于具有这些优点，有限元法成为国内外学者的一个研究热点。
但是有限元法虽然是一种灵活性强的数值计算方法，但它只适合于最大尺寸约为几个波长以下的物体。
所以使用范围也受到一定的局限。
机载天线工作频率一般很高，而飞机一般有十几米到几十米长，因此机载天线系统是电大尺寸系统，对此系统的分析需要应用高频近似技术。
高频近似技术是在相当严格的理论基础上发展的一系列近似方法和渐进的高频解析方法，一般可归纳作2 类：一类基于射线光学，包括几何光学（GO）、几何绕射理论（GTD）以及在基础上发展的一致性绕射理论（UTD）等；另一类基于波前光学，包括物理光学（PO）、物理绕射理论（PTD）、等效电磁流方法（ECM）以及增量长度绕射系数法（ILDC）等。
8 天线
构成的。
在电磁场理论中, 已给出了在球坐标原点O沿z轴
放置的电基本振子在周围空间产生的场为
z r
Pபைடு நூலகம்
l O y
x
电基本振子的辐射（各参数的方向、定义）
Il 2 j k jkr Er cos ( 3 2 )e 4 w 0 r r
Il 1 j k jk 2 jkr E sin ( 3 2 )e 4 w 0 r r r
方向函数
向函数
FE ( ) sin FH ( ) 1
，而H面即为xoy面，此面的方
，其图分别如下所示，
电基本振子E面方向图
电基本振子H面方向图
电基本振子的立体方向图
天线的方向图参数
实际的方向图比电基本振子的复杂的多，为了方便对各种天线
的方向特性进行比较, 我们引入一些特性参数。 主要有: 主瓣宽 度、副瓣电平、前后等。
峰值
- 3dB点
通常我们所说的65度、90度、120度天线，即是指该天线的水平
面半功率波束宽度为65度、90度、120度
(2) 副瓣电平
副瓣电平是指离主瓣最近且电平最高的第一副瓣 电平，是副瓣最大值和主瓣最大值之比，一般以分贝 表示。即； E
FSLL 20 lg
max 2
Emax
(dB)
最大值。
I O
y b x
磁基本振子的辐射
dl
8.3 天线的电参数
为了定量的衡量天线的性能，我们引入电参数的 概念。描述天线工作特性的参数称为天线电参数， 也叫电指标。我们用它来衡量天线把高频电流能量
转变成空间电波能量的能力和天线定向辐射的能力，
它们是正确设计或选择天线的基础和依据。
电磁场辐射与天线
电磁场辐射与天线电磁场辐射是我们生活中不可忽视的一个问题。
随着科技的发展，我们越来越多地使用电子设备和通信设备，这些设备在工作时会产生电磁场辐射。
而天线则是用来接收和发送电磁波的装置，它们与电磁场辐射息息相关。
本文将探讨电磁场辐射与天线之间的关系，以及对人体健康可能造成的影响。
一、电磁场辐射与天线的定义和原理电磁场辐射是指电流通过导线时产生的电磁场向周围传播的现象。
这个现象在我们生活中随处可见，比如家里的电线、手机的天线等。
天线则是能够接受和发送无线电波的装置，它通过接收和发射电磁波来实现通信和传输数据的功能。
二、电磁场辐射的特性与分类电磁场辐射的特性与频率有关。
根据频率的不同，电磁波可以分为辐射频段、中频段和高频段。
辐射频段包括无线电波、微波和红外线等，中频段包括可见光和紫外线等，高频段则包括X射线和γ射线等。
三、电磁场辐射对人体健康的影响长期暴露在电磁场辐射下可能对人体健康造成一定的影响。
这个问题引起了广泛的关注和研究。
尽管目前仍然没有明确的结论，但是一些研究表明，长时间接触高频辐射可能增加患癌症、神经系统疾病和生殖问题的风险。
四、电磁场辐射限制标准为了保护人体健康，各国都制定了电磁场辐射限制标准。
这些标准根据频率的不同而有所不同，以保证电磁辐射处于安全的范围内。
比如，在无线通信中通常采用的国际标准是每个频段有相应的限值。
五、天线的设计和优化为了减小电磁场辐射对人体健康的潜在危害，天线的设计和优化变得非常重要。
优化天线的设计可以减少电磁辐射的强度和范围，从而降低对人体的潜在影响。
在天线的设计过程中，需要考虑频率、功率、距离等因素，以达到最佳的性能。
六、电磁场辐射减少的方法除了优化天线设计，还有其他方法可以帮助减少电磁场辐射的影响。
我们可以使用低辐射的设备，减少使用无线设备的时间，保持距离天线的距离等。
此外，还可以加强对电磁辐射的监测和研究，以便更好地了解和控制这个问题。
七、结论电磁场辐射与天线之间存在着密切的关系。
电磁学中的电磁辐射与天线
电磁辐射的应用
通信领域中的应用
无线通信：电磁辐射用于传输信号，实现语音、数据和视频通信 卫星通信：电磁辐射穿越空间，连接地球上的各个角落 雷达应用：电磁辐射用于目标检测、定位和跟踪 移动通信：手机、平板等移动设备通过电磁辐射进行通信
雷达领域中的应用
雷达测距：利用电磁波探测目标距离 雷达测速：测量目标物体的速度和方向 雷达成像：生成目标物体的图像 气象观测：监测气象变化和气象灾害
5G技术的普及推动天线向小型化、集成化方向发展 智能天线的研发和应用，提升信号覆盖和传输效率 毫米波技术的兴起，推动高频天线的发展 有源天线和阵列天线的应用，提升天线性能和信号质量
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电磁学中的电磁辐射与 天线
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目录
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01
电磁辐射的基本概念
02
电磁辐射的应用
03
天线的种类与特性
04
天线的工作原理与设 计
05
天线在电磁辐射中的 作用
06
添加章节标题
电磁辐射的基本 概念
电磁辐射的产生
电磁辐射是由电磁场的变化产生的 变化的电场或磁场都可以产生电磁辐射 电磁辐射可以传播到空间中 电磁辐射的传播速度等于光速
离。
带宽原则：天线 的工作频带要满 足系统的工作需 求，保证信号传
输的稳定性。
天线的优化方法
调整天线尺寸：通过 改变天线的高度、长 度等参数，优化天线 的辐射性能。
改变天线形状：通过改 变天线的形状，如将天 线设计成抛物线形、椭 圆形等，提高天线的方 向性和增益。
使用介质材料：利用 介质材料对电磁波的 折射和反射效应，改 变天线的辐射特性。
天线还能通过调整其 尺寸、形状等参数来 改变电磁波的传播特 性和覆盖范围，以满 足不同的通信需求。
8.1电磁辐射机理偶极子的场辐射功率及电阻汇总
远离天线P点的动态位为：
j R I e o dv I dl ) A d l (J l 4π R
由于 r l , 可认为 R 为常数 ,近似有R r ,于是 A e j r 0 I 4π r e l e z A z z
的三个分量为 在球坐标系中，A
• 研究辐射的方向性和能量传播的前提是掌握辐射电磁场的特性。
• 辐射过程是能量的传播过程，要考虑天线发射和接收信号的能力。 • 辐射的波源是天线、天线阵。发射天线和接收天线是互易的。天线的几何 形状、尺寸 是多样的，单元偶极子天线（电偶极子天线和磁偶极子天线） 是天线的基本单元，也是最简单的天线。 工程上的实际天线
2
er
1 r sin
e
1 r
e
r
0
0
0
r sin H
3 I l e j r ( 1 j ) cos E r 2π 2r 2 3 r 3
l 3I j 1 j E e j r ( 2 2 3 3 ) sin 4π r r r 0 E
图8.2.4
时单元偶极子天线 E线与H线分布 t 0
8.2.2 电偶极子的电磁场
设 : 天线几何尺寸远小于电 磁波波长 ( l ) , 天线上不计推迟效应; 研究的场点远离天线 , r l ; 正弦电磁波, i I m sin(t ) 2 Ie j I jq I
r
0
由此可解得：
cos A z
sin rA z
0
2 Il j r 1 j H e ( 2 2 ) sin 4π r r
电磁波的辐射与散射
天线的损耗电阻R1
2P R1 21 Im
用电阻表示的天线的效率
R 1 A R R1 1 R1 R
要提高天线效率，应尽可能提高R ，降低R1
极化特性 •极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变 化的规律。按天线所辐射的电场的极化形式，可将天线分为线 极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化又可分为水平 极化和垂直极化；圆极化和椭圆极化都可分为左旋和右旋。 输入阻抗与频带宽度 天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗，才能使天线获得最 大功率。 当天线工作频率偏离设计频率时，天线与传输线的匹配变坏， 致使传输线上电压驻波比增大，天线效率降低。因此在实际 应用中，还引入电压驻波比参数，并且驻波比不能大于某一 规定值。 •天线的有关电参数不超出规定的范围时对应的频率，范围称 为频带宽度，简称为天线的带宽。
8.2.5 辐射功率和辐射电阻 辐射功率 Radiation Power
电流元所辐射的总功率可由其平均功率流密度在包围电流元的球 面上的面积分来得出。 其平均功率密度为
S
av
1 | E | 0 Il 1 * ˆ ˆ Re E H r r sin 2 0 2 2 r 2
b
天线增益G（Gain）与方向性GD
天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度，它是 被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等 输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比
单位立体角最大辐射功率 G 馈入天线总功率 4
天线方向性GD与天线增益但与天线增益定义略有不同
定量地描述主叶的宽窄程度 功率降为为主射方向上功率的1/2时，两个方向之间的夹角 以20.5表示,2 0.5 为两个零射方向之间的夹角称为零功率宽 度，以20表示。 电流元的半功率宽度:
第八章-行波天线
令
sin ⎢⎣⎡
kl 2
(1− cosθ )⎥⎦⎤θ =θn
= 0 ，则有：
kl 2
(1
−
cosθ
n
)
=
±nπ
由此得到零点出现的位置为：
n = 1,2,.....
(8-10)
4
《天线原理》讲义
郭景丽 邹艳林
θn
=
arccos⎢⎣⎡1
−
n
λ l
⎤ ⎥⎦
零点位置不受余切函数的影响。
n = 1,2,3......
(8-17)
D0 = 2.94(L / λ ) +1.15
(8-18)
8.3 菱形天线(Rhombic antenna)
用 4 根行波长导线可以构成如图 8.8 所示的菱形天线，它也可以看成由两个 V 形天线在开口端相连接构成，或视为一段匹配良好的平行传输线在中部扩开而 成，由于两线之间的距离大于波长，因而将产生辐射。。菱形天线水平地悬挂在 四根支柱上，从菱形天线的一只锐角端馈电，另一只锐角端接一个与菱形天线特 性阻抗相等的匹配负载，使导线上形成行波电流。对于接收菱形天线，由于功率 低，终端可接无感电阻，发射菱形天线要承受较大的功率，终端需接衰耗线。菱 形天线广泛应用于中、远距离的短波通信，它在米波和分米波也有应用。
行波天线具有如下特点： z 电流为行波分布，不存在反射电流； z 输入阻抗和方向图对频率变化不敏感； z 频带宽； z 效率低。 常用的行波天线主要有行波长导线天线、菱形天线、V 形天线和螺旋天线等， 从低频到微波，直至毫米波波段，行波天线都得到广泛的实际应用。虽然低频段 行波天线效率极低，但由于它的结构简单造价低廉而仍被采用。
⎟⎞π ⎠
第八章 电磁辐射
z P
态标量位： B A
EA
t
在洛伦兹条件下，其方程为
2A
2A t 2
J
r
r r
V
r
y
x
dV
2
2
t 2
其解为：
滞后位
(r , t)
1
4
V
(r, t 1 r
v r r
r ) dV
A(r
,
t)
4
V
J (r, t 1 r v
r r
r) dV
高等教育出版社出版
电磁场与电磁波
电磁场与电磁波
第8章 电磁辐射
1
高等教育出版社出版
电磁场与电磁波
第8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。
● 天线的型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
变化。滞后的时间是电磁波从源所在位置传到观察点所需的时间，
故称为滞后位或推迟位。
例如：日光是一种电磁波，在某处某时刻见到的日光并不是该 时刻太阳所发出的，而是在大约8分20秒前太阳发出的，8分20 秒内光传播的距离正好是太阳到地球的平均距离。
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第8章 电磁辐射
6
时谐电磁场的位函数
原理求解线天线和阵列天线的辐射问题。
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电磁场与电磁波
第8章 电磁辐射
3
磁波的波长与天线尺寸可相比拟时，就会产生显著的辐射。
电磁能量辐射与天线ppt课件
（2）E 与 H在空间互相垂直，在时间上同相位，平均坡印亭矢量
s E H* j 2Il sin 4 0 r
e- j r
e
j
Il sin 4 r
e-j
r
e
*
sav
Re E H*
3I 2 l 2 sin2 16 2 0 r 2
er
有能量沿径向朝四周辐射出去，常称远区场为辐射场。
7
（3） E 及 H 与距离 r 成反比，比近区随距离的衰减慢得多。场量随 r 的增大而减小，即电磁波是以球面波形式向四周扩散，能量分布到更大的 球面面积上。推迟效应不能忽略。 （4） E 与 H 之比为一常数，具有阻抗量纲，定义为媒质的本征阻抗或波阻
d
二元阵的辐射场
即有波程差。在相位上，即使很小的距离差异，也可能引起相当明显的相位
变化，于是振子 2 的场强可写成
17
E 2
j
60m I1e j r1
cos( 2
cos
)
e- - j ( r1 d cos )
sin
两个半波天线组成的二元阵在远区的合成场强为
E
E1
E 2
j
60 I1 r1
cos( cos 2 sin
低电路中的电容值和电感值。
1
式可知，要提高振荡频率、开放电路，就必须降
LC
以平行板电容器和长直载流螺线管为例可知
C s
0d
L 0 N 2V
图5.6.1 电偶极子天线的形成的演示
即增加电容器极板间距d，缩小极板面积S， 减少线圈数n，就可达到上述目的，具体方式如图 所示。
可见，开放的LC电路就是大家熟悉的天线！当有电荷（或电流）在天线中 振荡时，就激发出变化的电磁场在空中传播。
8.1 电磁辐射机理,8.2偶极子的场,8.3辐射功率及电阻
I l j r j 1 j E e ( 2 2 3 3 ) sin 4π r r r
3
2 I l j E sin e j r 4 π 0 r
特点：
是以球面波形式向四周扩散，随着r的增大，能量分布到更大的球面 上。当 r 时，电磁波便消失了。
• E 与 H 之比为一常数，有阻抗量纲，定义为媒质的本征阻抗或波阻
抗，自由空间的波阻抗为：
0 0 E Z0 0 0 120 377 Ω H 0 0
(θ 900 ) j β I l e- j β r H 4 r 2.08310-5 e- j(2.110 / 2) ( A/m)
第八章 电磁能量辐射与天线
8.1 电磁辐射机理 8.2 单元偶极子的电磁场 8.3 单元偶极子的辐射功率和辐射电阻 8.4 辐射的方向性与方向图
8.5 线天线与天线阵
什么是辐射？
• 电磁波从波源出发，以有限速度 在媒质中向四面八方传播，一部分电
磁波能量脱离波源而单独在空间波动，不再返回波源，这种现象称为辐射。 研究内容： • 辐射是有方向性的，希望在给定的方向产生指定的场。
e j r 1
公式中忽略
1 的低次项 , 得 r
Hr H E 0 Il sin H 4 r 2 r j Il cos I jq P cos E 2 π 0 r 3 p ql 2 π 0 r 3
结论 1、没有电荷运动，就不会有辐射。
2、假如电荷在导线中做匀速运动，也即导线内流过的是恒定电流，那么：
① 如果是无限长直导线，辐射不会发生；
电磁场与天线课件
平面波的传播速度由介质决定，与频率无关。
02
天线基础
天线的定义与分类
总结词
天线的定义是能够有效地向特定方向辐 射或接收电磁波的装置，通常由振荡器 、波导和辐射器组成。根据不同的分类 标准，天线可以分为多种类型，如按工 作频段可分为长波、中波、短波、超短 波和微波天线；按用途可分为广播、电 视、通信、雷达和导航天线等。
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螺旋天线是一种由金属线绕成螺旋形状的天线，其电场沿螺旋轴线方向。由于其独特的结构和辐射模式，螺旋天线具有很强 的方向性，通常用于定向通信。此外，螺旋天线的频带宽，可以覆盖较大的频率范围，而且易于制作，因此在卫星通信和雷 达系统中得到广泛应用。
微带天线
体积小、重量轻、易于集成
微带天线是一种利用微带线或带状线作为馈 电结构的平面天线。由于其体积小、重量轻 ，微带天线非常适合用于卫星通信、移动通 信和便携式设备中。此外，微带天线易于与 其他微波器件集成，形成小型化、集成的通 信系统。然而，微带天线的带宽相对较窄， 且效率较低，因此在实际应用中受到一定限
应用
均匀直线阵列广泛应用于 雷达、通信、射电天文等 领域。
均匀平面阵列
定义
均匀平面阵列是指天线元 在一个平面上等间距排列 的阵列。
特点
均匀平面阵列具有更高的 自由度，可以形成更为复 杂的波束形状。
应用
均匀平面阵列广泛应用于 卫星通信、雷达、电子战 等领域。
05
天线馈电系统
天线馈电系统的基本概念
电磁场与天线课件
目录
• 电磁场基础 • 天线基础 • 常见天线类型 • 天线阵列 • 天线馈电系统 • 天线测量与仿真