電磁輻射及原理

電磁輻射及原理
電流元輻射，天線方向性，線天線，天線陣，對偶原理，鏡像原理，互易原理，惠更斯原理，面天線輻射。
1.   電流元輻射
一段載有均勻同相的時變電流的導(dǎo)線稱為電流元，電流元的 d  <<  l，  且  l << , l << r。
均勻同相電流是指導(dǎo)線上各點(diǎn)電流的振幅相等，  且相位相同。
任何線天線均可看成是由很多電流元連續(xù)分布形成的，電流元是線天線的基本單元。很多面天線也可直接根據(jù)面上的電流分布求解其輻射特性。
    電流元具備的很多電磁輻射特性是任何其它天線所共有的。
設(shè)電流元周圍媒質(zhì)是無限大的均勻線性且各向同性的理想介質(zhì)。建立的坐標(biāo)如左圖示。
利用矢量磁位 A 計(jì)算其輻射場。該線電流 I 產(chǎn)生的矢量磁位 A 為
式中r 為場點(diǎn)， r'  為源點(diǎn)。
2.   天線的方向性
天線的方向性是天線的重要特性之一。任何天線都具有方向性，本節(jié)將介紹如何定量地描述天線的方向性。
利用歸一化方向性因子可用圖形描繪天線的方向性。通常以直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)繪制天線在某一平面內(nèi)的方向圖。
使用計(jì)算機(jī)繪制的三維空間的立體方向圖更能形象地描述天線輻射場強(qiáng)的空間分布。
3.    對稱天線輻射
對稱天線是一根中心饋電的，長度可與波長相比擬的載流導(dǎo)線，如下圖示。
其電流分布以導(dǎo)線中點(diǎn)為對稱，因此被稱為對稱天線。若導(dǎo)線直徑 d << ，電流沿線分布可以近似認(rèn)為具有正弦駐波特性。
因?yàn)閷ΨQ天線兩端開路，電流為零，形成電流駐波的波節(jié)。電流駐波的波腹位置取決于對稱天線的長度
4.   天線陣輻射
為了改善和控制天線的方向性，通常使用多個簡單天線構(gòu)成復(fù)合天線，這種復(fù)合天線稱為天線陣。
適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)各個單元天線的類型、數(shù)目、電流振幅及相位、單元天線的取向及間隔，可以形成所需的方向性。
5.   電流環(huán)輻射
電流環(huán)是一個載有均勻同相時變電流的導(dǎo)線圓環(huán)，其圓環(huán)半徑 a <<  ， 且 a << r 。
設(shè)電流環(huán)位于無限大的空間，周圍媒質(zhì)是均勻線性且各向同性的。建立直角坐標(biāo)系，令電流環(huán)的中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)，且電流環(huán)所在平面與 xy 平面一致，如左圖示。
6.   對偶原理
前已指出，電荷與電流是產(chǎn)生電磁場的惟一源。自然界中至今尚未發(fā)現(xiàn)任何磁荷與磁流存在。但是對于某些電磁場問題，引入假想的磁荷與磁流是有益的。
7.    鏡像原理
靜態(tài)場的鏡像原理同樣也適用于求解時變電磁場的邊值問題，但是也僅能應(yīng)用于某些特殊的邊界。
無限大的理想導(dǎo)電平面和無限大的理想導(dǎo)磁平面。
設(shè)時變電流元 Il 位于無限大的理想導(dǎo)電平面附近，且垂直于該平面，如下圖示。
鏡像法的實(shí)質(zhì)是以鏡像源代替邊界的影響，整個空間變?yōu)槊劫|(zhì)參數(shù)為,  的均勻無限大空間。
引入的鏡像源必須保持原有的邊界條件。
8.    互易原理
設(shè)區(qū)域 V 內(nèi)充滿各向同性的線性媒質(zhì)，其中兩組同頻源  及       分別位于有限區(qū)域 Va 及 Vb 內(nèi)，如下圖示。
兩組源與其產(chǎn)生的場量滿足的麥克斯韋方程分別為 
9.   惠更斯原理
包圍波源的閉合面上各點(diǎn)場都可作為二次波源，它們共同決定了面外任一點(diǎn)場，這就是惠更斯原理。這些二次波源稱為惠更斯元。
10.   面天線輻射
這類天線都是通過一個平面口徑向外輻射電磁能量，因此，這類天線稱為面天線。
面天線輻射場的求解可以分為兩步：首先求出口徑場，然后，根據(jù)口徑場再求解空間場?？趶綀龅那蠼夥Q為面天線的內(nèi)部問題，空間場的求解稱為外部問題。