电磁辐射及原理

电磁辐射及原理
电流元辐射，天线方向性，线天线，天线阵，对偶原理，镜像原理，互易原理，惠更斯原理，面天线辐射。
1.   电流元辐射
一段载有均匀同相的时变电流的导线称为电流元，电流元的 d  <<  l，  且  l << , l << r。
均匀同相电流是指导线上各点电流的振幅相等，  且相位相同。
任何线天线均可看成是由很多电流元连续分布形成的，电流元是线天线的基本单元。很多面天线也可直接根据面上的电流分布求解其辐射特性。
    电流元具备的很多电磁辐射特性是任何其它天线所共有的。
设电流元周围媒质是无限大的均匀线性且各向同性的理想介质。建立的坐标如左图示。
利用矢量磁位 A 计算其辐射场。该线电流 I 产生的矢量磁位 A 为
式中r 为场点， r'  为源点。
2.   天线的方向性
天线的方向性是天线的重要特性之一。任何天线都具有方向性，本节将介绍如何定量地描述天线的方向性。
利用归一化方向性因子可用图形描绘天线的方向性。通常以直角坐标或极坐标绘制天线在某一平面内的方向图。
使用计算机绘制的三维空间的立体方向图更能形象地描述天线辐射场强的空间分布。
3.    对称天线辐射
对称天线是一根中心馈电的，长度可与波长相比拟的载流导线，如下图示。
其电流分布以导线中点为对称，因此被称为对称天线。若导线直径 d << ，电流沿线分布可以近似认为具有正弦驻波特性。
因为对称天线两端开路，电流为零，形成电流驻波的波节。电流驻波的波腹位置取决于对称天线的长度
4.   天线阵辐射
为了改善和控制天线的方向性，通常使用多个简单天线构成复合天线，这种复合天线称为天线阵。
适当地设计各个单元天线的类型、数目、电流振幅及相位、单元天线的取向及间隔，可以形成所需的方向性。
5.   电流环辐射
电流环是一个载有均匀同相时变电流的导线圆环，其圆环半径 a <<  ， 且 a << r 。
设电流环位于无限大的空间，周围媒质是均匀线性且各向同性的。建立直角坐标系，令电流环的中心位于坐标原点，且电流环所在平面与 xy 平面一致，如左图示。
6.   对偶原理
前已指出，电荷与电流是产生电磁场的惟一源。自然界中至今尚未发现任何磁荷与磁流存在。但是对于某些电磁场问题，引入假想的磁荷与磁流是有益的。
7.    镜像原理
静态场的镜像原理同样也适用于求解时变电磁场的边值问题，但是也仅能应用于某些特殊的边界。
无限大的理想导电平面和无限大的理想导磁平面。
设时变电流元 Il 位于无限大的理想导电平面附近，且垂直于该平面，如下图示。
镜像法的实质是以镜像源代替边界的影响，整个空间变为媒质参数为,  的均匀无限大空间。
引入的镜像源必须保持原有的边界条件。
8.    互易原理
设区域 V 内充满各向同性的线性媒质，其中两组同频源  及       分别位于有限区域 Va 及 Vb 内，如下图示。
两组源与其产生的场量满足的麦克斯韦方程分别为 
9.   惠更斯原理
包围波源的闭合面上各点场都可作为二次波源，它们共同决定了面外任一点场，这就是惠更斯原理。这些二次波源称为惠更斯元。
10.   面天线辐射
这类天线都是通过一个平面口径向外辐射电磁能量，因此，这类天线称为面天线。
面天线辐射场的求解可以分为两步：首先求出口径场，然后，根据口径场再求解空间场。口径场的求解称为面天线的内部问题，空间场的求解称为外部问题。