第五章第三节
电偶极辐射
河北师范大学重点建设课程
§ 5.3 电偶极辐射
l 本节仅讨论电荷分布以一定频率做周期
运动, 且电荷体系线度远远小于电荷到观
测点的距离的情况 。
l 电磁波是从变化的电荷, 电流系统辐射
出来的 。 宏观上, 主要是利用载有高频交
变电流的天线产生辐射, 微观上, 一个做
变速运动的带电粒子即可产生辐射 。
机动 目录 上页 下页 返回 结束
将此式代入推迟势的公式后得到( ) ck ??
00(,/ ) ( )(,) [ ]
44
ik r
itJ x t r c J x eA x t d V d V e
rr
???
??
???? ??????
rrrrr
v
令,则,0 ()()
4
ik rJ x e
A x d Vr?? ? ?? ?
r rr v
(,) ( ) itA x t A x e ???rrrr
一, 计算辐射场的一般公式
上式表示一种时谐波,这是计算辐射场矢势的一
般公式。与稳恒电流磁场相比这里 附加了一个
因子,称为推迟相因子。
A?
ikre
机动 目录 上页 下页 返回 结束
(,) ( )
(,) ( )
it
it
J x t J x e
x t x e
?
???
?
?
???
???
rrrr
rr
设电荷电流分布,随时间正弦或余弦变化
同样可以得到,
)()(
2
xAicx ?
??
?????
?
?
根据洛仑兹条件
可以得到矢势与
标势的关系,
因此只要求
出矢势即可
得到标势
此情况下电磁场也是时谐电磁场,
tiexBtxAtxB ?????? )(),(),( ??????
机动 目录 上页 下页 返回 结束
),(),( txBkictxE ?
???
??? (在 的区域成立) 0?J?
0 0 0
EBJ
t? ? ?
?? ? ? ?
?
rrr
0
()(,) [ ]
4
ik r
itxex t d V e
r
???
??
?? ?? ?
rv
(,) ( ) itx t x e ??? ??rr
1,在小电荷、电流区域的级数展开 A?
设场点到小区域电荷, 电流中某点 的距离
( 小区域的线度 ), 则有 ( 为坐标原点到
场点的距离 ) 。 将 在 点展开,
x?? lr ??
rR? R
xxr ??? ??
11
0??x?
...1...1...111 23 ????????????????
R
xn
RR
xR
R
x
RRr
?????
二.矢势的展开
其中 为 方向单位矢量。因为,所以仅
取前两项而舍去高次项得到。
n? R? Rx??? r
机动 目录 上页 下页 返回 结束
xnRR xnRRxnRxnR Rr ???????????????? ??
??
???? )1()/1 1(
2
Vd
xnR
exJxA xnRik ?
???
?? ? ???
??
???? ?? )(
0 )(
4
)(
?
? 0 ()
()
4
ik rJ x e
A x d V
r
?
?
? ?? ?
r rr
v
2.求解 的公式 )(xA ??
2 nx?
?
??rr
因为,所以分母中的 可以舍
去。但是要注意,相因子中的 不能轻易舍去。 R x n x
??? ? ? ?r r r xn ????
xn ????
原因,相对 不一定是小量。 ?2
机动 目录 上页 下页 返回 结束
.,,1 2 ???? xxe x利用 得到,
? ??????? VdxnikxJRexA
i k R
...)1)((
4
)( 0 ???
???
?
?
机动 目录 上页 下页 返回 结束
????? xl ? 2 2nxk n x ? ?
?
???? ? ? ?rrrr当 时
(,) ( )
(,) ( )
it
it
J x t J x e
x t x e
??
??
???
??? ? ?
rrrr
rr 条件下辐射场的近似公式
近似公式可以仅取积分中的第一项, 有,
? ??? VdxJRexA
i k R
)(
4
)( 0 ?
???
?
? 偶极辐射公式
机动 目录 上页 下页 返回 结束
在满足, 的前提下,按 与
3,与 的关系 R ?
Rl ?? ???l ?
的关系还可分为三种情况,
R
( 1) (近区) ???R
2,1ik RRe
k
?? ? ?RtT
c??
传播时间
这一区域内变化电磁场与静场性质类似。
( 3) (远区,即辐射区) ???R
电磁波在脱离了场源后的传播区域, 也是
本课程主要讨论的内容 。
??R( 2) (感应区)
过度区,电磁场的行为很复杂,一般不详细
研究这一区域。
0(,)
4
ik Re
A x t p
R
?
?
?
r rr &
机动 目录 上页 下页 返回 结束
1.用 表示偶极辐射矢势 p?
三.偶极辐射
0( ) ( )
4
ik Re
A x J x d VR? ? ??? ?
r rrr
? ???? Vdtxxp ),( ??? ?
(,)p J x t d V ?? ? rrr&
2.偶极辐射的电场强度和磁感应强度
.,,
00 ( ) ( )
44
ik Re ik R e ik R e
B A p p p
R R R
??
??
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
rr r r r
0
3
1 1 1 1( ) ( )ik Re R nik R ik R ik R ik R ik Re e e ik e ik e
R R R R R RR
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
r rr
ki??? nkk ???用到
Rk
1??
R
11 ??
????R
nRik eRe
i k Ri k R ?
??
考虑远区条件,,即,
所以有,
0(,)
4
i k Rik e
B x t n p
R
?
?
??
r r r r&
机动 目录 上页 下页 返回 结束
(,)p J x t d V??? ? rrr&
..,p i p???rr
it ?? ???
.,./p i p??rr
在 条件
下偶极辐射的磁感
应强度为,
Rl ???? ?
3
0
(,)
4
ik Re
B x t p n
cR??
??
r r r r&&
/,kc?? 001/c ???
机动 目录 上页 下页 返回 结束
3
0
2
0
1
(,) sin
4
1
(,) sin
4
ik R
ik R
B x t p e e
cR
E x t p e e
cR
?
?
?
??
?
??
?
?
r r r r
&&
r r r r
&&
选球坐标,让 沿 轴,则,pr&& z
),(),( txBkictxE ???? ??? 2
0
(,) ( )
4
ik Re
E x t p n n
cR??
? ? ?
r r r r r&&利用
讨论,
( 1) 电场沿经线振荡, 磁场沿纬线振荡, 传播
方向, 电场方向, 磁场方向相互正交构成右手螺
旋关系;
( 2) 电场, 磁场正比于, 因此它是空间传
播的球面波, 且为横电磁波 ( TEM波 ), 在
时可以近似为平面波;
( 3) 注意如果 ( ) 不能被满足,
可以证明电场不再与传播方向垂直, 即电力线不
再闭合, 但是磁力线仍闭合 。 这时传播的是横磁
波 ( TM波 )
1/R
??R
???R 11R? ??
机动 目录 上页 下页 返回 结束
四.辐射能流、角分布和辐射功率
机动 目录 上页 下页 返回 结束
作业:必做,1,3,4,5 选做,10,11
2
24 0
3
012
pP S R d
c
?
??
? ? ??
r
?平均功率,
与电磁波的频率 4次方成正比。
*2 0
2 3 2
0
1 Re ( ) sin
2 32
pS E H n
cR
?
??
? ? ?
r&&r rr r
平均能流密度矢量,
角分布