电磁波辐射详解：从矢量位到天线基本参数

"该文档是电磁场与电磁波（第4版）教学指导书的第8章，主题为电磁波辐射。章节详细介绍了矢量位和标量位的概念及其与电磁场的关系，电偶极子和磁偶极子的辐射场特性，以及天线的基本电参数和对称天线的辐射场计算方法。" 在第8章中，首先讨论了矢量位[pic]和标量位[pic]的概念。这两个物理量与电磁场的场矢量紧密关联，遵循达朗贝尔方程，并在满足洛伦兹条件的情况下，它们的解可以表示为正弦函数形式，滞后于激励源的时间，体现出电磁波的传播特性。当激励源随时间正弦变化时，矢量位和标量位的值受到前一时刻源的影响，形成所谓的滞后位。 接着，章节深入讲解了电偶极子的辐射场。电偶极子产生的电磁场分为近区和远区。近区的电场、磁场类似于静态电场和磁场，而远区场即辐射场，表现为球面波形式。辐射场的方向性通过E面和H面上的方向性图来表示，电偶极子的辐射功率可以通过方向性函数计算，其中辐射电阻[pic]是关键参数。 然后，章节利用电磁对偶原理推导了磁偶极子的辐射场。磁偶极子的辐射场同样为非均匀球面波，具有与电偶极子类似的波阻抗和方向性特征，但其E面和H面方向图与电偶极子相反。磁偶极子的总辐射功率也有相应的辐射电阻[pic]。 在天线理论部分，章节列举了天线的一些基本电参数，如主瓣宽度、副瓣电平、前后比、方向性系数、效率、增益系数、输入阻抗、有效长度、极化和频带宽度等，这些都是评估天线性能的重要指标。对于对称天线，其远区辐射场可以通过多个电偶极子的辐射场叠加来计算，给出了归一化的方向性函数表达式。 这一章内容丰富，涵盖了电磁辐射的基础理论和实际应用中的关键概念，是学习电磁场与电磁波传播不可或缺的一部分。对于理解天线设计和电磁波传播的物理过程具有重要的指导意义。