复习电磁场与波的第13章--天线

发表于 2020-1-31 13:04

本帖最后由 xukun977 于 2020-1-31 13:11 编辑

第13章第一节，书中上来就介绍传播时间和迟后位！这样做的目的是什么？

原因很简单，遵循用老知识推导出新知识，根据新的条件进行改进。

已知的老知识是，对于静态矢量位和标量位，分别为：

现在要由静态问题改变成动态问题，此时只需考虑时间延迟，旧的解可以直接派上用场了。

此时无需根据新的动态方程，来重新求解复杂的动态电位解了。

但是验证这个解，是不是新方程的解还是必要的，方法也很简单，把上面的假设解代入方程，看看方程能否成立即可。

这里有个难点：如果直接代入原方程，会导致ρ/r拉普拉斯算子在r=0时很难确定。
解决困难的方法是把空间分成两个区域，近场直接用准静态条件，远场直接把上面的解代入原式，拉普拉斯算子变成：

发表于 2020-1-31 13:20

只需引入延迟这样概念，推导出【迟后位】概念，以前处理静态场的套路可以直接拿过来用了。

例如短偶极子天线的推导，和静态场中振荡偶极子的推导几乎一摸一样，只是加了个时间延迟，近似的方法也是一样的。

所以，天线幅射这一章，其实并没有新知识，和静态场相比的话。
但是，别看变化小，但结论悬殊很大，要重点体会近场和远场的特点。

发表于 2020-1-31 14:08

本帖最后由 xukun977 于 2020-1-31 14:24 编辑

关于短线天线和小环天线，在应用类书籍，如EMC、天线专著等书中，一般不会再次推导，相关结论是拿过来就用的。

例如短信天线的场表达式，各种书籍上写法不一。
其中最精简的写法，应该是下面这个，理论上无法进一步化简了。

发表于 2020-1-31 14:36

关于远场和近场的定义，EMC书籍和电磁学书籍上定义不同，看书时注意不同。

下面是EMC书籍中给的定义。至于公式中的大于小于号，有的书上是用>=和<,有的书上是>和<=，所以我上面不加区分，都写上=号。

发表于 2020-1-31 14:43

短偶极子天线能流图

近场能流是无功能量流，远场是幅射能流。请特别注意，尽管数学表达式中，幅射能流是反比于r^2，随着传播距离变大而衰弱，但这并非是能量衰减，因为坡印廷矢量的实部=0，所以对时间平均功率流没有贡献。

发表于 2020-1-31 15:02

本帖最后由 xukun977 于 2020-1-31 16:49 编辑

重点是后面的高低阻场的概念，EMC知识点中的屏蔽部分要用到，研究各种材料的筛选行为。

这里有个超级重要的概念，教科书上几乎没说，这里详细讲一下，看下面的短线天线周围的电场线示意图（电流为零的瞬时）

如上图所示，天线处于变化磁场中，天线上会感应出某个方向的emf(看磁场变化情况而定，这里假设emf方向向上)，在这个瞬时，天线中有电场，电场导致瞬间电流流动，但也几乎是同时，天线上会积累足够的电荷（这里是下端为负电荷，上端为正电荷），这个电荷对应的电场与感应场是大小相等、方向相反的，于是静电场为零，于是电流为零！尽管此种情况下天线中无场，但不能据此推论出其它地方也都是零电场，天线的顶部发射出电力线，由天线底部返回，如上图蓝线所示。而且即便是没有回路的独立的一段短线，理论上电压表能测出这个感应emf。

理解了这一点，就能理解为何说电场是高阻场，磁场是低阻场了。

发表于 2020-1-31 15:14

关于幅射电阻，教科书上给的表达式是80Π^2(le/lammda)^2，工程电磁学书上是更好记的公式---789（le/lammda）^2，789刚好是自然数顺序。

所以可直接算出1/10波长偶极子天线的幅射电阻是789/100=7.89 欧姆

发表于 2020-1-31 15:22

本帖最后由 xukun977 于 2020-1-31 15:30 编辑

大多数工程师的看书过程如下：

听人家推荐某本书比较好，于是也买本过来啃，结果发现看的一头雾水、不知所云，刚翻几页就看不下去了，撤退！情况好点的是：书中推导过程也能看懂，但就是感觉有点晕，当时能记住公式，书本一扔，几天忘光。
于是又到网上找书，看看有没有宝书，拿过第二本继续啃，但看了两章，发现又看不下去了。于是换第三本。。。。如此反复，看能要看N本才能找到窍门，顺利看懂看完，此时再看些专著，如天线，才有点感觉。

大多数人都要走这个弯路。

例如论坛上有人上传谢处方的电磁学书籍，当年上学时，这本薄书我攻了两遍也攻不进去（当然了，可能我智商低造成的），直接撤退。
这类书的特点是：全都是精华，【废话】一句没有，薄薄的一本书几乎是重点公式摘抄，好比论坛上某个人的帖子，就是公式定理大全，初学者要是能看懂，就是天神下凡--理解能力抱棚了。好比一本书删除了50%的内容，你还能看懂，除非原书50%是废话。
这样的精华书，初学者是受不了的，学生需要就知识点来点【废话】----讲解一下公式是什么意思，理解一下知识点的内涵和外延，理解之后，不用背诵就能记住。

发表于 2020-1-31 20:42

关于波在良导体中的传播，特点为：
1，群速度是相速度的2倍！
2，两个速度都很慢，例如在1MHz，铜中的波长是0.414mm，相应的相速是414m/s，比铜中的声速低了一个量级。
3，稳态波穿透厚度为x的铜，所需时间为x/群速度vg，是与频率相关的，且线性正比于厚度。

发表于 2020-1-31 21:42

老专家假期还在努力啊

发表于 2020-1-31 21:46

基础理论，没有什么过不过时之说，而且如果没有电磁学理论基础，想精通EMC之类的技术，说好听点只能靠【经验】，说难听点复制粘贴吧。

看看信号完整性第一章，复习电磁学理论的：

我们这里复习过，以后帖子中就不再讲这些基础了，相关结论直接拿过来用。

请注意：上面图片中的磁矢位，和我写的不一样，因为他这里定义的是B=curl A，而我上面定义的是H=curl A,于是两个磁矢位之间差个磁导率。两种定义都可以用，前后统一即可，

发表于 2020-2-1 12:21

本帖最后由 xukun977 于 2020-2-1 12:33 编辑

习题38--7，非常有意思，说：

所有的光源都应该是黑的！

这话要是我说的，估计很多同志，一听这话要上火，长篇大论来论证我是忽悠了。

这句话，是物理学中著名的光源悖论，理由如下：
假设太阳发光，无穷多个原子向外幅射，这个光源是不相关的，而我们眼睛视网膜的圆锥形区域收集这些幅射，在任一时刻，这个可视作复平面的区域上，有无穷多个大小和相位各不相同的向量，且旋转速度各不相同，明显矢量和=0！

白墙也是如此，用不相干光源照到墙上，然后视网膜收集到的净场=0，白墙应该看起来是黑色的！

发表于 2020-2-1 12:41

本帖最后由 xukun977 于 2020-2-1 12:57 编辑

解释这个悖论的方法，是找个激光笔，在纸面上观察激光，肉眼看到的是颗粒状结构！
而且当头左右晃动，图形也是移动的，这就是所谓的散斑现象。

人眼不是对E灵敏，而是对EE*，即能量通量灵敏，而人眼接收到的净能量通量是每个波的能量通量之和。

发表于 2020-2-4 10:20

看来得要重头学起~~

发表于 2020-2-13 21:48

天线的仿真：‘

复习电磁场与波的第13章--天线

相关帖子

浏览过的版块

坚毅之洋流

核心会员奖章

十世金身

技术导师奖章

技术领袖奖章

荣誉元老奖章

技术新星奖章