Bài giảng trường điện từ chương 5 bức xạ điện từ

1
Trường điện từ
ª Chương 1 : Khái niệm & phtrình cơ bản
của TĐT
ª Chương 2 : Trường điện tónh
ª Chương 3 : TĐT dừng
ª Chương 4 : TĐT biến thiên
ª Chương 5 : Bức xạ điện từ
2
Chương 5 : Bức xạ điện từ
1. Khái niệm
2. Nguyên tố anten thẳng
3. Nguyên tố anten vòng
4. Tính đònh hướng
5. Nguyên lý tương hỗ
3
1. Khái niệm
ª Bức xạ điện từ
° TĐT biến thiên lan truyền dưới dạng sóng điện
từ
° Công suất điện từ phụ thuộc : độ lớn & tốc độ
biến thiên của nguồn, cấu trúc nguồn và môi
trường
° Ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật
ª Thế vectơ của dòng điện dây



ª Miền khảo sát
° miền gần (miền cảm ứng): r << l
° miền xa (miền bức xạ): r >> l

()
jt
c
I t I Ie


()
()
j t r v j r v
c
I t r v Ie I e


  
1
4
2
jkr
r
L
A Ie dl k v


  

   

1
4
()

r
rv
L
A I t dl




4
Chương 5 : Bức xạ điện từ
1. Khái niệm
2. Nguyên tố anten thẳng
ª Phân bố của trường điện từ
ª Miền gần
ª Miền xa
5
ª Phân bố của trường điện từ
° Thế vectơ :
1
44
jkr
jkR
zz
L
Ie
A Ie dli l i
Rr







1
H rotA H i



Nguyên tố anten thẳng là dây dẫn
thẳng, mãnh, chiều dài l << l và mang
dòng điều hòa
( ) cos( )
m
i t I t


như nhau trên toàn bộ anten
° TĐT :
1
rr
j
E rotH E i E i


  
2
22
sin
1
4

()
j
jkr
lIk
kr
kr
He





3
2 2 3 3
cos
1
2
()
jlIk j
jkr
r
k r k r
Ee



  
3
2 2 3 3
sin

11
4
()
jlIk j
jkr
kr
k r k r
Ee




    
lr
(
I
, g = 0)
6
ª Miền gần
2 2 3 3
1 1 1
2
: , 1
jkr
r kr
k r k r
Do r e






H H i


rr
E E i E i


2
sin
4
lI
r
H




3
cos
2
jlI
r
r
E



3

sin
4
jlI
r
E




Sóng điện & sóng từ lệch pha nhau 90
o
,

công suất
điện từ trung bình bằng 0 : lan truyền công suất điện
từ có tính dao động
7
ª Miền xa
°Phân bố sóng
°Công suất bức
xạ
8
°Phân bố sóng
Nhận xét :
 phương : sóng điện từ ngang
 biên độ : suy giảm theo qui luật 1/r
 pha : mặt đồng pha là mặt cầu
… v
p
= v

 tính đònh hướng : do biên độ  sinq
bức xạ cực đại khi q=90
o
và cực tiểu khi q=0
o
,180
o
2 2 3 3
1 1 1
2
:,
r kr
k r k r
Do r H H i E E i

   


   
2
sin sin
44
,
rr
jj
jlIk jlIk
vv
rr
H e E e




 


,
cc
E Z H Z



với
1
2
sin cos( 90 )
o
m
rv
H lI t r i



  
   
1
2
sin cos( 90 )
o
cm
rv

E Z lI t r i



  
   
9
° Công suất bức xạ
 Vectơ Poynting :
rr
P E H Pi  
2 2 2
22
sin
2
4
cos ( 90 )
m
lI
o
rc
v
r
P Z t r




   
2 2 2

22
sin
8
m
lI
rc
r
PZ



Nhận xét : Bức xạ luôn truyền từ ‘nguồn’ ra miền
bxạ
 Công suất bức xạ : cs điện từ trung bình gửi qua 1 mặt
cầu tâm là nguyên tố anten (r >> l)
bx r
SS
P P dS P dS

22
12
23
, ( )
bx bx m bx c
P R I R Z l


Nhận xét : P
bx
tỉ lệ nghòch với l

2
,  f
2
: dùng cao tần
22
1
3
( )
bx c m
P Z I l


2
0
rc
P Z H
10
Chương 5 : Bức xạ điện từ
1. Khái niệm
2. Nguyên tố anten thẳng
3. Nguyên tố anten vòng (tự đọc)
4. Tính đònh hướng
Tính đònh hướng là khả năng tập trung bức
xạ vào 1 hướng và yếu đi ở những hướng
khác
ª Cường độ bức xạ
ª Cường độ bức xạ chuẩn
ª Độ đònh hướng
11
ª Cường độ bức xạ u

là công suất điện từ trung bình gửi trên 1 đơn vò góc đặc
theo hướng khảo sát
2
()
dS
d steradian
r

2 2 2 2 2 2
2 2 2
sin sin
88
mm
r c c
l I l I
P Z u Z
r


  
Ví dụ : nguyên tố anten thẳng
u = u(q,f) thường độc lập với r
2
rr
u P dS d P r  
( / )W sterad
12
ª Cường độ bức xa chuẩn u
n

2 2 2
2
sin
8
m
c
lI
uZ



Ví dụ : nguyên tố anten thẳng
2
sin
n
u


maxn
u u u
22
max
2
8
m
c
lI
uZ



13
ª Độ đònh hướng D
maxn ntb
D u u
Ví dụ : nguyên tố anten thẳng có
max
2
00
4
sin
n
n
u
D
u d d


  


2
2
1
4
00
sin sin 2 3
ntb
u d d



   
  

Cường độ bức xạ cực đại sẽ gấp 1,5 lần cường độ bức xạ
trung bình khi bức xạ rãi đều theo mọi hướng
2
1
4
00
sin
ntb n
u u d d


  


max
1,5
n ntb
D u u
u
n
= sin
2
q, u
nmax
= 1
14
Chương 5 : Bức xạ điện từ

1. Khái niệm
2. Nguyên tố anten thẳng
3. Nguyên tố anten vòng
4. Tính đònh hướng
5. Nguyên lý tương hỗ (tự đọc)