超宽带电磁学及其应用2摘要.ppt

超宽带电磁学及其应用 电子科技大学阮成礼 2006年2月20日~5月10日，三教楼109教室，周一7、8节，周四9、10节。 理论模型1980年代 聚焦波模(Focus wave modes) 定向能电磁脉冲串(EM directed energy pulse train) 贝塞尔束(Bessel beams) 复源脉冲束Complex source pulse beams) 电磁子弹(Electromagnetic bullets) 电磁导弹(Electromagnetic missiles) 电磁导弹理论 满足有源Maxwell方程/与FWM比较 不存在“无限大能量”问题 已经进行了实验研究 Shen Hao Ming ,1988 电子科技大学,1990 进展快，有了系统理论，关键技术 电磁位理论要点 电流源，电荷源，极化矢量 体分布，面分布，线分布 辐射源 均匀平面电流分布、为空间坐标和时间坐标分离的形式、所有源点上电流波形同步、而且仅有x方向的分量 分离形式的矢量位 其中是信号源的谱(谱函数自变量用ω表示)；是单色波(单色波的频率用k表示)矢量位，A(r,k)与信号源的谱无关，仅仅与辐射器的几何结构有关；R是场点到源点的距离。 分离形式的场分量 为了求解各个场分量，需要先求矢量位的一阶和二阶偏导数。 矢量位的一阶偏导数 矢量位的二阶偏导数 这里既没有涉及天线具体结构，也没有涉及激励源的波形，是普遍适用的表述。 特殊的表述方式 把矢量位的表达式代入场分量的表达式可以得到待求场分量。 可见，在所给电流分布情况下，电磁场分量与激励源波形、辐射器几何结构有关。 为了分离激励源波形和辐射器几何结构对辐射场的作用，定义辐射器的辐射因子为 定义辐射器的辐射因子 它描述辐射器本身的辐射特性，而与激励波形无关。 辐射因子—平面圆形电流分布 在轴线上（0z∞,x=y=0） 只有 两个分量。 在远离辐射面的近轴区域 Tex和Thy是同量级的分量，当时za时，二者之比为自由空间波阻抗。 在靠近辐射面的区域 h分量和e分量相位差90°，因此是静态场。 渐进解 严格解 不衰减区和慢衰减区域的严格变化规律 严格积分求解 远区与T T Wu的结论一致 严格解 时域解 频域解 任意波形的辐射场 三段式传播规律 现有电磁场理论 以往电磁理论给出了 近区 远区 存在一个模糊区域，即近区和远区之间电磁波传播规律是什么样的？ 三段式传播规律 三段式传播规律给出了 传播轴线上 区间完整传播规律， 横向分布特性， 从而给出了半空间内电磁波的传播特性， 为严格设计UWB电子系统提供了理论基础。 EMM的特性 局域平面波 能量集中在传播轴线附近 传播特性取决于辐射口径和波形 应用阵列技术/巨大口径/场强同向相加 可以进行严格系统设计 适当设计可以把慢衰减区域推移至所需的区域 实现EMM的条件 频域条件：高频不可忽略 波形条件：具有突变 临界脉冲宽度和临界脉冲上升时间 EMM的意义 指出了信号波形设计的努力方向； 明确数学上的无限远和物理意义上的无限远具有不同意义； 随着科学技术进步可以逐步把慢衰减区域推向更远。 习题和思考题 1.讨论理想方波、等腰三角形脉冲、Gauss波形脉冲、正弦脉冲等的传播特性。 2.有平面圆形电流分布，其中电流波形维为高斯脉冲和sinc函数脉冲 习题和思考题 3. 讨论“近区”，“远区”，“近轴”，“远轴”和“无限大”等术语的意义。 4.阅读参考书，讨论电磁导弹 的频域条件和时域条件，写出数学表达式。 习题和思考题 5.有人认为‘慢衰减距离等同于雷达前移’，一百米或者几百米的不衰减距离，因此，对整个雷达的探测威力没有实质性影响。 事实上‘雷达前移’的思想是不正确的。在三段式曲线中是以辐射阵面的坐标为参考点，不衰减距离增加是使整个衰减曲线‘向前平移’，探测距离按相应的dB值增加。 * Maxwell方程组 如何描述矢量场 把复杂问题化简，矢量位A 已知源函数J(r,t)—辅助位—场解 其Fourier变换为 y x z R P(x,y,z) 场分量 在频域任意波形的辐射场分量可以表示为 F-1 Z1为不衰减距离，Z2为慢衰减距离。 这是δ函数的渐进表达式，也就是说，随着技术进步可以实现f1(t)或者f2(t) 。求辐射阵面轴线上的辐射电场 频谱、和能量密度，画出函数波形、 的变化规律，考察波形变窄时传播特性变化。 提示： *