辐射与天线
加速电荷和振荡电流会辐射电磁能量，这是天线和波散射的基础。
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Definition
研究时变电荷和电流分布如何产生传播到无穷远并携带能量的电磁场，以及发射、接收和重新定向该辐射的工程结构（天线）和散射过程。
Scope
本领域涵盖时变源产生的电磁辐射：推迟势、加速电荷的场、偶极子和多极子辐射、天线和天线阵的设计与分析、辐射电阻和方向图，以及物体对电磁波的散射。它将麦克斯韦方程与实际的辐射和接收系统联系起来，而导波传播则在电磁波部分处理。
Sub-topics
Core questions
- 加速电荷和振荡电流如何产生辐射？
- 什么决定了辐射源的辐射方向图和功率？
- 天线如何表征并组合成天线阵？
- 物体如何散射入射电磁波？
Key concepts
- 推迟势
- 辐射场
- 拉莫尔公式
- 电偶极子辐射
- 辐射方向图
- 增益和方向性
- 天线阵
- 散射截面
Key theories
- 推迟势和辐射场
- 时变源的势取决于较早的、推迟时刻的源；远离源的场随距离反比衰减，并以辐射形式带走能量。
- 偶极子辐射
- 振荡电偶极子辐射的功率与频率的四次方成正比，具有特征性的角方向图，是大多数辐射系统的原型。
- 天线理论
- 天线通过辐射方向图、增益、方向性、辐射电阻和阻抗来表征，天线阵通过组合单元来形成和操纵辐射波束。
Clinical relevance
辐射和天线原理使无线电、电视、移动和卫星通信、雷达和遥感、射电天文学以及磁共振成像中使用的射频线圈和暴露评估成为可能。
History
赫兹于1887-1888年建造了第一个有目的的辐射和接收系统，证实了麦克斯韦波。拉莫尔于1897年推导了加速电荷辐射的功率，马可尼在1900年左右将辐射转化为实用的长距离无线通信。
Key figures
- Heinrich Hertz
- Joseph Larmor
- Guglielmo Marconi
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- balanis2016
Frequently asked questions
- 电荷辐射需要什么条件？
- 以恒定速度运动的电荷不辐射；辐射需要加速度，因此振荡或加速的电荷以及时变电流是电磁波的来源。
- 什么构成一个好的天线？
- 天线的有效性取决于其尺寸与波长的匹配，以及其辐射方向图、增益和与馈线的阻抗匹配；单元阵列使工程师能够形成和操纵波束。