电磁波产生原理 (2)精选课件.ppt
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1、关于电磁波产生原理(2)第一页,本课件共有27页作为信息的载体应用于作为信息的载体应用于作为信息的载体应用于作为信息的载体应用于通信、广播、电视通信、广播、电视通信、广播、电视通信、广播、电视 电电磁磁波波作为探求未知物质世界作为探求未知物质世界的手段应用于雷达、导的手段应用于雷达、导航、遥测、遥感和遥控航、遥测、遥感和遥控 研究设计产研究设计产研究设计产研究设计产生能满足各生能满足各生能满足各生能满足各种应用要求种应用要求种应用要求种应用要求的电磁波的电磁波的电磁波的电磁波能量存在的一种形式能量存在的一种形式能量存在的一种形式能量存在的一种形式时变电流或时变电流或加速运动的加速运动的电荷向空
2、间电荷向空间辐射电磁波辐射电磁波电磁波辐射问题电磁波辐射问题第二页,本课件共有27页 由麦克斯韦的电磁场理论,变化的电场产生变化的磁场,而变化的由麦克斯韦的电磁场理论,变化的电场产生变化的磁场,而变化的磁场又产生变化的电场,这样,变化电场和变化磁场之间相互依赖,相磁场又产生变化的电场,这样,变化电场和变化磁场之间相互依赖,相互激发,交替产生,并以一定速度由近及远地在空间传播出去。这样就互激发,交替产生,并以一定速度由近及远地在空间传播出去。这样就产生了电磁波。产生了电磁波。一一 电磁波的产生与传播电磁波的产生与传播 (1)电磁场能量几乎分别集中于电容器和自感线圈内,不利于电电磁场能量几乎分别集
3、中于电容器和自感线圈内,不利于电电磁场能量几乎分别集中于电容器和自感线圈内,不利于电电磁场能量几乎分别集中于电容器和自感线圈内,不利于电 磁波的辐射,所以必需设计能让能量辐射的电路。磁波的辐射,所以必需设计能让能量辐射的电路。磁波的辐射,所以必需设计能让能量辐射的电路。磁波的辐射,所以必需设计能让能量辐射的电路。(2)电磁波在单位时间内辐射功率与频率的四次方成正比,而电磁波在单位时间内辐射功率与频率的四次方成正比,而电磁波在单位时间内辐射功率与频率的四次方成正比,而电磁波在单位时间内辐射功率与频率的四次方成正比,而 L CL CL CL C电路频率为电路频率为电路频率为电路频率为 很低,因而要
4、对电路进行改造。很低,因而要对电路进行改造。很低,因而要对电路进行改造。很低,因而要对电路进行改造。我们知道,我们知道,我们知道,我们知道,线圈线圈线圈线圈L L和电容和电容和电容和电容C C组成的组成的组成的组成的电路可以产生电磁振荡,电磁振电路可以产生电磁振荡,电磁振电路可以产生电磁振荡,电磁振电路可以产生电磁振荡,电磁振荡能够发射电磁波。但荡能够发射电磁波。但荡能够发射电磁波。但荡能够发射电磁波。但由由由由LCLC组成组成组成组成普通振荡电路,有以下特点:普通振荡电路,有以下特点:普通振荡电路,有以下特点:普通振荡电路,有以下特点:1 1、电磁波的波源、电磁波的波源 第三页,本课件共有2
5、7页提高振荡电路的固有频率并开放电磁场的措施是:提高振荡电路的固有频率并开放电磁场的措施是:提高振荡电路的固有频率并开放电磁场的措施是:提高振荡电路的固有频率并开放电磁场的措施是:具体方式如图所示。具体方式如图所示。具体方式如图所示。具体方式如图所示。减少线圈匝数并逐渐拉直减少线圈匝数并逐渐拉直减少线圈匝数并逐渐拉直减少线圈匝数并逐渐拉直 ,最后简化成一根直线。,最后简化成一根直线。,最后简化成一根直线。,最后简化成一根直线。缩小电容器极板面积缩小电容器极板面积缩小电容器极板面积缩小电容器极板面积 ;拉大电容器极板间距离。;拉大电容器极板间距离。;拉大电容器极板间距离。;拉大电容器极板间距离。
6、最后形成电偶极子,即发射电磁波的天线。这样既能使电磁场分最后形成电偶极子,即发射电磁波的天线。这样既能使电磁场分最后形成电偶极子,即发射电磁波的天线。这样既能使电磁场分最后形成电偶极子,即发射电磁波的天线。这样既能使电磁场分布到空间去,又增加了辐射功率。布到空间去,又增加了辐射功率。布到空间去,又增加了辐射功率。布到空间去,又增加了辐射功率。辐射功率辐射功率第四页,本课件共有27页第五页,本课件共有27页振荡偶极子类似一个正负电荷相对中心作谐振动的弹簧振荡偶极子类似一个正负电荷相对中心作谐振动的弹簧,可激发涡旋电场可激发涡旋电场.电偶极矩电偶极矩:p=p0 cos t 电源电源LCRLC振荡器
7、振荡器传输线传输线偶极子天线偶极子天线电磁波电磁波发射无线电短波的电路示意图发射无线电短波的电路示意图第六页,本课件共有27页第七页,本课件共有27页+-振荡电偶极子附近的电磁场线振荡电偶极子附近的电磁场线第八页,本课件共有27页第九页,本课件共有27页极轴极轴传播方向传播方向2、电偶极子的电磁场电偶极子的电磁场 以以振振子子中中心心为为球球心心、轴轴线线为为极极轴轴作作球球面面,作作为为电电磁磁波波的的波波面面。面面上上任任一一点点A A处处处处,场场场场强强强强矢矢矢矢量量量量E E E E处处于于过过点点A A子子子子午午午午面面面面内内内内,磁磁磁磁场场场场强强强强度度度度矢矢矢矢量量
8、量量H H处处处处于于于于过过过过点点点点A A A A并并平平行行于于赤赤道道平平面面的的平平面面内内,两两者者互互相相垂垂直直,并并且且都都垂垂直直于于点点A A A A的的的的位位位位置置置置矢矢矢矢量量量量r r,即即垂垂直直于于波的传播方向。波的传播方向。离离振振子子的的距距离离r远远大大于于电电磁磁波波波波长长 的的波波场场区区,波波面面趋趋于于球球面面,电电磁磁场场分分布布比比较简单。较简单。第十页,本课件共有27页严格地说,理想的平面电磁波是不存在的因为只有无限大的严格地说,理想的平面电磁波是不存在的因为只有无限大的严格地说,理想的平面电磁波是不存在的因为只有无限大的严格地说,
9、理想的平面电磁波是不存在的因为只有无限大的波源才能激励出这样的波但是如果场点离波源足够远那么空间曲波源才能激励出这样的波但是如果场点离波源足够远那么空间曲波源才能激励出这样的波但是如果场点离波源足够远那么空间曲波源才能激励出这样的波但是如果场点离波源足够远那么空间曲面的很小一部分就十分接近平面在这一小范围内波的传播特性近面的很小一部分就十分接近平面在这一小范围内波的传播特性近面的很小一部分就十分接近平面在这一小范围内波的传播特性近面的很小一部分就十分接近平面在这一小范围内波的传播特性近似为平面波的传播特性例如,距离发射天线相当远的接收天线附似为平面波的传播特性例如,距离发射天线相当远的接收天线
10、附似为平面波的传播特性例如,距离发射天线相当远的接收天线附似为平面波的传播特性例如,距离发射天线相当远的接收天线附近的电磁波,由于天线辐射的球面波的等相位球面非常大,其局近的电磁波,由于天线辐射的球面波的等相位球面非常大,其局近的电磁波,由于天线辐射的球面波的等相位球面非常大,其局近的电磁波,由于天线辐射的球面波的等相位球面非常大,其局部可近似为平面,因此可以近似地看成均匀平面波部可近似为平面,因此可以近似地看成均匀平面波部可近似为平面,因此可以近似地看成均匀平面波部可近似为平面,因此可以近似地看成均匀平面波第十一页,本课件共有27页 赫兹实验在人类历史上赫兹实验在人类历史上首次首次发射和接收
11、了电磁波,且通过多发射和接收了电磁波,且通过多次实验证明了电磁波与光波一样能够发生反射、折射、干涉、衍射次实验证明了电磁波与光波一样能够发生反射、折射、干涉、衍射和偏振,验证了麦克斯韦预言,揭示了光的电磁本质,从而和偏振,验证了麦克斯韦预言,揭示了光的电磁本质,从而将光将光学与电磁学统一起来。学与电磁学统一起来。*赫赫兹兹实实验验第十二页,本课件共有27页二、平面电磁波的特性二、平面电磁波的特性二、平面电磁波的特性二、平面电磁波的特性1.电磁波是横波电磁波是横波xzy 偏振性,偏振性,分别分别在各自的平面方在各自的平面方向上振动向上振动。与与 分分别在别在相互垂直相互垂直的平面内振动,的平面内
12、振动,并与并与 构成右构成右手螺旋系。手螺旋系。第十三页,本课件共有27页2.同相同相位位3.与与 数值上成比例。数值上成比例。真空中真空中即光速,光是一种电磁波。即光速,光是一种电磁波。即光速,光是一种电磁波。即光速,光是一种电磁波。4.电磁波在媒质中传播的速度电磁波在媒质中传播的速度电磁波中的电场强度和磁感应强度都作周期性变化,在任意电磁波中的电场强度和磁感应强度都作周期性变化,在任意电磁波中的电场强度和磁感应强度都作周期性变化,在任意电磁波中的电场强度和磁感应强度都作周期性变化,在任意给定的位置,两者的相位相同。给定的位置,两者的相位相同。给定的位置,两者的相位相同。给定的位置,两者的相
13、位相同。麦麦麦麦克克克克斯斯斯斯韦韦韦韦当当当当初初初初正正正正是是是是在在在在此此此此启启启启发发发发下下下下提提提提出出出出光光光光是是是是一一一一种种种种 电磁波的假说。电磁波的假说。电磁波的假说。电磁波的假说。第十四页,本课件共有27页电磁波中电场能量和磁场能量的总和叫做电磁波的能量,亦电磁波中电场能量和磁场能量的总和叫做电磁波的能量,亦电磁波中电场能量和磁场能量的总和叫做电磁波的能量,亦电磁波中电场能量和磁场能量的总和叫做电磁波的能量,亦称为辐射能。称为辐射能。称为辐射能。称为辐射能。三三 电磁波的能量电磁波的能量 辐射能辐射能辐射能辐射能 :在电磁波传播时,其中能量也随之传播。以电
14、:在电磁波传播时,其中能量也随之传播。以电:在电磁波传播时,其中能量也随之传播。以电:在电磁波传播时,其中能量也随之传播。以电磁波的形式传播出去的能量磁波的形式传播出去的能量磁波的形式传播出去的能量磁波的形式传播出去的能量.单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内通通通通过过过过与与与与传传传传播播播播方方方方向向向向垂垂垂垂直直直直的的的的单单单单位位位位面面面面积积积积的的的的能能能能量量量量,叫叫叫叫能能能能流密度。平均能流密度就是波的强度:流密度。平均能流密度就是波的强度:流密度。平均能流密度就是波的强度:流密度。平均能流密度就是波的强度:w 电磁场能量密度电磁场能量密度电磁场能量密度
15、电磁场能量密度,u 电磁波波速电磁波波速电磁波波速电磁波波速电磁波的能流密度电磁波的能流密度电磁波的能流密度电磁波的能流密度 1 1能流密度能流密度第十五页,本课件共有27页 电磁波的能流密度(坡印廷)矢量电磁波的能流密度(坡印廷)矢量 由由得得为为方向相同,则其矢量式方向相同,则其矢量式与与考虑到考虑到uSvv第十六页,本课件共有27页对于电偶极子:对于电偶极子:对于电偶极子:对于电偶极子:特点:特点:特点:特点:(1)(1)辐射能量与频率的四次方成正比;辐射能量与频率的四次方成正比;辐射能量与频率的四次方成正比;辐射能量与频率的四次方成正比;(2)(2)辐射能量与距离的平方成反比,这是球面
16、波的特点;辐射能量与距离的平方成反比,这是球面波的特点;辐射能量与距离的平方成反比,这是球面波的特点;辐射能量与距离的平方成反比,这是球面波的特点;(3)(3)有很强的方向性,在垂直于轴线方向上的辐射最强,而在有很强的方向性,在垂直于轴线方向上的辐射最强,而在有很强的方向性,在垂直于轴线方向上的辐射最强,而在有很强的方向性,在垂直于轴线方向上的辐射最强,而在 沿轴线方向上没有辐射。沿轴线方向上没有辐射。沿轴线方向上没有辐射。沿轴线方向上没有辐射。第十七页,本课件共有27页辐射功率:单位时间内辐射的能量辐射功率:单位时间内辐射的能量辐射功率:单位时间内辐射的能量辐射功率:单位时间内辐射的能量 以
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