电磁波产生原理 (2)精选PPT.ppt
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1、关于电磁波产生原理(2)第1页,讲稿共27张,创作于星期二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种应用要求种应用要求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时变电流或
2、时变电流或时变电流或时变电流或加速运动的加速运动的加速运动的加速运动的电荷向空间电荷向空间电荷向空间电荷向空间辐射电磁波辐射电磁波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2页,讲稿共27张,创作于星期二 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,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。这样就产生了电磁波。样就产生了电
3、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
4、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,电磁振荡能电路可以产生电磁振荡,电磁振荡能电路可以产生电磁振荡,电磁振荡能电路可以产生电磁振荡,电磁振荡能够发射电磁波。但够发射电磁波。但够发射电磁波。但够发射电磁波。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
5、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3页,讲稿共27张,创作于星期二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
6、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。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。空间去,又增加了辐射功率。空间去,又增加了辐射功率。空间去,又增加了辐射功率。辐射功率辐射功率第4页,讲稿共27张,创作于星期二第5页,讲稿共27张,创作于星期二振荡偶极子类似一个正负电荷相对中心
7、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6页,讲稿共27张,创作于星期二第7页,讲稿共27张,创作于星期二+-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8页,讲稿共27张,创作于星期二第9页,讲稿共27张,创作于星期二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 以以以以振振振振子子子子中中中中心心心心为为为为球球球球心心心心、轴轴轴轴线线线线为为
8、为为极极极极轴轴轴轴作作作作球球球球面面面面,作作作作为为为为电电电电磁磁磁磁波波波波的的的的波波波波面面面面。面面面面上上上上任任任任一一一一点点点点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处处处处于于于于过过过过点点点点A A 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量量H H H H处处处处于于于于过过过过点点点点A A A A并并并并平平平平行行行行于于于于赤赤赤赤道道道道平平平平面面面面的的的的平平平平面面面面内内内内,两两两两者者者者互互互互相相相相垂垂垂垂直直直直,并并并并且且且且都都都都垂垂垂垂直直直直于于于于点
9、点点点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 r r,即即即即垂直于波的传播方向。垂直于波的传播方向。垂直于波的传播方向。垂直于波的传播方向。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面,电磁场分布比较简单。球面,电磁场分布比较简单。第10页,讲稿共27张,创作于星期二严格地说,理想的平面电磁波是不存在的因为只有无限大的波严格地说,理想的平面电磁波是不存在的因为只有无限大的波严格地说,理想的平面电磁波是不存在的因为只有无限大的波严格地说,理想的平面电磁波是不存在的因为只有无限大的波源才能激励出这样的波但是如果场点离波源
10、足够远那么空间曲面的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似为平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近的电磁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
11、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,其局部可近似为波,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平面,因此可以近似地看成均匀平面波平面,因此可以近似地看成均匀平面波平面,因此可以近似地看成均匀平面波第11页,讲稿共27张,创作于星期二 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了电磁波,且通过多次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
12、够发生反射、折射、干涉、衍射和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,从而偏振,验证了麦克斯韦预言,揭示了光的电磁本质,从而将光学将光学与电磁学统一起来。与电磁学统一起来。*赫赫兹兹实实验验第12页,讲稿共27张,创作于星期二二、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,的平面内振动,并与并与 构成右构成右手螺旋系。手螺旋系。第13页,讲稿共27
13、张,创作于星期二2.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,在任意给定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。的位置,两者的相位相同。的位置,两者的相位相同。的位置,两者的相位相同。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
14、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14页,讲稿共27张,创作于星期二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。以电磁波的:在电磁波传播时,其中能量也随之传播。以电
15、磁波的:在电磁波传播时,其中能量也随之传播。以电磁波的: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形式传播出去的能量形式传播出去的能量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流流流密密密密度度度度。平平平平均能流密度就是波的强度:均能流密度就是波的强度:均能流密度就是波的强度: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
16、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能流密度能流密度能流密度能流密度第15页,讲稿共27张,创作于星期二 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 由由由由得得得得为为方向相同,则其矢量式方向相同,则其矢量式与与考虑到考虑到uSvv第16页,讲稿共27张,创作于星期二对于电偶极子: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,这是球面波的特点;
17、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17页,讲稿共27张,创作于星期二辐射功率: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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