电子场与电磁波精选文档.ppt

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1、电子场与电磁波本讲稿第一页，共十五页鲁东大学 绪绪 论论一、课程的性质和任务一、课程的性质和任务 “电磁场与电磁波电磁场与电磁波”是高等学校电子信息类及电气信息类是高等学校电子信息类及电气信息类专业本科生必修的一门技术基础课，课程涵盖的内容是合格专业本科生必修的一门技术基础课，课程涵盖的内容是合格的电子、电气信息类专业本科学生所应具备的知识结构的重的电子、电气信息类专业本科学生所应具备的知识结构的重要组成部分。近代科学的发展表明，电磁场与电磁波基本理要组成部分。近代科学的发展表明，电磁场与电磁波基本理论又是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础，论又是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发

2、展的基础，而且对完善自身素质，增强适应能力和创造能力长远地发挥而且对完善自身素质，增强适应能力和创造能力长远地发挥作用。作用。本课程将在本课程将在“大学物理（电磁学）大学物理（电磁学）”的基础上，进一步研的基础上，进一步研究宏观电磁现象和电磁过程的基本规律及其分析计算方法。究宏观电磁现象和电磁过程的基本规律及其分析计算方法。通过课程的学习，通过课程的学习，掌握基本的宏观电磁理论，具备分析和解决基掌握基本的宏观电磁理论，具备分析和解决基本的电磁场工程问题的能力。本的电磁场工程问题的能力。本讲稿第二页，共十五页时时 代代发发 明明 者者现现 象象公元前公元前600年年希腊人希腊人摩擦后琥珀吸引微物

3、体摩擦后琥珀吸引微物体公元前公元前300年年中国人中国人磁石吸铁磁石吸铁1785年年法国库仑法国库仑(17361806)电荷之间的作用力电荷之间的作用力库仑定律库仑定律1820年年丹麦奥斯特丹麦奥斯特(17771851)电流产生磁场电流产生磁场1820年年法国安培法国安培(17751836)电流之间的作用力电流之间的作用力安培安培定律定律1831年年英国法拉第英国法拉第(17911867)时变磁场产生时变电场时变磁场产生时变电场电磁感应定律电磁感应定律历历 史史 的的 回回 顾顾 二、电磁场理论发展历史二、电磁场理论发展历史本讲稿第三页，共十五页 1873年英国科学家年英国科学家麦克斯韦麦克斯

4、韦（18311879）提出了位移电流的）提出了位移电流的假设，认为时变电场可以产生时变磁场，并建立了严格的数学方程假设，认为时变电场可以产生时变磁场，并建立了严格的数学方程麦克斯韦方程麦克斯韦方程。重重 大大 突突 破破 麦克斯韦预言电磁波的存在，后来在麦克斯韦预言电磁波的存在，后来在1887年被德国物理学家年被德国物理学家赫兹赫兹（18571894）的实验证实。）的实验证实。俄国的俄国的波波夫波波夫及意大利及意大利的的马可尼马可尼于于19世纪末先后发明了世纪末先后发明了使用电磁波作为信息载体的传输技术。使用电磁波作为信息载体的传输技术。本讲稿第四页，共十五页 当今的当今的无线通信无线通信、广

5、播广播、雷达雷达、遥控遥测遥控遥测、微波遥感微波遥感、无线广域网无线广域网、无线局域网无线局域网、卫星定位卫星定位以及以及光纤通信光纤通信等信息等信息技术都是利用电磁波作为载体传输信息的。技术都是利用电磁波作为载体传输信息的。下面以无线电通下面以无线电通信系统为例来说明。信系统为例来说明。静电复印静电复印、静电除尘静电除尘以及以及静电喷漆静电喷漆等技术都是基于静电等技术都是基于静电场对于带电粒子具有力的作用。场对于带电粒子具有力的作用。电电磁磁铁铁、磁磁悬悬浮浮轴轴承承以以及及磁磁悬悬浮浮列列车车等等，都都是是利利用用磁磁场场力的作用。力的作用。三、电磁场、电磁波与工程应用三、电磁场、电磁波与

6、工程应用本讲稿第五页，共十五页鲁东大学 发射机末级回路产生的高频振荡电流经过馈线送到发射天线，通发射机末级回路产生的高频振荡电流经过馈线送到发射天线，通过发射天线将其转换成电磁波辐射出去；到了接收端，电磁波在接收过发射天线将其转换成电磁波辐射出去；到了接收端，电磁波在接收天线上感生高频振荡电流，再经馈线将高频振荡电流送到接收机输入天线上感生高频振荡电流，再经馈线将高频振荡电流送到接收机输入回路，这就完成了信息的传递。在这个过程中，经历了电磁波的回路，这就完成了信息的传递。在这个过程中，经历了电磁波的传输传输、发射发射、传播传播、接收接收等过程。等过程。接收机接收天线馈线下行波发射机发射天线馈线

7、导行波 传输传输导行电磁波导行电磁波（导波理论）发射和接收发射和接收天线天线（天线理论）传播传播入射、反射、透射、绕射入射、反射、透射、绕射（电波传播）本讲稿第六页，共十五页中、短波发射天线中、短波发射天线微波接力天线微波接力天线电磁场理论的其他应用天线天线本讲稿第七页，共十五页卡塞格仑天线MMDSC型微波天线本讲稿第八页，共十五页矩形波导圆波导平行双线同轴线微带线传输线传输线本讲稿第九页，共十五页世界首辆载人高温超导磁悬浮试验车磁磁 场场 力力 的的 应应 用用本讲稿第十页，共十五页B2 隐形轰炸机隐形轰炸机 i r反反 射射 定定 律律 的的 应应 用用本讲稿第十一页，共十五页 全全 球球

8、 定定 位位 系系 统统 Global Positioning System(GPS)信信 息息 载载 体体 的的 应应 用用 本讲稿第十二页，共十五页 新技术的广泛应用促进了电磁理论的发展。由此创建了很新技术的广泛应用促进了电磁理论的发展。由此创建了很多分析电磁场与多分析电磁场与电磁电磁波的波的新方法新方法，研制了很多电磁性能优越的，研制了很多电磁性能优越的新材料新材料。相互促进，共同发展相互促进，共同发展 随着大容量的高性能及高速度计算机的出现，不但解决了很多电随着大容量的高性能及高速度计算机的出现，不但解决了很多电磁理论的计算问题，同时也萌生了计算电磁场与磁理论的计算问题，同时也萌生了计

9、算电磁场与电磁电磁波的新方法，从波的新方法，从而形成而形成计算电磁学计算电磁学的新学科。的新学科。本讲稿第十三页，共十五页n 电磁兼容随着现代科技的发展，电子、电气系统应用越来越广泛。运行随着现代科技的发展，电子、电气系统应用越来越广泛。运行中的电子、电气设备大多伴随着电磁能量的转换，使得高密度、宽频中的电子、电气设备大多伴随着电磁能量的转换，使得高密度、宽频谱的电磁信息充满整个人类的生存空间，构成及其复杂的电磁环境，谱的电磁信息充满整个人类的生存空间，构成及其复杂的电磁环境，出现了出现了电磁干扰和电磁污染电磁干扰和电磁污染。使电子系统受到严峻的挑战，人类生。使电子系统受到严峻的挑战，人类生存

10、受到威胁。人们面临的一个新问题就是存受到威胁。人们面临的一个新问题就是如何提高电子系统在复杂如何提高电子系统在复杂电磁环境下正常运行的能力，如何改善人类的生存环境电磁环境下正常运行的能力，如何改善人类的生存环境。在这样的背景下提出了电磁兼容的概念，逐步形成了一门新学在这样的背景下提出了电磁兼容的概念，逐步形成了一门新学科科电磁兼容性（电磁兼容性（Electromagnetic CompatibilityElectromagnetic Compatibility，简写为，简写为EMCEMC）。电子系统的电磁兼容性的分析、计算、试验都要用到大量的电磁场）。电子系统的电磁兼容性的分析、计算、试验都要用到大量的电磁场理论知识，应用到电路的基础知识，甚至生物医学知识。可以说，电磁理论知识，应用到电路的基础知识，甚至生物医学知识。可以说，电磁兼容学科是电磁场学科和其它相关学科相结合而形成的新学科。兼容学科是电磁场学科和其它相关学科相结合而形成的新学科。鲁东大学本讲稿第十四页，共十五页生物电磁学也是与电磁场相关联的一门新学科，它研究电磁场生物电磁学也是与电磁场相关联的一门新学科，它研究电磁场与生物系统的相互作用、相互影响的关系，电磁场与电磁波无疑是其与生物系统的相互作用、相互影响的关系，电磁场与电磁波无疑是其讨论的理论依据。讨论的理论依据。n 生物电磁学鲁东大学本讲稿第十五页，共十五页