电磁场与电磁波论文
电磁场论文
电 磁 场 论 文 电子072202H 王焱 200722070223
高新技术与电磁场理论 摘要本文就最近发展的高新技术中有关电磁场和电磁波问题展开探讨,并在此基础上对当前高新技术的发展与电磁场理论的关系进行了较全面的概括,同时提出了作者的个人看法。电磁场理论是电工学和电子学的一门十分重要的基础课程。无论是电机、电器、高压输电、测量仪表以及一切无线电工程系统,例如,通信、广播、雷达、导航等的无线收发、讯号传输、电波传播等等,大到宇宙空间的星体辐射,小到集成电路的布线位置都牵涉到电磁场理论的问题,这一点大家都已很清楚了。这里我准备就最近发展的高新技术中有关电磁场和电磁波的问题谈谈自己的一点认识。 1.电子学方面的高新技术在1991年的海湾战争中得到了最集中和最充分的表演。 在这场战争中号称世界第四大军事强国的伊拉克在以美国为首的多国部队的电子战的打击下,一开始整个电子指挥系统,包括通信,武器装备,重要设防等就遭到严重的干扰和破坏,呈现瘫痪挨打的被动局面。因此只打了42天战争就损失兵员30万,财产1000～2000亿美元,最后不得不答应无条件投降。相反,多国部队在这场投下炸弹为当年在日本投下的原子弹几十倍的激烈战争中,在80万兵员中只死亡149人。这一奇迹,充分显示出电子战的重大威力。因而有人称海湾战争是一场“频谱战争”,是“电子战争”,是“信息战争”。这场电子战的主要手段包括电子侦察与精确定位(包括全球定位系统(ＧＰＳ)和辐射源定位),电子干扰、精密制导、隐身飞机、Ｃ3Ｉ系统等等。这些高新技术都牵涉到电波与天线的问题。与过去不同的是地空一体化,把遥远分开的作战分部统一指挥控制,统一协调起来。对武器的性能指标要求精密度更高,响应时间更短,抗干扰的能力更强。因此对自适应天线,相控阵天线、毫米波天线、微带天线、卫星通信、移动通信等等提出了更高的要求。而这些研究课题的基础离不开电磁场理论。 2.隐身技术是目前国防军事的热门话题。 在海湾战争中美军使用Ｆ-117Ａ隐身飞机成功地突破伊拉克的空防线完成了许多危险性最大的战略性攻击任务,占攻击目标的40%,命中率高达85%。参战的44架Ｆ117Ａ型隐身飞机共出动1300次,飞行6900小时,没有一架被击落,可见其隐身的有效性。飞机在鼻锥方向对微波雷达的ＲＣＳ只有0 .0 2 5ｍ2 ,为常规战斗机的1 / 2 0 0。隐身技术的很重要一个方面的内容是电磁波的散射问题。电磁波投射到飞行目标上将发生散射。散射回来的电磁波究竟有多大场强,怎样减少回波的强度以达到隐身的目的,这些问题引起了广大从事电磁场研究工作人员的关注。因此目前大量的研究工作集中在如何计算电磁波投射到各种不同材料组成的各种形状物体的散射场上。根据最近报导,用碳化硅烧结出来的陶瓷,能有效地吸收频率从1 0ＭＨｚ到10 . 2Ｇｚ的电磁波,吸收率达到99. 2 %。电磁散射的研究不只是为了隐身的目的,对地下资源和地层结构的勘探,对目标识别,对天线辐射,对电磁兼容等都有非常重要的意义。逆散射是由已知散射场的分布反过来确定波源和散射体的位置形状和组成。目标识别形状重建和微波成像都是逆散理论的具体应用。 3.核爆炸产生强大的电磁脉冲,这种冲击波将摧毁在其周围的电子仪器的正常工作。 研究这种瞬时暴发的冲击波的传播规律、作用距离、场强大小和散射特性等无疑会对保护人身安全,保护仪器设备,采用屏蔽措施等等起到重要的指导作用。这种具有强大摧毁力的脉冲现在又被试图用作战争中的杀伤武器,即所谓高功率微波弹,其单个输出脉冲峰值功率可到15ＧＷ。如果辐射的能量密度达到3～13ｍＷ/ｃｍ2 ,就可使人产生神经紊乱,心力衰竭并致盲。而对于电子仪器只要有0 . 01～1μＷ/ｃｍ2 的能量密度,仪器就不能正常运转。此外,人们发现,利用冲击脉冲的宽广频谱,可以从散射波形中提取大量的信息,从而可以识别目标。大功率的脉冲源可以利用光导开关和集成阵列达到空间合成的一致性要求。小功率的冲击波雷达,由于设备简单,成本低,已在诸如地下探测,汽车防撞和机场管制等方面
电磁场与电磁波理论 概念归纳
A．电磁场理论B基本概念 1．什么是等值面？什么是矢量线？ 等值面——所有具有相同数值的点组成的面 ★空间中所有的点均有等值面通过； ★所有的等值面均互不相交； ★同一个常数值可以有多个互不相交的等值面。 矢量线（通量线）---- 一系列有方向的曲线。 线上每一点的切线方向代表该点矢量场方向， 而横向的矢量线密度代表该点矢量场大小。 例如，电场中的电力线、磁场中的磁力线。 2．什么是右手法则或右手螺旋法则？本课程中的应用有哪些？（图） 右手定则是指当食指指向矢量A的方向，中指指向矢量B的方向，则大拇指的指向就是矢量积C=A*B的方向。 右手法则又叫右手螺旋法则，即矢量积C=A*B的方向就是在右手螺旋从矢量A转到矢量B的前进方向。 本课程中的应用： ★无限长直的恒定线电流的方向与其所产生的磁场的方向。 ★平面电磁波的电场方向、磁场方向和传播方向。 3．什么是电偶极子？电偶极矩矢量是如何定义的？电偶极子的电磁场分布是怎样的？ 电偶极子——电介质中的分子在电场的作用下所形成的一对等值异号的点电荷。 电偶极矩矢量——大小等于点电荷的电量和间距的乘积，方向由负电荷指向正电荷。
4.麦克斯韦积分和微分方程组的瞬时形式和复数形式； 积分形式： 微分方式： （1）安培环路定律 （2）电磁感应定律 （3）磁通连续性定律 （4）高斯定律 5.结构方程
6.什么是电磁场边界条件？它们是如何得到的？（图） 边界条件——由麦克斯韦方程组的积分形式出发，得到的到场量在不同媒质交界面上应满足的关系式（近似式）。 边界条件是在无限大平面的情况得到的，但是它们适用于曲率半径足够大的光滑曲面。 7.不同媒质分界面上以及理想导体表面上电磁场边界条件及其物理意义； （1）导电媒质分界面的边界条件 ★ 导电媒质分界面上不存在传导面电流，但可以有面电荷。 在不同媒质分界面上，电场强度的切向分量、磁场强度的切向分量和磁感应强度的法向分量永远是连续的 （2）理想导体表面的边界条件 ★ 理想导体内部，时变电磁场处处为零。导体表面可以存在时变的面电流和面电荷。
电磁波的应用 电磁场与电磁波研究型学习论文
电磁波的应用 摘要： 本文从电磁波频段使用的角度介绍了电磁波在生活中的应用，包括通讯方面的应用、医疗保健方面的应用、家用电器方面的应用，信息化战争的应用。 This paper introduces the electromagnetic wave from the Angle of the electromagnetic spectrum used in the application of life, including communications applications, the application of health care, home appliance applications, the application of information war. 引言 随着信息技术的飞速发展，电磁场与电磁波理论在通信,广播，电视，导航遥感遥测等方面有着越来越多的应用。要想在电磁场与电磁波的应用上有所作为，首先我们需要了解电磁波的基本概念，了解它目前现有的应用，再对电磁波应用在其他领域进行可行的预测。 正文 1电磁波的简要介绍： 电磁波，又称电磁辐射。是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式传递能量和动量，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。电磁辐射的载体为光子，不需要依靠介质传播，在真空中的传播速度为光速。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。因此，人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。尽管如此，只有处于可见光频域以内的电磁波，才可以被人们肉眼看到。电磁波主要用以下参数描述：（1）周期T——相邻两个波峰或波谷通过某一固定点所需要的时间间隔，单位为s（秒).(2)频率f——单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷数目，即单位时间内电磁波振动的次数。f=1/T=w/2π（Hz)。（3）波长——波是由很多前后相继的波峰和波谷所组成，两个相邻的波峰或波谷之间的距离称为波长。频率与波长成反比： 其中，是波速（在真空里是光速；在其它介质里，小于光速），是频率，是波长。（4）波数k——表示在波的传播方向上单位距离滞后的相位，也称作相移常数。k=2π/λ（rad/m)。（5）光电子能量E——电磁辐射拥有像粒子的性质。电磁辐射是由离散能量的波包形成的，这波包又称为量子，或光子。光子的能量与电磁辐射的频率成正比。由于光子可以被带电粒子吸收或发射，光子承担了一个重要的角色：能量的传输者。根据普朗克关系式，光子的能量是 ；其中，是能量，是普朗克常数，是频率。电磁辐射可按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。按照在空间固定的场点，电场矢量末端随时间变化的轨迹不同，电磁波的极化可分为直线极化，圆极化和椭圆极化三种状态。 2 电磁波的应用
电磁场与电磁波理论基础自学指导书
电磁场与电磁波理论基础自学指导书 课程简介：电磁场理论是通信技术的理论基础，是通信专业本科学生必须具备的知识结构的重要组成部分之一。使学生掌握电磁场的有关定理、定律、麦克斯韦方程等的物理意义及数学表达式。使学生熟悉一些重要的电磁场问题的数学模型（如波动方程、拉氏方程等）的建立过程以及分析方法。培养学生正确的思维方法和分析问题的能力，使学生对"场"与"路"这两种既密切相关又相距甚远的理论有深刻的认识，并学会用"场"的观点去观察、分析和计算一些简单、典型的场的问题。为以后的学习和工作打下坚实的理论基础。 第一章矢量分析场论初步 1主要内容 本章从矢量分析入手，介绍了标量场和矢量场的基本概念，学习了矢量的通量、散度以及散度定理，矢量的环流、旋度以及斯托克斯定理，标量的梯度，以及上述的物理量在圆柱和球坐标系下的表达形式，最后介绍了亥姆霍兹定理，该定理说明了研究一个矢量场从它的散度和旋度两方面入手。通过本章的学习，使学生掌握场矢量的散度、旋度和标量的梯度的概念和数学计算为以后的电磁场分析打下基础。 2学习要求 深刻理解标量场和矢量场的概念；深刻理解散度、旋度和梯度的概念、物理意义及相关定理； 熟练使用直角坐标、圆柱坐标和球坐标进行矢量的微积分运算； 了解亥姆霍兹定理的内容。 3重点及难点 重点：在直角坐标、圆柱坐标和球坐标中计算矢量场的散度和旋度、标量场的梯度以及矢量的线积分、面积分和体积分。 难点：正确理解和掌握散度、旋度和梯度的概念及定理，可以借助流体的流量和涡旋等自然界中比较具体而形象的相似问题来理解。 4思考题合作业 1.4, 1.8, 1.9, 1.11, 1.14, 1.16, 1.24 第二章静电场 1主要内容 本章我们从点电荷的库仑定律发，推导出静电场的基本方程（微分表达及积分表达），该基本方程第一组与静电场的散度和通量有关（高斯定律），第二组有关静电场的环量和旋度，推导的过程运用了叠加原理。由静电场的基本方程中的环量和旋度的基本方程，我们引入了电位的概念，并给出了电场强度与电位之间的关系以及电位的计算公式。运用静电场的基本方程及电位可以解决静电场中的场源互求问题（已知源求场或已知场求源）。然后介绍了电偶极子的概念，推导了电偶极子的电场强度与电位的表达式。接着介绍了介质的极化，被极化的分子可等效为电偶极子，所以介质极化产生的电位就可以借用电偶极子的相关结论。由极化介质的电位公式我们推导了介质中的高斯定律，在该定律中引入了一个新的量—
电磁场与电磁波基础知识总结
第一章 一、矢量代数 A ?B =AB cos θ A B ?= AB e AB sin θ A ?(B ?C ) = B ?(C ?A ) = C ?(A ?B ) ()()()C A C C A B C B A ?-?=?? 二、三种正交坐标系 1. 直角坐标系 矢量线元x y z =++l e e e d x y z 矢量面元=++S e e e x y z d dxdy dzdx dxdy 体积元d V = dx dy dz 单位矢量的关系?=e e e x y z ?=e e e y z x ?=e e e z x y 2. 圆柱形坐标系 矢量线元=++l e e e z d d d dz ρ?ρρ?l 矢量面元=+e e z dS d dz d d ρρ?ρρ? 体积元dz d d dV ?ρρ= 单位矢量的关系?=??=e e e e e =e e e e z z z ρ??ρ ρ? 3. 球坐标系 矢量线元d l = e r d r + e θ r d θ + e ? r sin θ d ? 矢量面元d S = e r r 2sin θ d θ d ? 体积元 ?θθd d r r dV sin 2= 单位矢量的关系?=??=e e e e e =e e e e r r r θ? θ??θ 三、矢量场的散度和旋度 1. 通量与散度 =?? A S S d Φ 0 lim ?→?=??=??A S A A S v d div v 2. 环流量与旋度 =??A l l d Γ max n rot =lim ?→???A l A e l S d S 3. 计算公式 ????= ++????A y x z A A A x y z 11()z A A A z ?ρρρρρ?????= ++????A 22111()(s i n )s i n s i n ????= ++????A r A r A A r r r r ? θ θθθθ? x y z ? ????= ???e e e A x y z x y z A A A 1z z z A A A ρ?ρ?ρρ?ρ? ?? ??= ???e e e A
电磁场与电磁波论文
电磁场与电磁波论文 院系：电子信息学院 班级：电气11003班 学号：201005792 序号：33 姓名：张友强
电磁场与电磁波的应用 摘要： 磁是人类生存的要素之一。地球本身就是一个磁场，由于地球自身运动导致的两极缩短、赤道拉长、冰川融化、海平面上升等原因，地球的磁场强度正逐渐衰减。外加高楼林立、高压电网增多，人为地对地球磁力线造成干扰和破坏。所以，现在地球的磁场强度只有500年前的50％了，许多人出现种种缺磁症状。科学家研究证实，远离地球的宇航员在太空中所患的“太空综合症’’就是因缺磁而造成的。由此可见磁对于生命的重要性。磁场疗法，又称“磁疗法”、“磁穴疗法”，是让磁场作用于人体一定部位或穴位，使磁力线透人人体组织深处，以治疗疾病的一种方法。磁疗的作用机制是加速细胞的复活更新，增强血细胞的生命力，净化血液，改善微循环，纠正内分泌的失调和紊乱，调节肌体生理功能的阴阳平衡。 关键词：磁疗、电磁生物体、生物磁场、磁疗保健 电磁场与电磁波简介： 电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，电流会产生磁场，变动的磁场则会产生电流。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。电磁场与电磁波在实际生产、生活、医学、军事等领域有着广泛的应用，具有不可替代的作用。如果没有发现电磁波，现在的社会生活将是无法想象的。生物电磁学是研究非电离辐射电磁波（场）与生物系统不同层次相互作用规律及其应用的边缘学科，主要涉及电磁场与微波技术和生物学。其意义在开发电磁能在医学、生物学方面的应用以及对电磁环境进行评价和防护。。生物电磁学与工程电磁场与微波技术的不同主要体现在：1、后者的作用对象是具有个体差异的生命物质；2、后者的作用对象是根据人为需要而选取并加工的电磁媒质或单元而前者的作用要让测量系统服从于作用对象。生物电磁学的研究内容主要设计五个方面：1、电磁场（波）的生物学效应，研究在电磁场（波）作用下生物系统产生了什么；2、生物学效应机理，研究在电磁场（波）作用下为什么会产生什么；3、生物电磁剂量学，研究在什么条件下会产生什么；4、生物组织的电磁特性，研究在电磁场（波）作用下产生什么的生物学本质；5、生物学效应的作用，研究产生的效应做什么和如何做。 正文： （一）在生产、生活上的应用 静电场的最常见的一个应用就是带电粒子的偏转，这样象控制电子或是质子的轨迹。很多装置，例如阴极射线示波器，回旋加速器，喷墨打印机以及速度选择器等都是基于这一原理的。阴极射线示波器中电子束的电量是恒定的，而喷墨打印机中微粒子的电量却随着打印的字符而变化。在所有的例子中带电粒子偏转都是通过两个平行板之间的电位差来实的。 1.磁悬浮列车 列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被
[笔记]电磁场与电磁波考题整理
[笔记]电磁场与电磁波考题整理 1、在给定尺寸的矩形波导中，传输模式的阶数越高，相应的截止频率 ( A )A、越高 B、越低 C、与阶数无关 2、假定磁荷不存在的情况下，稳恒电流磁场是( D ) A、无源无旋场 B、有源无旋场 C、有源有旋场 D、无源有旋场 3、时变电磁场中，在理想导体表面，( B ) A、电场与磁场的方向都垂直于表面 B、电场的方向垂直于表面，磁场的方向都平行于表面 0 C、电场的方向平行于表面，磁场的方向垂直于表面在两个夹角为60的接地导体 D、电场与磁场的方向都平行于表面 TE(,,,,,,,,)10x004、在传输模的矩形空波导观众，当填充电介质后，设工作频率不 ZTE,变，其波阻抗将( B ) A、变大 B、变小 C、不变 ,,3,,1rr5、一圆极化电磁波从媒质参数为的介质入射到空气中，要使电场的平行极化分量不产生反射，入射角应为( B ) ,,,,15304560A、 B、 C、 D、 ,,,,,jkzE,(2e,3e)Ee0xy6、已知均匀平面电磁波的电场强度矢量为，由此可知，该平面电磁波是( C ) A. 沿Z轴正方向传播的左旋椭圆极化波 B. 沿Z轴负方向传播的右旋圆极化波 C. 沿Z轴正方向传播的线极化波 D. 沿Z轴负方向传播的线极化波
vvv--j-2jkzp/27、已知均匀平面电磁波电场复振幅分量为，由此可知， Ee5ee10e=+ 2()xy 该平面电磁波是 ( 貌似题目有误 ) A. 沿Z轴正方向传播的右旋椭圆极化波 B. 沿Z轴负方向传播的左旋圆极化波 C. 沿Z轴正方向传播的线极化波 D. 沿Z轴负方向传播的线极化波 8、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是( C ) A. 恒定的电场周围产生恒定的磁场 B. 恒定的磁场周围产生恒定的电场 C. 变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电 9、谐变电磁场所满足的麦克斯韦方程组中，能反映“变化的电场产生磁场”和“变化的磁场产生电场”这一物理思想的两个方程是 ( B ) ,,,,,,,,,,H,0,,,E,(A) (B),，H,J，j,,E,,，E,,j,,H, ,,,,,,,，H,0,,，E,(C)(D) ,，H,J,,，E,0, ,,dq,JdS,,,0,sdt,,J,01、写出电流连续方程在电流恒定时，积分形式:;微分形式:. ,,,B,,，E,,,,D,,0,t2、麦克斯韦方程组中的和表明:不仅___自由电荷__要产生电场，而且__变化的磁场____也要产生电场。 3、已知电场中一闭合面上的电通量密度，(电位移)D的通量不等于零，则意味着该面内一定存在自由电荷。(?) 4、坡印廷矢量等于电通密度矢量和磁通密度矢量的点积。(×) 5、波导管的高通滤波特性是指一定的波导管只能让频率__大于____某一特定值的电磁波通过，该特定频率成为___截止频率____。
电磁场与微波技术
电磁场与微波技术 080904 （一级学科：电子科学与技术） 本学科是电子科学与技术一级学科下属的二级学科，是1990年由国务院学位办批准的博士学位授予点，同时承担接收博士后研究人员的任务，2003年被批准为国防科工委委级重点学科点。本学科专业内容涉及电磁场理论、微波毫米波技术及其应用，主要领域包括电磁波的产生、传播、辐射、散射的理论和技术，微波和毫米波电路系统的理论、分析、仿真、设计及应用，以及环境电磁学、光电子学、电磁兼容等交叉学科内容。多年来在多种军事和国民经济应用的推动下，本学科在天线理论与技术、电磁散射与逆散射、电磁隐身技术、微波毫米波理论与技术、光电子技术、电磁兼容、计算电磁学与电磁仿真技术、微波毫米波系统工程与集成应用等方面的研究形成了鲜明的特色，取得了显著成果。其主要研究方向有： 1.计算电磁学及其应用：设计、研究、开发高精度、高效率电磁计算算法；研究高效精确电磁计算算法在目标特性、微波成像及遥感、电磁环境预测、天线分析和设计等方面的应用。 2.微波/毫米波电路设计理论与技术：研究有源元器件与电路模型、与微电子、微机械工艺相关的材料器件等模型的建立及参数提取；研究低相噪频率源技术，微波/毫米波单片集成电路设计，基于微机械（MEMS）的微波/毫米波开关、移相器和滤波器设计。 3.电磁波与物质的相互作用：研究电磁散射和逆散射算法，军事装备目标特性测试技术，隐身目标测试技术，目标散射中心三维成像技术；研究轻质、宽频、自适应智能隐身材料。 4.微波/毫米波系统理论与集成应用技术：设计、研究、开发特殊环境下的微波/毫米波系统；研究微波/毫米波测试技术；研究天线设计理论与技术。 一、培养目标 掌握坚实的电磁场与微波技术以及相应学科的基础理论，具有系统的专门知识，熟练应用计算机，掌握相应的实验技术，掌握一门外国语，学风端正，具备独立从事科学研究工作和独立担负专门技术工作的能力，能胜任科研、生产单位和高等院校的研究、开发、教学或管理等工作。 二、课程设置
电磁场和电磁波的应用
本科生学年论文（课程设计）题目：电磁场与电磁波的应用 学院物理科学与技术学院 学科门类理学 专业应用物理 学号2012437019 姓名郭天凯 指导教师闫正 2015年11月18日
电磁场与电磁波的应用 摘要 随着社会的不断进步与发展，科学技术的不断改革创新，电磁场与电磁波已经应用于社会生活的方方面面，受到了越来越多人的高度重视和关注。电子通信产品的随处可见，手机通信，微波通讯以及无线电视等；电磁波极化在雷达信号滤波、检测、增强、抗干扰和目标鉴别/识别等方面的应用；电磁场在金属材料加工、合成与制备中的应用；电磁波随钻遥测技术在钻井中的应用；电磁场的生物效应在电磁治疗方面的应用等都离不开电磁成与电磁波。本文将进一步对电磁场与电磁波在通讯、科技开发、工业生产、生物科学、材料科学等方面的应用展开分析和探讨。 关键词：电磁场；电磁波；极化；电子通信技术；电磁波的应用
目录 1 电磁场与电磁波的概况 (1) 2 电磁场与电磁波在通讯方面的应用 (2) 2.1 在无线电广播中的应用 (2) 2.2 在电视广播中的应用 (2) 2.3 在移动通信中的应用 (2) 2.4 在卫星通信中的应用 (2) 3 电磁波极化的应用 (3) 3.1 利用极化实现最佳发射和接收 (3) 3.2 利用极化技术提高通信容量 (3) 3.3 极化在雷达目标识别、检测和成像中的应用 (3) 3.4 极化在抗干扰中的应用 (4) 4 电磁波随钻遥测技术在钻井中的应用 (5) 4.1 采用数据融合技术，优化产品性能，提高传输深度 (5) 4.2 采用广播芯片技术，提高信息传输能力 (5) 5 在生物医学中的应用 (6) 5.1 电磁场的生物效应及其发展 (6) 5.2 电磁场作用的机理 (6) 6 电磁场在材料科学中的应用 (7) 7 结束语 (7) 参考文献 (8)
电磁场与微波技术
论文题目：无形科学-电磁场与微波 技术 姓名：陈超 专业：电子科学与技术 指导教师：葛幸 申报日期：2012.10.23
摘要 电子和信息领域内所有重大技术进展几乎都离不开电磁场与微波技术的突破。在通信、雷达、激光和光纤、遥感、卫星、微电子、高能技术、生物和医疗等高新技术领域中，电磁场与微波技术都起着关键的作用，它的应用领域蕴含在国民经济、国防建设和人民生活的各个方面。同时，电磁场和微波技术也随着当代物理、数学、技术学科的不断进步而得到日新月异的发展。 关键字：电磁场，微波技术，应用
无形的科学—— 电磁场与微波技术 目录 1.前言 (2) 2.研究方向 (2) 3.基本理论与分析方法 (3) 3.1 电磁场理论 (3) 3.1.1矢量分析 (3) 3.1.2静电场 (3) 3.1.3恒定电场 (4) 3.1.4静磁场 (4) 3.1.5时变电磁场 (5) 3.2 微波技术理论 (7) 3.2.1传输线理论 (7) 3.2.2集成传输系统 (9) 3.2.3微波谐凯腔 (9) 3.2.4微波网络基础 (9) 3.2.5微波无源元件 (11) 4.发展前景 (12)
1. 前言 电子和信息领域内所有重大技术进展几乎都离不开电磁场与微波技术的突破。在通信、雷达、激光和光纤、遥感、卫星、微电子、高能技术、生物和医疗等高新技术领域中，电磁场与微波技术都起着关键的作用，它的应用领域蕴含在国民经济、国防建设和人民生活的各个方面。同时，电磁场和微波技术也随着当代物理、数学、技术学科的不断进步而得到日新月异的发展。 2. 研究方向 1.计算电磁学及其应用：设计、研究、开发高精度、高效率电磁计算算法；研究高效精确电磁计算算法在目标特性、微波成像及遥感、电磁环境预测、天线分析和设计等方面的应用。 2.微波/毫米波电路设计理论与技术：研究有源元器件与电路模型、与微电子、微机械工艺相关的材料器件等模型的建立及参数提取；研究低相噪频率源技术，微波/毫米波单片集成电路设计，基于微机械（MEMS）的微波/毫米波开关、移相器和滤波器设计。 3.电磁波与物质的相互作用：研究电磁散射和逆散射算法，军事装备目标特性测试技术，隐身目标测试技术，目标散射中心三维成像技术；研究轻质、宽频、自适应智能隐身材料。 4.微波/毫米波系统理论与集成应用技术：设计、研究、开发特殊环境下的微波/毫米波系统；研究微波/毫米波测试技术；研究天线设计理论与技术。
哈工大电磁场与电磁波课程总结
电磁场与电磁波课程总结 时代背景 麦克斯韦方程组是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。它由四个方程组成：描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。麦克斯韦方程组在电磁学中的地位，如同牛顿运动定律在力学中的地位一样。它揭示出电磁相互作用的完美统一，而这个理论被广泛地应用到技术领域。 1831年，法拉第发现了电磁感应现象，揭示了电与磁之间的重要联系，为电磁场完整方程组的建立打下了基础。截止到1845年，关于电磁现象的三个最基本的实验定律：库仑定律（1785年），安培-毕奥-萨伐尔定律（1820年），法拉第定律（1831-1845年）已被总结出来，法拉第的“电力线”和“磁力线”概念已发展成“电磁场概念”。场是一种看不见摸不着而又确实存在的东西，它可以用来描述空间中的物体分布情况，进而用空间函数来表征。“场”概念的提出，使得人们从牛顿力学的束缚中摆脱出来，从而对微观以及高速状态等人类无法用肉眼观测的世界，有了更加深入的认识。1864年，麦克斯韦集以往电磁学研究之大成，创立了电磁场的完整方程组。1868年，麦克斯韦发表了《关于光的电磁理论》这篇短小而重要的论文，明确地将光概括到电磁理论中，创立了“光的电磁波学说”。这样，原来相互独立发展的电、磁和光就被巧妙地统一在电磁场这一优美而严整的理论体系中，实现了物理学的又一次大综合。 德国物理学家赫兹深入研究了麦克斯韦电磁场理论，决定用实验来验证它。通过多年的实验探索，于1886年首先发现了“电磁共振”现象，紧接着在1888年发表了《论动电效应的传播速度》一文，以确凿的实验事实证实了麦克斯韦关于电磁波的预言和光的电磁理论的正确性，到此，麦克斯
电磁场与电磁波理论(第二版)(徐立勤,曹伟)第2章习题解答
第2章习题解答 2.2已知半径为a 、长为l 的圆柱体内分布着轴对称的体电荷，已知其电荷密度()0V a ρρρρ =， ()0a ρ≤≤。试求总电量Q 。 解：2π20000 2d d d d π3 l a V V Q V z la a ρρ ρρρ?ρ= ==? ? ?? 2.3 半径为0R 的球面上均匀分布着电荷，总电量为Q 。当球以角速度ω绕某一直径(z 轴)旋转时，试求 其表面上的面电流密度。 解：面电荷密度为 2 04πS Q R ρ= 面电流密度为 002 00 sin sin sin 4π4πS S S Q Q J v R R R R ωθ ρρωθωθ=?== = 2.4 均匀密绕的螺旋管可等效为圆柱形面电流0S S J e J ?=。已知导线的直径为d ，导线中的电流为0I ，试 求0S J 。 解：每根导线的体电流密度为 00 22 4π(/2)πI I J d d = = 由于导线是均匀密绕，则根据定义面电流密度为 04πS I J Jd d == 因此，等效面电流密度为 04πS I J e d ?= 2.6 两个带电量分别为0q 和02q 的点电荷相距为d ，另有一带电量为0q 的点电荷位于其间。为使中间的 点电荷处于平衡状态，试求其位置。当中间的点电荷带电量为-0q 时，结果又如何？ 解：设实验电荷0q 离02q 为x ，那么离0q 为x d -。由库仑定律，实验电荷受02q 的排斥力为 12 214πq F x ε= 实验电荷受0q 的排斥力为 022 1 4π()q F d x ε= - 要使实验电荷保持平衡，即21F F =，那么由0022 211 4π4π() q q x d x εε=-，可以解得 d d x 585.01 22=+= 如果实验电荷为0q -，那么平衡位置仍然为d d x 585.01 22=+=。只是这时实验电荷与0q 和02q 不 是排斥力，而是吸引力。 2.7 边长为a 的正方形的三个顶点上各放置带电量为0q 的点电荷，试求第四个顶点上的电场强度E 。 解：设点电荷的位置分别为()00,0,0q ，()0,0,0q a 和()00,,0q a ，由库仑定律可得点(),,0P a a 处的电 场为 ( ) ( 00 2 22 00001114π4π4π221x y y x x y q q q E e e e e a a q e e εεε? =+++ ?+=+
电磁场与电磁波-知识点总结
已经将文本间距加为 24磅 第18章:电磁场与电磁波 、知识网络 LC 回路中电磁振荡过程中电荷、电场。 电路电流与磁场的变化规律、电场能与磁场能相互变化。 分类：阻尼振动和无阻尼振动。 ＜振荡周期：T 2 JLC 。改变L 或C 就可以改变T 。 、重、难点知识归纳 1 ?振荡电流和振荡电路 (1) 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫振荡电流。能够产生振荡电流的电路 叫振荡电路。自由感线圈和电容器组成的电路， 是一种简单的振荡电路， 简称LC 回路。 在振荡电路里产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流以及跟电 荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性变化的现象叫电磁振荡。 (2) LC 电路的振荡过程：在LC 电路中会产生振荡电流，电容器放电和充电，电路中的 电流强度从小变大，再从大变小，振荡电流的变化符合正弦规律.当电容器上的带电量 变小时，电路中的电流变大，当电容器上带电量变大时，电路中的电流变小 ⑶LC 电路中能量的转化 ： a 电磁振荡的过程是能量转化和守恒的过程?电流变大时，电场能转化为磁场能, 麦克斯 韦电磁 场理论 ｛变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 特点：为横波，在真空中的速度为 3.0 x 108m/s r 目的：传递信息 发射J 调制：调幅和调频 发射电路：振荡器、调制器和开放电路。 电磁波遇到导体会在导体中激起同频率感应电流 电谐振 从接收到的电磁波中“检”出需要的信号。 原理 选台 检波 I 接收电路：接收天线、调谐电路和检波电路 应用：电视、雷达。 场与电磁波
电流变小时，磁场能转化为电场能。 b、电容器充电结束时，电容器的极板上的电量最多，电场能最大，磁场能最小；电容器放电结束时，电容器的极板上的电量为零，电场能最小，磁场能最大. c、理想的LC回路中电场能E电和磁场能E磁在转化过程中的总和不变。回路中电流越大时，L中的磁场能越大。极板上电荷量越大时，C中电场能越大(板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大) 。 (4) LC电路的周期公式及其应用LC回路的固有周期和固有频率，与电容器带电量、极板间电压及电路中电流都无关，只取决于线圈的自感系数L及电容器的电容C。 周期的决定式：T 2x, LC 1 频率的决定式：f ——1一 2n'LC 2、电磁场 麦克斯韦电磁理论：变化的磁场能够在周围空间产生电场(这个电场叫感应电场或涡旋场，与由电荷激发的电场不同，它的电场线是闭合的，它在空间的存在与空间有无导体无关)，变化的电场能在周围空间产生磁场。 a、均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场； b、不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场。 c、振荡的(即周期性变化的)磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁 场。 d、变化的电场和变化的磁场总是相互联系着、形成一个不可分离的统一体，称为电磁场。 电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。 3、电磁波： (1)变化的电场和变化的磁场不断地互相转 化，并且由近及远地传播出去。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。 (2)电磁波是横波。E与B的方向彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂直，因此电磁波是横 波。电磁波的传播不需要靠别的物质作介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为c=3.0 x 108m/s。振荡电路发射电磁波的过程，同时也是向外辐射能量的过程. (3)电磁波三个特征量的关系：v=入f
射频与微波论文-射频与微波应用与发展综述
射频与微波技术应用与发展综述 班级： 姓名： 学号： 序号： 日期：
摘要： 微波技术是近一个世纪以来最重要的科学技术之一,从雷达到广播电视、无线电通信，再 到微波炉，微波技术对社会发展和人们生活的进步产生着深远的影响。本文介绍了微波技 术的发展以及在各个领域中的应用,并对微波技术未来的发展方向进行了讨论。Abstract： Microwave technology is one of the most important technology in the nearly century, from radar to broadcast TV, radio communication, microwave oven, microwave technology had a profound impact on society development and progress of people's lives .The paper introduced the development of microwave technology and it’s applications in various fields. It also discussed the future direction of microwave technology. 关键词：微波技术，微波电效应，污水处理 Keywords: Microwave technology, microwave electric effect, sewage treatment 微波是指波长在1mm～1000mm、频率在300MHz～300GHz范围之间的电磁波，因为 它的波长与长波、中波与短波相比来说，要“微小”得多，所以它也就得名为“微波”了。微波有着不同于其他波段的重要特点，它自被人类发现以来，就不断地得到发展和应用。 19世纪末，人们已经知道了超高频的许多特性，赫兹用火花振荡得到了微波信号，并对其 进行了研究。但赫兹本人并没有想到将这种电磁波用于通信，他的实验仅证实了麦克斯韦 的一个预言──电磁波的存在。20世纪初期对微波技术的研究又有了一定的进展，1936年4 月美国科学家SouthWorth用直径为12．5cm青铜管将9cm的电磁波传输了260m远，波导 传输实验的成功激励了当时的研究者，因为它证实了麦克斯韦的另一个预言──电磁波可以 在空心的金属管中传输，因此在第二次世界大战中微波技术的应用就成了一个热门的课题。战争的需要，促进了微波技术的发展，而电磁波在波导中传输的成功，又提供了一个有效
电磁场与电磁波论文
电磁场与电磁波 —电能的无线传输 姓名：李明 班级：电科1101班 学号：20113011
引言 电能的传输长期以来主要是由导线直接接触进行传输，随着用电设备对供电品质、可靠性、方便性等要求的不断提高，还有特殊场合、殊地理环境的供电，使得接触式电能传输方式，越来越不能满足实际需要；便携式电子设备和家电对快捷方便地获取电能的需求越来越强烈。因此，无线电能传输越来越受到人们的关注，并被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。 无线电能传输技术最早由著名电气工程师（物理学家）尼古拉·特斯拉提出，就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。按照电能传输原理的不同，无线电能传输分为：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。通过该项技术可以实现以探讨将远程无线功率传输系统做成电子式互感器，研究其在高压测量方面的应用，还可以探讨更远的距离使将来室内电器实现无线化，所有室内电器设备都装有无接触功率传输系统，电气设备通过无接触功率接收装置远距离高效率的接收电能工作，而电能发射装置是可以装在墙壁内或者地板下的，使电气设备摆脱电线插座的束缚。此外，无线输电技术在特殊的场合也具有广阔的应用前景。例如可以给一些难以架设线路或危险的地区供电；可以解决地面太阳能电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题。深入了解其无线传输电能的意义和方向，具有十分积极的意义。 一、电能无线传输技术的简介 1.1电能无线传输的现状 1.1.1电能无线传输的研究现状 一、国外研究现状 国外对无线电能传输技术的研究较早，早在20 世纪70 年代中期就出现了无线电动牙刷，随后发布了几项有关这类设备的美国专利。20世纪90 年代初期，新西兰奥克兰大学对感应耦合功率传输技术（ICPT）进行研究，经过十多年的努力，该技术在理论和实践上已经获得重大突破。研究主要集中在给移动设备，特别是在恶劣环境下工作的设备的供电问题，如电动汽车、起重机、手提充电器、电梯、传送带、运货行车，以及水下、井下设备。其能量等级、距离、效率等指标都在不断提高，目前实用设备己达200kW、数千米的传输距离和85％的以上的传输效率。 二、国内研究现状 国内在无线输电技术方面研究还处于起步阶段，近年来，中科院院士严陆光和西安交通大学的王兆安等人也开始对该新型电能接入技术进行研究。重庆大学自动化学院非接触电能传输技术研发课题组自2001 年便开始了对国内外非接触式电能接入技术相关基础理论与实用技术的密切跟踪和研究，并与国际上在该领域研发工作处于领先水平的新西兰奥克兰大学波依斯教授为首的课题组核心成员Patrick AiguoHu 博士进行了深层次的学术交流与科技合作，在理论和技术成果上有了较大的突破。2007年2月，课题组攻克了非接触感应供电的关键技术难题，建立了完整的理论体系，并研制出了非接触电能传输装置，该装置能够实现600 至1000W 的电能输出，传输效率为70％，并且能够向多个用电设备同时供电，
电磁场与电磁波理论(第二版)(徐立勤,曹伟)第1章习题解答
第1章习题解答 1.4 计算下列标量场u 的梯度u ? ： （1）234u x y z =； （2）u xy yz zx =++； （3）222323u x y z =-+。 解：（1） 34224233234x y z x y z u u u u e e e e xy z e x y z e x y z x y z ????=++=++??? （2）()()()x y z x y z u u u u e e e e y z e x z e y x x y z ????=++=+++++??? （3）646x y z x y z u u u u e e e e x e y e z x y z ????=++=-+??? 1.6 设()22,,1f x y z x y y z =++。试求在点()2,1,3A 处f 的方向导数最大的方向的单位矢量及其方向导 数。方向导数最小值是多少？它在什么方向？ 解： ()2222x y z x y z f f f f e e e e xy e x yz e y x y z ????=++=+++??? 因为410x y z x y z A f f f f e e e e e e x y z ????=++=++??? 所以 ( max 410l x y z f e e e e l ?==++? ( min 410l x y z f e e e e l ?==-++? 1.10 求下列矢量场在给定点的散度值： （1）()x y z A xyz e x e y e z =++ 在()1,3,2M 处； （2）242x y z A e x e xy e z =++ 在()1,1,3M 处； （3）())1222x y z A e x e y e z x y z =++++ 在()1,1,1M 处。 解：（1） 222636y x z M A A A A xyz xyz xyz xyz A x y z ?????=++=++=??=??? （2）42212y x z M A A A A x z A x y z ?????= ++=++??=??? （3）y x z A A A A x y z ?????=++ ??? ( )( )( ) 2222 2222 2222 3 3 3 x y z x x y z y x y z z ++-++-++ -= + + = M A ??=
电磁场与电磁波知识点
电磁场与电磁波知识点 （一） 矢量分析和场论基础 1、理解标量场与矢量场的概念； 场是描述物理量在空间区域的分布和变化规律的函数。 点积 cos A B AB 结果为标量 x x y y z z A e A e A e A ，x x y y z z B e B e B e B ++x x y y z z A B A B A B A B P4 1.2.4 叉积 sin n A B e AB 结果为矢量 x y z x y z x y z e e e A B A A A B B B P4 1.2.5 矢量A 在矢量B 的投影 B A e B B e B 2、理解矢量场的散度和旋度、标量场的梯度的概念，熟练掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法（直角坐标系）。 (,,)u u x y z 梯度：x y z u u u u x y z e e e ， 结果为矢量 P12 1.3.7 物理意义：梯度的方向是标量u 随空间坐标变化最快的方向； 梯度的大小：表示标量u 的空间变化率的最大值。
方向导数： u 沿方向l 的方向导数 P11 x x y y z z l e l e l e l 大小 l 单位矢量 =l x y z l l e e e e l 方向导数 ()l u u e l 通量 S A dS 结果为标量 P16 1.4.5 通量的意义 判断闭合曲面内的通量源 P17 散度：单位空间体积中的通量源，有时也简称为通量密度， x x y y z z A e A e A e A y x z A A A x y z A P19 1.4.8 散度定理（高斯定理）的意义 高斯定理： () () V S dV d A A S ， P19 1.4.12 环流（环量） = C A dl 结果为标量 P20 1.5.1 环量的意义 描述矢量场的漩涡源 P21 旋度：其数值为某点的环流量面密度的最大值，其方向为取得环量密度最大值时面积元的法线方向。 P21 x y z y y x x z z x y z x y z A A A A A A x y z y z z x x y A A A e e e A e e e P23 1.5.7 斯托克斯定理： () () S L d d A S A l P24 1.5.12