电磁场与电磁波绪论
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电磁场与电磁波-绪论
参 考 教 材
1、姚毅.电磁场与电磁波.重庆大学出版社.2003
2、王家礼.电磁场与电磁波.西安电子科技大学出版社.2001
3、钟顺时.电磁场理论基础.西安电子科技大学出版社.2001 4、谢处方.电磁场与电磁波.高等教育出版社.2000 5、冯慈璋.电磁场.高等教育出版社.2002 6、粟毅.探地雷达理论与应用.科学出版社.2005
绪
一、课程的性质和任务
论
1 电磁场：电场和磁场的统一体和总称 。随时间变化
的电场产生磁场 ， 随时间变化的磁场产生电场，两者 互为因果，形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电 粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如 何，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。 电磁场是电磁作用的产物，具有能量和动量，是 物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征及其运动 变化规律由MAXWELL 确定。
三、课程特点
1、理论性强：电磁场与电磁波是在电磁学的基础上, 按归纳法，从一系列实验定律开始，逐步将其一般化， 归纳成有普遍意义的麦克斯韦方程组，进一步讨论时 变电磁场与波的传播。 2、对数学工具要求高：所需的数学知识有高等数学和 工程数学。 3、物理概念多
4、四维物理过程
四、电磁场、电磁波与工程应用
1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现 象并提出电磁感应定律，制造出了世界上第一台发电 机。 麦克斯韦方程奠定了宏观电磁理论的基础，预言 了电磁波的存在。这个预言于1888年被德国物理学家 赫兹的实验结果所证实，从而导致无线电通信的发明， 展现了电磁场与电磁波应用的广阔前景。
电磁波的应用领域：通信、雷达、广播、电视、导航、 遥控遥测和电子对抗。
二、课程内容和教材体系
课程主要介绍经典宏观电磁运动规律,即电磁场理论和电磁 波理论 教材共9章 第1章矢量分析 第3章静电场解法 第2章静电场与恒定电场 第4章恒定磁场
电磁场与电磁波绪论课件
PART 03
电磁场与电磁波的应用
无线通信
无线通信是利用电磁波在空间传输信息的通信方式，包括移动通信、无线局域网、 卫星通信等。
无线通信技术不断发展，从2G到5G，传输速度和可靠性不断提高，覆盖范围也不断 扩大。
无线通信在现代社会中发挥着重要作用，是人们获取信息、交流沟通的主要方式之 一。
雷达探测
详细描述
磁测法使用磁通量探头或磁力计来测量磁场 强度或磁通量密度，通过测量磁力或磁通量 变化来推算电场强度。这种方法在磁场测量 和磁力应用中较为常见，具有较高的灵敏度 和分辨率。
光测法
总结词
光测法是一种通过测量光的干涉、衍射和偏 振等特性来研究电磁场的方法。
详细描述
光测法利用光的干涉、衍射和偏振等特性与 电磁场相互作用的原理，通过测量光的变化 来推算电磁场的分布和性质。这种方法在光 学和光谱学领域中较为常见，具有较高的空
总结词
电磁波的电场矢量方向称为极化方向， 极化是电磁波的一个重要特性。
VS
详细描述
在空间中传播的电磁波，其电场矢量的方 向称为极化方向。由于电场和磁场相互垂 直，因此极化方向与传播方向构成一个平 面。不同的极化方向可以影响电磁波的传 播方式和性质，如折射、反射等。极化是 研究电磁波传播和应用的重要参数之一。
雷达探测是利用电磁波探测目标 并获取其位置、速度、形状等信
息的探测方式。
雷达广泛应用于军事、航空、气 象等领域，对于监测和预警具有
重要意义。
雷达探测技术不断发展，探测精 度和抗干扰能力不断提高，能够
更好地满足各种应用需求。
医学成像
医学成像是指利用电磁波对生 物体进行无损检测和成像的技 术。
医学成像技术包括X射线、超 声、核磁共振等，能够提供人 体内部结构和病变的详细信息 。
电磁场与电磁波(西安电子科技大学PPT)
静电场理论除其本身具有许多实际应用之外，掌握它的处 理方法和结论对后续章节的学习将是有益的。
静电场是指相对于观察者而言静止的电荷所产生的场。
• 人们对静电现象的认识可以追溯到两千多年前，早在公元 前585年，希腊哲学家泰勒斯（Thales）就记载了用木块 摩擦过的琥珀可以吸引细小的物体。
• 对静电场的系统性、科学性的研究则是在1785年法国科学 家库仑（Chavles Augustin Coulomb，1736～1806）发现 了以其名字命名的“库仑定律”。
用来描述电场强弱的物理量是电场强度。我们定义， 位于一点处的单位正电荷所受的力为该处的电场强度。
用 表示，其单位为牛顿/库仑（N/C）。
• 定为义Fq：r在，r 则处该放处置的点电电场荷强q（度实为验：电E荷r） ，Fq 它r所受的力
q
whu@
23
电场强度
• Note1：实验电荷电量应足够小，以使得实验电荷的引入 不致影响原来的电场；
• 2.重点、难点
重点：场的基本概念；梯度、散度和旋度的定义、运算和物理 意义
难点：矢性微分算符、亥姆霍兹定理、矢量公式。
whu@
2
Review
( A) 0
() 0
旋无散 梯无旋
A
ds
AdV
S
V
A
dl
A
ds
L
S
whu@
q3所受的力。
[解]
r
3 2
ey，r1
1 2
ex，r2
1 2
ex
r
r1
3 2
ey
1 2
ex，
r
r1
1
r r2
3 2
ey
电磁场与电磁波
微分算子（）代表的是对场点坐标的偏微分运算，而其运算对 象 JdV ' 仅是源点坐标的函数，因此，有
0 JdV ' JdV ' ( ) 4 R R
( JdV ') 0
dB
0 JdV ' 4 R
14
电磁场与电磁波
dB dA (
第3章 恒定磁场
S V
B 0
恒定磁场的散度处处为零（无散度源，没有所谓“磁荷”的 东西存在），磁感应强度矢量沿任意闭合曲面的通量（磁通 量）为零，可见恒定磁场是个无散场，即磁通连续。 矢量磁位
0
B dS 0
S
1 0 R
恒定磁场散度方程的积分形式
B 0
A 0
电磁场与电磁波
第3章 恒定磁场
0 JdV '
4 R
)
dA
0 JdV ' 矢量磁位 4 R
例： 求带有恒定电流I的无限长直导线外P点(距离导线的垂直距 离为r)的磁感应强度。 [例题3.3] Z
JdV ' JdV ' A 0 V ' R ) V ' 4 R J S dS ' JdV ' Id l ' 0 0 0 A A A 4 s ' R 4 V ' R 4 l ' R 面电流分布 体电流分布 线电流分布 0 Idl eR 0 J S dS eR 0 JdV eR B B B 4 C R 2 4 S R2 4 V R2
0 Id l e R dB 4 R2
sin r ( z z' )2 r 2
0 JdV ' JdV ' ( ) 4 R R
( JdV ') 0
dB
0 JdV ' 4 R
14
电磁场与电磁波
dB dA (
第3章 恒定磁场
S V
B 0
恒定磁场的散度处处为零（无散度源，没有所谓“磁荷”的 东西存在），磁感应强度矢量沿任意闭合曲面的通量（磁通 量）为零，可见恒定磁场是个无散场，即磁通连续。 矢量磁位
0
B dS 0
S
1 0 R
恒定磁场散度方程的积分形式
B 0
A 0
电磁场与电磁波
第3章 恒定磁场
0 JdV '
4 R
)
dA
0 JdV ' 矢量磁位 4 R
例： 求带有恒定电流I的无限长直导线外P点(距离导线的垂直距 离为r)的磁感应强度。 [例题3.3] Z
JdV ' JdV ' A 0 V ' R ) V ' 4 R J S dS ' JdV ' Id l ' 0 0 0 A A A 4 s ' R 4 V ' R 4 l ' R 面电流分布 体电流分布 线电流分布 0 Idl eR 0 J S dS eR 0 JdV eR B B B 4 C R 2 4 S R2 4 V R2
0 Id l e R dB 4 R2
sin r ( z z' )2 r 2
电磁场与电磁波课件绪论课件
电磁波作为探测未知世界的一种重要手段，主要研 究领域为电磁波与目标的相互作用特性、目标特征 的获取与重建、探测新技术等。
电磁场与电磁波课件绪论课件
绪论
时变电流或 加速运动的 电荷向空间 辐射电磁波
研究设计产 生能满足各 种应用要求 的电磁波
作为信息的载体应用 于通信、广播、电视
电
作为探求未知物质世界的
Cellular Subscribers [M]
200 150 100
50
USA
Japan
Germany Italy / UK
India
0 1990
1992
1994 1996 1998 2000
电磁场与电磁波课件绪论课件
2002
2004
绪论
移动通信发展演进
Wide band
Broad band
B3G/4G
（a）是振荡电路，含有两个金属放电杆，每根杆的一端有一 金属球，两球间有一个敞开的空气隙。
（b）是一个检测电磁波的装置 ，不带电池或其它内部电源， 是将一条导线弯成圆形，在导线的两端焊上两个金属小球， 小球间留有小的间隙 。
电磁场与电磁波课件绪论课件
绪论
2、电磁场理论的应用和发展
无线电报 1895年，（意）马可尼成功地进行了2.5公里距离的无
New Radio Interface
IP based Core Network
Wireline xDSL
return channel e.g. cellular
Cellular 2nd gen.
WLAN type IMT-2000
Short Range Connectivity
other entities
电磁场与电磁波课件绪论课件
绪论
时变电流或 加速运动的 电荷向空间 辐射电磁波
研究设计产 生能满足各 种应用要求 的电磁波
作为信息的载体应用 于通信、广播、电视
电
作为探求未知物质世界的
Cellular Subscribers [M]
200 150 100
50
USA
Japan
Germany Italy / UK
India
0 1990
1992
1994 1996 1998 2000
电磁场与电磁波课件绪论课件
2002
2004
绪论
移动通信发展演进
Wide band
Broad band
B3G/4G
（a）是振荡电路，含有两个金属放电杆，每根杆的一端有一 金属球，两球间有一个敞开的空气隙。
（b）是一个检测电磁波的装置 ，不带电池或其它内部电源， 是将一条导线弯成圆形，在导线的两端焊上两个金属小球， 小球间留有小的间隙 。
电磁场与电磁波课件绪论课件
绪论
2、电磁场理论的应用和发展
无线电报 1895年，（意）马可尼成功地进行了2.5公里距离的无
New Radio Interface
IP based Core Network
Wireline xDSL
return channel e.g. cellular
Cellular 2nd gen.
WLAN type IMT-2000
Short Range Connectivity
other entities
电磁场与电磁波理论课件PPT
6-12
《电磁场与电磁波理论》
第6章均匀平面波的传播
1. 沿 轴方向传播的均匀平面波的电磁场
♥ 直接求解横向场的亥姆霍兹方程得到横向场分量的通解◘——待定的复常数◘
——代表向 方向传播的波
◘
——代表向 方向传播的波
6-13
《电磁场与电磁波理论》
第6章均匀平面波的传播
1. 沿 轴方向传播的均匀平面波的电磁场
◘ 电场的极化就是磁场的极化；
◘ 不同的位置处，极化的形式完全相同，只是变化的起始点 不同。
6-29
《电磁场与电磁波理论》
一般情况的椭圆极化波
第6章均匀平面波的传播
平面解析几何中的直线、圆和椭圆 均匀平面波电磁场的极化 椭圆极化的均匀平面波
6-30
《电磁场与电磁波理论》
第6章均匀平面波的传播
第6章均匀平面波的传播
均匀平面波的五个传播参数
（4） 相速 ——等相位面的传播速度，即
（5） 波阻抗
（6.1.47） ——横向电场与横向磁场之比，即
（6.1.33）
真空中
（6.1.34）
6-20
《电磁场与电磁波理论》
第6章均匀平面波的传播
均匀平面波的三个传播特性
（1）均匀平面波是横电磁波（TEM波）——没有传播方向的 分量，只有垂直于传播方向的分量，即
平面解析几何中的直线、圆和椭圆
◘ 过原点的直线的方程
◘ 圆心在原点的圆方程
◘ 圆心在原点主轴与 轴夹角为 的椭圆方程
其中
，而
6-31
《电磁场与电磁波理论》
第6章均匀平面波的传播
均匀平面波的电磁场的极化
——椭圆的参数方程
♥ 均匀平面波的电场的两个分量根据幅度和相位的不同将会 分别满足直线、圆或椭圆方程的。这样一来，电场的顶点 随着时间画出的轨迹必然形成直线、圆、椭圆，其对应的 均匀平面波就分别称为线极化波、圆极化波、椭圆极化波。
电磁场与电磁波绪论和第1章讲解
论
时变电磁场
基
均匀平面波在无界空间中的传播 均匀平面波的反射与透射
础
工
导行电磁波---微波技术
程
电磁辐射------天线原理
应
用
17
参考书
杨儒贵.电磁场与电磁波（中文版&英文版）.高等教育出 版社，2003
杨儒贵.电磁场与电磁波教学指导书.高等教育出版社， 2003
毕德显、林为干院士的电磁场理论更经典。 麻省理工的网络课程
1
Electromagnetic Fields and Electromagnetic Waves
电磁场与电磁波
崔光亮 凝聚态物理研究所
15653972883 cuiguangliang@
2
一、课程的性质和任务
“电磁场与电磁波”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专业基础课，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 构的重要组成部分。
10
该类型微带天线还被用来集 成 PCMCIA 卡 、 无 线 MODEM和LAN。 PCMCIA 卡 尺 寸 形 同 信 用 卡，15•15•1 mm
PCMCIA卡式天线
11
天线在无线网络技术中的应用
无线路由器和无线网卡
台式机专用的PCI接口无 线网卡
笔记本电脑专用的PCMCIA 接Байду номын сангаас网卡
USB无线网卡
传输——导行电磁波（导波理论）
发射和接收——天线（天线理论） 传播——入射、反射、透射、绕射（电波传播）
7
天线
中、短波发射天线
微波接力天线
8
卡塞格伦天线
卡赛格伦天线是从卡赛格 伦光学望 远镜发展起来的一 种微波天线,它由反射面系统 和一个照射器组成， 反射面 系统包括一个旋转抛物面 .这 种天线是把照射器辐射的 球 面波，经副面和主面两次反 射后， 最终以平面波沿天线 轴辐射出去。
电磁场与电磁波课件
电磁场与电磁波理论
A B
D
D
AB
B
ABC D B
C
ABC D
C
A
B A
A
Nanjing
University
of
Information
Science
&
Technology
Az ( B z )
A(B )
Ay ( B y )
O y
O
Ax ( B x )
y
x
x
代学方法：若 两矢量的对应分量相等，则 A B 。 A x = B x , A y = B y , A z = B z ，则 A 例如：在直角坐标系中，若
A、 B
第一章 矢量分析
直角坐标系下矢量表示：A A x e x A y e y A z e z
电磁场与电磁波理论
z
Az A
Байду номын сангаас大小：
A A
eA
Ax A y Az
2 2
2
ez ex Ax
方向（单位矢量）：
A
ey O
A Ay A ex x e y ez z A A A A
电磁场与电磁波理论
标量积
a A B A B co s
矢量积
C A B e n A B sin
e x e y e y e z e z e x 0
e x e x e y e y e z e z 1
R R
大小：