电磁场与电磁波：08第八章电磁波辐射
电磁场与电磁波教案
电磁场与电磁波教案第一章：电磁场的基本概念1.1 电荷与电场介绍电荷的性质和分类解释电场的概念和电场线电场的叠加原理1.2 磁场与磁力介绍磁铁和磁性的概念解释磁场的概念和磁场线磁场的叠加原理和磁力计算1.3 电磁感应介绍法拉第电磁感应定律解释电磁感应现象的应用第二章：电磁波的基本性质2.1 电磁波的产生与传播介绍麦克斯韦方程组解释电磁波的产生和传播过程电磁波的波动方程和相位2.2 电磁波的波动性质介绍电磁波的波长、频率和波速波动方程的解和电磁波的波动性质2.3 电磁波的能量与辐射解释电磁波的能量和辐射机制介绍电磁波的辐射压和光电效应第三章：电磁波的传播与应用3.1 电磁波在自由空间的传播自由空间中电磁波的传播方程电磁波的传播速度和天线原理3.2 电磁波在介质中的传播介绍电磁波在介质中的传播方程介质的折射率和反射、透射现象3.3 电磁波的应用介绍电磁波在通信、雷达和医学等领域的应用第四章：电磁波的辐射与接收4.1 电磁波的辐射介绍电磁波的辐射机制和天线理论电磁波的辐射强度和辐射功率4.2 电磁波的接收介绍电磁波接收原理和接收器设计调制和解调技术在电磁波接收中的应用4.3 电磁波的辐射与接收实验设计实验来观察和测量电磁波的辐射和接收现象第五章：电磁波的传播特性与调控5.1 电磁波的传播特性介绍电磁波的传播损耗和传播距离电磁波的多径传播和散射现象5.2 电磁波的调控技术介绍电磁波的调制技术和幅度、频率和相位的调控方法5.3 电磁波的传播调控应用介绍电磁波在无线通信和雷达系统中的应用和调控技术第六章：电磁波的波动方程与电磁波谱6.1 电磁波的波动方程推导电磁波在均匀介质中的波动方程讨论电磁波的横向和纵向波动特性6.2 电磁波谱介绍电磁波谱的分类和各频段的特征讨论电磁波谱中常见的波段，如射频、微波、红外、可见光、紫外、X射线和γ射线等6.3 电磁波谱的应用分析电磁波谱在不同领域的应用，如通信、医学、材料科学等第七章：电磁波的传播环境与传播效应7.1 电磁波的传播环境分析不同传播环境对电磁波传播的影响，如自由空间、大气层、陆地、海洋等讨论传播环境中的衰减、延迟和散射等效应7.2 电磁波的传播效应介绍电磁波的折射、反射、透射、绕射和干涉等传播效应分析这些效应在实际应用中的影响和应对措施7.3 电磁波的传播环境与效应应用探讨电磁波传播环境与效应在通信、雷达、遥感等领域的应用和解决方案第八章：电磁波的辐射与天线技术8.1 电磁波的辐射原理分析电磁波辐射的物理机制，如开放电极、偶极子、天线阵列等讨论电磁波辐射的方向性和极化特性8.2 天线的基本理论介绍天线的基本参数，如阻抗、辐射效率、增益等分析天线的设计方法和性能优化策略8.3 电磁波的辐射与天线技术应用探讨天线技术在无线通信、广播、雷达等领域的应用和实例第九章：电磁波的接收与信号处理9.1 电磁波的接收原理介绍电磁波接收的基本过程，如放大、滤波、解调等分析接收机的性能指标，如灵敏度、选择性、稳定性等9.2 信号处理技术介绍信号处理的基本方法，如采样、量化、编码、调制等讨论数字信号处理技术在电磁波接收中的应用9.3 电磁波的接收与信号处理应用探讨电磁波接收与信号处理技术在通信、雷达、遥感等领域的应用和实例第十章：电磁波的测量与实验技术10.1 电磁波的测量原理分析电磁波测量的基本方法，如直接测量、间接测量、网络分析等讨论测量仪器和设备的选择与使用10.2 实验技术介绍电磁波实验的基本步骤和方法，如实验设计、数据采集、结果分析等分析实验中可能遇到的问题和解决策略10.3 电磁波的测量与实验技术应用探讨电磁波测量与实验技术在科研、工程、教学等领域的应用和实例重点解析第一章：电磁场的基本概念重点：电荷与电场的性质，电场的概念和电场线，电场的叠加原理。
丁君版工程电磁场与电磁波答案 第八章 电磁波的辐射
6
例 3 电偶极子长10m ，电流振幅1A ，频率为1MHz ，求： 1）在垂直于偶极子轴方向上10m 及100km 处的E 、S 、Sav ；
2）该偶极子的辐射率Prav 。
解：依题意 f
= 106 Hz ，λ
=
c f
=
3 ×108 106
= 300m,
l
= 10m ，I 0
= 1A ，θ
= 90
第八章 电磁波的辐射 8.1 主要内容与重点 本章主要内容：电流元(基本电振子)和磁流元(基本磁振子)的辐射，天线基本参数、对称阵 子天线以及天线阵。 本章重点：电流元和磁流元远区辐射场及其特点；天线基本参数的定义及计算；对称阵子 远区辐射场及期特点，方向图的画法，二元阵乃至多元均匀线阵远区辐射场的推导，方向 图的画法以及利用镜像法分析接地导电平面附近的单元天线或天线阵。 ８.２主要公式（基本公式） ８.２.1 滞后位
(8.27)
故半功率波瓣宽度为
θ 0.5
=
±π 4
2θ 0.5
=
π 2
。
(8.28) (8.29)
（３）天线效率：定义为
ηA =
Pr Pin
=
Pr Pr + Pd
=
Rr Rr + Rd
(8.30)
其中 Pr
=
1 2
I
2 m
Rr
，Pd
=
1 2
Im2 Rd 分别为天线的平均辐射功率和损耗功率，而Rd 为损耗电
在求解辐射问题时，一般都是根据已知的ρ 或 J ，由(8.4)，(8.5)求出ϕ 和A ，再由(8.2)或
(8.3) 求解辐射点磁场。 ８.２.２电偶极子的辐射 （１）偶极子天线的辐射场为
电磁场与电磁波
电磁场与电磁波电磁场和电磁波是物理学中重要的概念，它们对于我们理解和应用电磁现象具有重要意义。
本文将介绍电磁场和电磁波的基本概念，阐述它们之间的关系，以及它们在日常生活和科学研究中的应用。
一、电磁场的概念和特性电磁场是指由电荷或电流产生的空间中的物理场。
电磁场可分为静电场和磁场两种。
静电场是由静止电荷产生的场，其特点是强度随距离的增加而减小，并且与电荷的性质有关。
磁场是由电流或者变化的电场产生的场，其特点是有磁感应强度和磁场线的方向。
电磁场具有几个重要特性。
首先，电磁场是无穷远的，即电荷或电流所产生的电磁场可以传播到无穷远的地方。
其次，电磁场具有向外辐射的特点，就像水波一样，可以向周围传播。
第三，电磁场是叠加的，即不同的电荷或电流所产生的电磁场可以在同一点上叠加，形成合成场。
二、电磁波的概念和特性电磁波是由电磁场的振荡传播产生的波动现象。
电磁波包括了电场和磁场的变化，是以光速传播的横波。
根据波长的不同，电磁波可以分为不同的频段，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和γ射线。
其中，可见光是人眼能够感知的电磁波。
电磁波具有几个重要特性。
首先，电磁波能够传播在真空中，其速度与真空中的光速相等，约为3×10^8米/秒。
其次，不同频段的电磁波具有不同的波长和能量，频率越高，波长越短，能量越大。
第三，电磁波可以被反射、折射、散射和吸收等现象。
这些特性使得电磁波在通信、遥感、医学影像等领域有着广泛的应用。
三、电磁场和电磁波的关系电磁场和电磁波之间存在着密切的关系。
电磁波是电磁场的传播方式，电磁场是电磁波的基础。
在电磁波传播的过程中，电场和磁场相互作用，互相转换，形成电磁波的传播。
同时，电磁波的传播也会产生电场和磁场的变化。
这种相互作用使得电磁场和电磁波具有相似的特性，例如传播速度相同、可以被反射和折射等。
四、电磁场与电磁波的应用电磁场和电磁波在日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
在通信领域，无线电波和微波被用于无线通信和卫星通信，可见光被用于光纤通信和激光通信。
电子行业电磁场与电磁波(知识点)
电子行业电磁场与电磁波（知识点）电子行业是一个广泛且快速发展的行业，众多的电子设备与技术改变了我们的生活。
在电子行业中，电磁场与电磁波是关键的知识点之一。
本文将深入探讨电子行业中关于电磁场与电磁波的相关知识。
一、电磁场的概念及特点电磁场是电磁力的载体，是电荷或电流的存在所致的一种场。
电场与磁场是电磁场的两个基本概念。
电场是由电荷产生的，而磁场则是由电流产生的。
电磁场具有以下特点：1. 电场和磁场互相作用：根据法拉第电磁感应定律，一个变化的磁场可以在相邻的电路中产生电动势。
同样，一个变化的电场可以在相邻的导体中产生感应电流。
这种相互作用是基于电磁场的重要特点之一。
2. 电磁波的传播：根据麦克斯韦方程组，当电场和磁场发生变化时，它们可以相互激发，并以电磁波的形式传播。
电磁波可以在真空中传播，无需介质的支持。
这是无线通信和无线电波传输的基础原理。
3. 电磁波的频率和波长：电磁波具有不同的频率和波长。
频率是指单位时间内波动的次数，通常用赫兹（Hz）表示。
波长是指电磁波的一个周期所对应的长度，通常用米（m）表示。
不同频率和波长的电磁波在电子行业中起到不同的作用。
二、电磁场与电子设备电磁场在电子设备中起到重要的作用，以保证设备的正常运行。
例如，我们常见的手机、电视、电脑等设备都依赖于电磁场的产生和传播。
以下是几个例子：1. 无线通信：手机是电子行业中最具代表性的设备之一。
手机中的通信模块利用电磁波的传播特性，将信号转化为电磁波，通过天线发送出去。
电磁波在空间中传播，并被接收方的设备接收与解码，实现通信。
2. 电子显示器：电视、电脑显示器等设备利用电磁场控制像素的亮度和颜色。
电子显示器中的荧光物质受到电磁场激发后会发出可见光，通过控制电磁场的强度和频率，可以调整屏幕上像素的亮度和颜色。
3. 磁共振成像：磁共振成像（MRI）是一种医学影像技术，通过使用电磁场和无线电波来生成高质量的身体断层影像。
磁共振成像利用强磁场产生一系列电磁波来与人体的原子核相互作用，从而获取身体内部的详细结构信息。
电磁场与电磁波电子教案
电磁场与电磁波电子教案第一章：电磁场的基本概念1.1 电荷和电场介绍电荷的性质和分类解释电场的概念和电场线电场强度的定义和计算电场的叠加原理1.2 磁场和磁力介绍磁铁和磁性的概念解释磁场的概念和磁感线磁感应强度的定义和计算磁场的叠加原理1.3 电磁感应介绍法拉第电磁感应定律解释感应电动势和感应电流的产生电磁感应的实验现象和应用第二章：电磁波的基本性质2.1 电磁波的产生和传播介绍麦克斯韦方程组和电磁波的理论基础解释电磁波的产生和传播过程电磁波的波动方程和波长、频率、速度的关系2.2 电磁波的能量和动量介绍电磁波的能量密度和能量传递解释电磁波的动量和动量传递电磁波的辐射压和辐射阻力的概念2.3 电磁波的偏振和反射、折射介绍电磁波的偏振现象和偏振光的性质解释电磁波在介质中的反射和折射现象反射定律和折射定律的原理及应用第三章：电磁波的传播和辐射3.1 电磁波在自由空间中的传播介绍自由空间中电磁波的传播特性解释电磁波的辐射和天线原理电磁波的辐射强度和辐射功率的概念3.2 电磁波在介质中的传播介绍电磁波在介质中的传播规律解释介质的折射率和介电常数的概念电磁波在介质中的衰减和色散现象3.3 电磁波的辐射和天线原理介绍天线的分类和基本原理解释天线的辐射特性和发展电磁波的辐射模式和天线的设计方法第四章：电磁波的应用4.1 电磁波在通信技术中的应用介绍电磁波在无线通信中的应用解释无线电波的传播和传播损耗电磁波在移动通信和卫星通信中的应用4.2 电磁波在雷达技术中的应用介绍雷达技术的基本原理和组成解释雷达方程和雷达的探测距离电磁波在雷达系统和雷达导航中的应用4.3 电磁波在医疗技术中的应用介绍电磁波在医学影像诊断中的应用解释磁共振成像（MRI）的原理和应用电磁波在放射治疗和电磁热疗中的应用第五章：电磁波的防护和辐射安全5.1 电磁波的辐射和防护原理介绍电磁波的辐射对人体健康的影响解释电磁波的防护原理和防护措施电磁屏蔽和电磁兼容的概念5.2 电磁波的辐射标准和法规介绍国际和国内电磁波辐射的标准和法规解释电磁波辐射的限制和测量方法电磁波辐射管理的政策和监管措施5.3 电磁波的辐射安全和防护措施介绍电磁波辐射的安全距离和防护措施解释电磁波辐射的个人防护和公共场所的防护措施电磁波辐射的环保意识和公众宣传的重要性第六章：电磁波在电力系统中的应用6.1 电磁波在电力传输中的应用介绍高压输电线路中的电磁干扰问题解释输电线路的屏蔽和接地措施电磁波在特高压输电技术中的应用6.2 电磁波在电力系统监测与控制中的应用介绍电力系统中的电磁场监测和测量技术解释电磁波在电力系统状态监测和故障诊断中的应用电磁波在智能电网和分布式发电系统中的应用6.3 电磁波在电力设备中的影响及防护分析电磁波对电力设备的干扰和影响解释电磁兼容性设计在电力设备中的应用电磁波防护措施在电力设备中的实施方法第七章：电磁波在交通领域的应用7.1 电磁波在铁路交通中的应用介绍铁路信号系统和电磁波在信号传输中的应用解释铁路通信和列车无线通信系统中电磁波的应用电磁波在铁路自动控制系统中的应用7.2 电磁波在汽车交通中的应用介绍汽车电子设备和电磁波的应用解释车载通信系统和电磁波在车辆导航中的应用电磁波在智能交通系统中的应用7.3 电磁波在航空和航天领域的应用介绍电磁波在航空通信和导航中的应用解释电磁波在卫星通信和航天器通信中的应用电磁波在航空航天器中的其他应用，如雷达和遥感技术第八章：电磁波在工科领域的应用8.1 电磁波在电子工程中的应用介绍电磁波在无线电发射和接收中的应用解释电磁波在微波器件和天线技术中的应用电磁波在射频识别（RFID）技术中的应用8.2 电磁波在光电子学中的应用介绍电磁波在光纤通信中的应用解释电磁波在激光器和光电器件中的应用电磁波在光电探测和成像技术中的应用8.3 电磁波在生物医学领域的应用介绍电磁波在医学诊断和治疗中的应用解释电磁波在磁共振成像（MRI）和微波热疗中的应用电磁波在其他生物医学技术中的应用，如电疗和电磁屏蔽第九章：电磁波的环境影响和政策法规9.1 电磁波的环境影响分析电磁波对环境和生物的影响，如电磁辐射污染解释电磁波的环境监测和评估方法电磁波环境保护措施和可持续发展策略9.2 电磁波的政策法规介绍国际和国内关于电磁波辐射的政策法规解释电磁波辐射的标准和限制条件电磁波辐射管理的政策和监管措施9.3 电磁波的公众宣传和教育分析电磁波辐射的公众认知和误解解释电磁波辐射的安全性和健康影响电磁波辐射的公众宣传和教育方法第十章：电磁波的未来发展趋势10.1 新型电磁波技术和材料的研究介绍新型电磁波发射和接收技术的研究解释新型电磁波传输材料和超材料的研究进展电磁波技术在未来的应用前景10.2 电磁波在新型能源领域的应用介绍电磁波在太阳能和风能等新型能源领域的应用解释电磁波在智能电网和能源互联网中的应用电磁波在未来能源系统中的作用和挑战10.3 电磁波与物联网和大数据的结合分析电磁波在物联网通信中的应用解释电磁波在大数据传输和处理中的作用电磁波在未来物联网和大数据技术中的挑战和发展趋势重点和难点解析一、电磁场的基本概念：理解电荷、电场、磁场和磁力的基本性质，以及电磁感应的原理。
电磁场与电磁波知识点整理
电磁场与电磁波知识点整理一、电磁场的基本概念电磁场是由电场和磁场相互作用而形成的一种物理场。
电场是由电荷产生的，而磁场则是由电流或者变化的电场产生的。
电荷是产生电场的源。
正电荷会产生向外辐射的电场，负电荷则产生向内汇聚的电场。
电场强度 E 用来描述电场的强弱和方向，其单位是伏特每米（V/m）。
电流是产生磁场的源。
电流产生的磁场方向可以通过右手螺旋定则来确定。
磁场强度 H 用来描述磁场的强弱和方向，其单位是安培每米（A/m）。
法拉第电磁感应定律表明，变化的磁场会产生电场。
麦克斯韦进一步提出，变化的电场也会产生磁场。
这两个定律共同揭示了电磁场的相互联系和相互转化。
二、电磁波的产生电磁波是电磁场的一种运动形态。
当电荷加速运动或者电流发生变化时，就会产生电磁波。
例如，在一个开放的电路中，电荷在电容器和电感之间来回振荡，就会产生电磁波。
这种振荡电路是产生电磁波的一种简单方式。
电磁波的频率和波长之间存在着一定的关系，即光速 c ＝λf，其中c 是光速（约为 3×10^8 m/s），λ 是波长，f 是频率。
不同频率的电磁波具有不同的特性和应用。
例如，无线电波频率较低，用于通信和广播；而X 射线频率较高，用于医学成像和材料检测。
三、电磁波的传播电磁波在真空中可以无需介质传播，在介质中传播时，其速度会发生变化。
电磁波在传播过程中遵循反射、折射和衍射等规律。
当电磁波遇到障碍物时，会发生反射。
如果电磁波从一种介质进入另一种介质，会发生折射，折射的程度取决于两种介质的电磁特性。
衍射则是指电磁波绕过障碍物传播的现象。
当障碍物的尺寸与电磁波的波长相当或较小时，衍射现象较为明显。
电磁波的极化是指电场矢量的方向在传播过程中的变化。
常见的极化方式有线极化、圆极化和椭圆极化。
四、电磁波的特性1、电磁波是横波，电场和磁场的振动方向都与电磁波的传播方向垂直。
2、电磁波具有能量，其能量密度与电场强度和磁场强度的平方成正比。
3、电磁波的传播速度是恒定的，在真空中为光速。
电磁场与电磁波-电磁辐射
广播和电视
广播和电视信号通过电磁波传输，覆盖广泛的区域，为人们提供信 息和娱乐。
雷达
雷达利用电磁波探测目标，广泛应用于军事、航空、气象等领域。
医疗领域的应用
磁共振成像（MRI）
MRI利用强磁场和射频电磁波获取人体内部结 构的高分辨率图像。
少其对人体的影响。
电磁辐射的法律法规
制定相关法律法规
国家制定相关法律法规，明确电磁辐射的安全标准、管理措施和 处罚规定。
执行监管
相关部门负责电磁辐射的监管工作，确保企业、单位和个人遵守 相关法律法规。
宣传教育
加强电磁辐射安全知识的宣传教育，提高公众对电磁辐射的认识 和自我保护意识。
电磁辐射的监测与评估
监测网络建设
建立完善的电磁辐射监测网络，对重点区域和设 施进行实时监测和数据采集。
数据处理与分析
对监测数据进行处理、分析和评估，了解电磁辐 射的分布、强度和影响程度。
预警与响应
根据监测结果，及时发布预警信息，采取相应措 施，降低电磁辐射对环境和人体的影响。
04
电磁辐射的应用
通信领域的应用
无线通信
03
电磁辐射的防护与控制
电磁辐射的防护措施
电磁辐射防护用品
使用防辐射服、防辐射眼镜等 个人防护用品，减少电磁辐射
对人体的影响。
距离防护
保持与电磁辐射源的安全距离 ，降低电磁辐射的强度。
时间防护
减少在电磁辐射环境中的暴露 时间，降低电磁辐射的累积效 应。
屏蔽防护
采用电磁屏蔽技术，对电磁辐 射进行吸收、反射和折射，减
人类生产、生活中广泛使用的各种电子设备，如手机、 电视、电脑等，都会产生电磁辐射。
电磁波的辐射与散射
天线的损耗电阻R1
2P R1 21 Im
用电阻表示的天线的效率
R 1 A R R1 1 R1 R
要提高天线效率，应尽可能提高R ，降低R1
极化特性 •极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变 化的规律。按天线所辐射的电场的极化形式，可将天线分为线 极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化又可分为水平 极化和垂直极化；圆极化和椭圆极化都可分为左旋和右旋。 输入阻抗与频带宽度 天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗，才能使天线获得最 大功率。 当天线工作频率偏离设计频率时，天线与传输线的匹配变坏， 致使传输线上电压驻波比增大，天线效率降低。因此在实际 应用中，还引入电压驻波比参数，并且驻波比不能大于某一 规定值。 •天线的有关电参数不超出规定的范围时对应的频率，范围称 为频带宽度，简称为天线的带宽。
8.2.5 辐射功率和辐射电阻 辐射功率 Radiation Power
电流元所辐射的总功率可由其平均功率流密度在包围电流元的球 面上的面积分来得出。 其平均功率密度为
S
av
1 | E | 0 Il 1 * ˆ ˆ Re E H r r sin 2 0 2 2 r 2
b
天线增益G（Gain）与方向性GD
天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度，它是 被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等 输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比
单位立体角最大辐射功率 G 馈入天线总功率 4
天线方向性GD与天线增益但与天线增益定义略有不同
定量地描述主叶的宽窄程度 功率降为为主射方向上功率的1/2时，两个方向之间的夹角 以20.5表示,2 0.5 为两个零射方向之间的夹角称为零功率宽 度，以20表示。 电流元的半功率宽度:
电磁场与电磁波复习重点
梯度: 高斯定理:A d S ，电磁场与电磁波知识点要求第一章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。
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(限直角坐标系)。
:u；u；u e xe ye z ，-X；y: z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。
散度：单位空间体积中的的通量源，有时也简称为源通量密度,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。
斯托克斯定理：■ ■(S?AdS|L )A d l数学恒等式：' Cu )=o ,「c A )=o3、理解亥姆霍兹定理的重要意义：a时，n =3600/ a , n为整数，则需镜像电荷XY平面, r r r.S(—x,y ,z)-q ■严S(-x , -y ,z)S(x F q R 1qS(x；-y ,z )P(x,y,z)若矢量场A在无限空间中处处单值，且其导数连续有界，源分布在有限区域中，则矢量场由其散度和旋度唯一地确定，并且矢量场A可表示为一个标量函数的梯度和一个矢量函数的旋度之和。
A八F u第二、三、四章电磁场基本理论Q1、理解静电场与电位的关系，u= .E d l，E(r)=-V u(r)P2、理解静电场的通量和散度的意义，「s D d S「V "v dV \ D=，VE d l 二0 ' ' E= 0静电场是有散无旋场，电荷分布是静电场的散度源。
3、理解静电场边值问题的唯一性定理，能用平面镜像法解简单问题;唯一性定理表明：对任意的静电场，当电荷分布和求解区域边界上的边界条件确定时，空间区域的场分布就唯一地确定的镜像法：利用唯一性定理解静电场的间接方法。
关键在于在求解区域之外寻找虚拟电荷，使求解区域内的实际电荷与虚拟电荷共同产生的场满足实际边界上复杂的电荷分布或电位边界条件，又能满足求解区域内的微分方程。
电磁场与电磁波的基本概念
电磁场与电磁波的基本概念电磁场和电磁波是物理学中非常重要的概念，对于我们理解电磁现象和应用电磁技术有着至关重要的作用。
本文将从电磁场和电磁波的基本概念入手，探讨它们的特性和应用。
一、电磁场的概念电磁场是由电荷和电流所产生的一种物理现象。
我们知道，电荷之间的相互作用通过电场来实现，而电流则通过磁场来实现。
电磁场则是电场和磁场的统一体，它们相互作用，相互影响。
电磁场具有一些基本特性。
首先，电磁场是无处不在的，它存在于我们周围的每一个空间点。
其次，电磁场具有传播性，它可以在空间中传播。
最后，电磁场具有能量和动量，可以对物质产生作用。
电磁场的描述可以使用电场强度和磁感应强度来进行。
电场强度描述了电荷对周围空间的作用，磁感应强度描述了电流对周围空间的作用。
它们都是矢量量，具有大小和方向。
二、电磁波的概念电磁波是由电磁场所产生的一种波动现象。
当电磁场发生变化时，就会产生电磁波。
电磁波是一种横波，它的振动方向与传播方向垂直。
电磁波具有一些基本特性。
首先，电磁波是一种自由空间中的波动现象，不需要介质的存在。
其次，电磁波具有传播性，可以在空间中传播。
最后，电磁波具有波长、频率和速度等特性。
电磁波的波长和频率之间存在着一定的关系，即波速等于波长乘以频率。
在真空中，电磁波的速度是一个常数，即光速，约为3×10^8米/秒。
三、电磁场与电磁波的关系电磁场和电磁波是密不可分的。
电磁波是电磁场的一种表现形式，电磁场的变化会产生电磁波的传播。
电磁波是由电场和磁场相互耦合产生的。
当电场发生变化时，磁场也会发生变化，从而产生磁场的传播；当磁场发生变化时，电场也会发生变化，从而产生电场的传播。
这种电场和磁场的相互转换和传播形成了电磁波。
四、电磁场与电磁波的应用电磁场和电磁波的应用非常广泛。
电磁波是我们日常生活中使用的无线通信技术的基础，如手机、无线网络等。
电磁波还被广泛应用于雷达、卫星通信等领域。
电磁场的应用也非常广泛。
电磁场可以用于电力传输和电能转换，如变压器、发电机等。
电磁波与电磁辐射
电磁波与电磁辐射电磁波和电磁辐射是我们日常生活中经常听到的词语。
它们在科学领域中扮演着重要的角色，对我们的生活产生着深远的影响。
本文将介绍电磁波和电磁辐射的概念、特性以及它们在不同领域的应用。
一、电磁波的概念和特性电磁波是电磁场的一种传播方式。
它由电场和磁场交替变化产生，呈波动性质。
根据波长的不同，电磁波可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同频段。
这些电磁波的频率和波长是呈反比关系的，频率越高，波长越短。
电磁波在真空中的传播速度是恒定的，即光速。
光速约为每秒30万千米，是一种极快的速度。
电磁波的传播具有直线传播、不需要介质以及可以在真空中传播等特点。
电磁波还具有干涉、衍射和偏振等现象。
干涉是指两束或多束电磁波相遇时，互相影响而产生明暗干涉条纹的现象。
衍射是电磁波遇到障碍物时发生弯曲和扩散的现象。
偏振是电磁波在传播中的振动方向被限制的现象。
电磁波在物理学、电磁学和通信等领域具有广泛的应用。
它们被用于通信、雷达、医学、无线电、卫星导航和天文学等领域。
无线电波被用于广播和电视传输，红外线被应用于红外热成像技术，X射线被应用于医学诊断等。
二、电磁辐射的定义和分类电磁辐射是指电磁波传播过程中向周围空间传递能量的过程。
它是一种能量的传输方式，包括可见光、无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线和γ射线等。
这些电磁辐射根据其频率和波长的不同被分为不同的辐射类型。
人们对于电磁辐射的认知主要是从生物效应和辐射防护的角度来进行研究。
电磁辐射会在一定程度上对人类身体产生一定的影响。
低能量的电磁辐射，如可见光和无线电波，对人类健康影响较小。
而高能量的电磁辐射，如X射线和γ射线，具有较强的穿透能力，对人体组织造成一定的损害。
针对电磁辐射的潜在危害，人们普遍推崇采取正确的辐射防护措施。
减少暴露时间、增加距离、加强屏蔽和使用个人防护装备是常见的辐射防护方法。
合理使用电子产品、避免长时间接触射线源也是减少辐射暴露的重要措施。
电磁场与电磁波 第八章 麦克斯韦电磁理论和电磁波
第八章 麦克斯韦电磁理论和电磁波一、选择题1、对位移电流有下述四种说法，请指出哪一种说法正确（）A 、位移电流是由变化电场产生的。
B 、位移电流是由变化磁场产生的C 、位移电流的热效应服从焦耳定律。
D 、位移电流的磁效应不服从安培环路定律 答案：A2、电位移矢量的时间变化率dtDd的单位是（）A 、 库仑/米2B 、库仑/秒C 、安培/米2D 、安培∙米2答案：C3、麦克斯韦方程dt d I l d H en i i Φ+=⋅∑⎰=1(其中i I 是传导电流，e Φ是电位移矢量的通量）说明了（）A 、变化的磁场一定伴随有电场B 、磁感应线是无头无尾的C 、电荷总伴随有电场D 、变化的电场一定伴随有磁场 答案：D4、位移电流与传导电流进行比较，它们的相同处是（） A 、 都能产生焦耳热 B 、都伴随有电荷运动C 、都只存在与导体中D 、都只能按相同规律激发磁场 答案：D5、 在有磁场变化的空间，没有导体回路，此空间不存在下面物理量的是（）A 、 电场B 、感应电动势C 、感应电流D 、磁场 答案：C 6、电磁场和实物比较，下面说法错误的是（）A 、有相同的物质属性，即有质量、能量、动量等B 、都服从守恒律，质量守恒，能量守恒，动量守恒等C 、都具有波粒二象性D 、实物粒子是客观存在的，电磁场是假设存在的 答案：D 7、 如图，平板电容器（忽略边缘效应）充电时，沿环路L 1，L 2磁场强度的环流中，必有：（）A 、⎰⎰⋅>⋅21L L l d H l d H B 、⎰⎰⋅=⋅21L L l d H l d HC 、⎰⎰⋅<⋅21L L l d H l d H D 、01=⋅⎰L l d H答案：B8、在感应电场中磁感应定律可写成ϕdldl d E l k -=⋅⎰ ，式中k E 为感应电场的电场强度。
此式表明： A 、 闭合曲线上处处相等 B 、感应电场是保守力场C 、感应电场的电力线不是闭和曲线D 、在感应电场中不能像对静电场那样引入电势的概念 答案：D 9、 用导线围成的回路（两个以O 点为心半径不同的同心圆，在一处用导线沿半径方向相连），放在轴线通过O 点的圆柱形均匀磁场中，回路平面垂直于柱轴，如图所示，如磁场方向垂直图面向里，其大小随时间减小，则（A ）→（D ）各图中哪个图上正确表示了感应电流的流向答案：B10、用导线围成如图所示的回路（以O 点为圆心，加一直径），放在轴线通过O 点垂直于图面的圆柱形均匀磁场中，如磁场方向垂直图面向里其大小随时间减小，则感应电流的流向为答案：B11、在圆柱形空间内有一磁感应强度为B 的均匀磁场，如图所示，B的大小以速率dB/dt两个不同位置1（ab ）和2（a`b`），则金属棒在这两个位置时棒内的感应电动势的大小关系为 A 、021≠=εε B 、21εε>C 、21εε< D 、021==εε答案：C12、在圆柱形空间内有一磁感应强度为B 的均匀磁场，如图所示，B的大小以速率dB/dt 变化。
电磁场与电磁波第八章习题及参考答案
第八章 电磁辐射与天线8.1 由（8.1-3）式推导(8.1-4)及(8.1-5)式。
解)sin ˆcos ˆ(4θθθπμ-=-rrIdle A jkrρ (8.1-3) 代入A H ρρ⨯∇=μ1，在圆球坐标系ˆsin ˆˆsin 112θ∂ϕ∂∂θ∂∂∂ϕθθθμμrA A rr r rr A H r=⨯∇=ρρ)]cos ()sin ([4ˆ])([sin sin ˆ2r e e r r Idl A rA r r r jkr jkr r θθθπϕθθμθϕθ--∂∂--∂∂=∂∂-∂∂=可求出H ρ的3个分量为jkre kr kr j Idl k H -+=))(1(sin 422θπϕ (8.1-4) 0==θH H r将上式代入E j H ρρωε=⨯∇，可得到电场为H j E ρρ⨯∇=ωε1ϕθ∂ϕ∂∂θ∂∂∂ϕθθθωεH r rr r rr j sin 0ˆsin ˆˆsin 12=代入ϕH 得jkrr e kr kr j Idl k j E -+-=))(1)((cos 2323θπωε jkr e kr jkr kr j Idl k E --+=))()(1(sin 4323θπωεθ (8.1-5) 0=ϕE8.2 如果电流元yIl ˆ放在坐标原点，求远区辐射场。
解 解1 电流元yIl ˆ的矢量磁位为 jkr e rIl y A -=πμ4ˆρ 在圆球坐标系中jkry r e rIl A A -==πϕθμϕθ4sin sin sin sinjkry e rIl A A -==πϕθμϕθθ4sin cos sin cosjkry e rIl A A -==πϕμϕϕ4cos cos由A H ρρ⨯∇=μ1，对远区辐射场，结果仅取r1项，得jkre rIl jH -=λϕθ2cos jkre r Il j H --=λϕθϕ2sin cos根据辐射场的性质，E r ZH ρρ⨯=ˆ1得 jkre r Il jZ E --=λϕθθ2sin cosjkre r Il jZ E --=λϕϕ2cos解2 根据 jkR e RRl Id jH -⨯=λ2ˆρρ (8.1-13) RH Z E ˆ⨯=ρρ (8.1-14) ϕϕϕθθϕθcos ˆsin cos ˆsin sin ˆˆˆ++==r y lr Rˆˆ≈ ϕθϕθϕcos ˆsin cos ˆˆˆ+-=⨯rl ϕϕϕθθcos ˆsin cos ˆˆ)ˆˆ(--=⨯⨯r rl jkRer Idl j H -=λ2ρ)cos ˆsin cos ˆ(ϕθϕθϕ+- jkR erIdl jZ H -=λ2ρ)cos ˆsin cos ˆ(ϕϕϕθθ--8.3 三副天线分别工作在30MHz,100MHz,300MHz,其产生的电磁场在多远距离之外主要是辐射场。
电磁场和电磁波
电磁场和电磁波是物理学中的两个基本概念。
电磁场和电磁波有什么区别？
电磁场
一般来说，电磁场是指彼此相关的交变电场和磁场。
电磁场是带电粒子运动产生的一种物理场。
在电磁场中，磁场的任何变化都会产生电场，而电场的任何变化也会产生磁场。
这种交变电磁场不仅可以存在于电荷，电流或导体周围，还可以在空间中传播。
电磁场可以看作是电场和磁场之间的联系。
电场由电荷产生，运动电荷产生磁场。
什么是电磁波
电磁场的传播构成电磁波。
也称为电磁辐射，例如，我们常见的电磁波是无线电波，微波，红外线，可见光，紫外线，X射线，r射线。
这些都是电磁波，但是这些电磁波的波长不同。
其中，无线电波的波长最长，而R射线的波长最短。
此外，人眼可以接收的电磁波波长通常在380至780 nm之间，这就是我们通常所说的可见光。
一般而言，只要物体本身的温度大于绝对零（即负273.15℃），除暗物质外，还会
发射电磁波。
但是，没有物体的温度低于-273.15℃，因此可以说我们周围的物体发出电磁波。
电磁波以光速传播。
谁首先发现电磁波？历史上，电磁波最初是由詹姆斯·麦克斯韦（James Maxwell）在1865年预测的，然后在1887年至1888年由德国物理学家海因里希·赫兹（Heinrich Hertz）确认的。
拓展：
《电磁场与电磁波第四版》是2006年01月由高等教育出版社出版的书籍，作者是谢处方、饶克谨。
本书可供普通高等学校电子信息、通信工程、信息工程等专业作为电磁场与电磁波课程的教材使用，也可供工程技术人员参考。
电磁场与电磁波 总结
主要内容o第一章矢量分析o第二章电磁场的基本规律o第三章静态电磁场o第四章静态场的边值问题o第五章平面电磁波o第六章平面电磁波的反射与折射o第七章导行电磁波o第八章电磁波的辐射第一章矢量分析1．梯度、散度、旋度的定义2．梯度、散度、旋度的计算。
记住直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系的拉米系数。
（广义坐标系中的梯度、散度、旋度公式不必记）3．散度定理、斯托克斯定理单位体积内发出的通量 环量最大面密度2．梯度、散度、旋度的计算。
记住直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系的拉米系数。
（广义坐标系中的梯度、散度、旋度公式不必记）sin ,,1321r h r h h 1231,,1h h h 1231,1,1h hh直角坐标系圆柱坐标系球坐标系,,x y z,,z ,,r第二章电磁场的基本规律1．麦克斯韦方程组的微分形式和积分形式。
记住并理解每一方程的物理意义。
2．电磁场的边界条件3．本构方程4．极化电荷和磁化电流分布的计算5．电磁能量和电磁传输功率的计算3．本构方程各向同性线性介质EP E D 0HM H B 0EJ H)(H M 1r m EE P 0r 0)1( e4．极化电荷和磁化电流分布的计算P PM J mP e nPSMeJ nmSPS12n)(PPemS12n)(JMMe第三章静态电磁场1．静电位、矢量磁位的概念及方程2．电位满足的边界条件第四章静态场的边值问题1. 理想导体平面和球面镜像法。
2. 分离变量法。
会由通解公式根据边界条件确定问题的特解。
第四章静态场的边值问题在给定的边界条件下求解泊松方程或拉普拉斯方程。
方法：1. 镜像法在所求解场区域以外的空间中适当位置上，设置适当的像电荷来替代界面上的电荷的效果，像电荷与源电荷共同作用结果满足场域边界面上给定的边界条件，从而可以将界面移去，使所求解的边值问题转化为无界空间的问题。
导体平面的镜像：q = – q，q , q 的位置关于平面对称。
导体球面的镜像：q = – aq/d，q , q 的位置关于球面反演。
电磁场与电磁波
电磁场与电磁波电磁场和电磁波是我们生活中经常接触到的物理现象。
本文将以通俗易懂的方式，详细介绍电磁场和电磁波的基本概念、特性及应用。
一、电磁场的概念与特性电磁场是由电荷所产生的力场和磁荷所产生的磁场组成的物理场。
它包括电场和磁场两个方面。
电场是由静止电荷所产生的场，具有方向和大小；磁场是由运动电荷所产生的场，同样也具有方向和大小。
电磁场具有以下特性：1. 空间的任何一点都存在电场和磁场；2. 电场和磁场相互作用，相互转换；3. 电场和磁场都遵循相应的物理规律，如库仑定律和安培定律；4. 电场和磁场的强度与产生它们的电荷和电流的大小有关。
二、电磁波的概念与特性电磁波是一种能够在真空中传播的无线电波，它是电磁场的一种表现形式。
电磁波具有电场和磁场的振荡，并且垂直于传播方向。
通常将电磁波按照频率分成不同的波段，如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
电磁波的特性如下：1. 电磁波具有波长和频率的关系，波长和频率互为倒数；2. 不同频率的电磁波在介质中传播的速度是相同的，即为光速；3. 电磁波可以在真空中传播，不需要介质媒质；4. 电磁波的能量和强度与其频率有关。
三、电磁场与电磁波的应用电磁场和电磁波在生活中有着广泛的应用。
以下是其中几个重要的应用领域：1. 通信技术：无线电通信、卫星通信、手机通信等都是基于电磁波传播原理进行的。
2. 电磁辐射与医学：医学影像学中的X射线和核磁共振都是利用电磁波进行的影像诊断。
3. 电磁感应：电磁感应是电动机、发电机和变压器等电器工作原理的基础。
4. 光学技术：光学仪器和光通信等利用了可见光的电磁波特性。
5. 无人驾驶和雷达系统：雷达系统利用电磁波的反射与接收原理，实现物体的探测与定位。
总结：电磁场与电磁波是我们日常生活中不可或缺的物理现象。
电磁场是由电场和磁场组成的物理场，而电磁波则是电磁场在真空中的一种传播形式。
电磁场和电磁波在通信技术、医学、电气工程、光学技术、雷达系统等方面都有广泛应用。
物理学概念知识：电磁波和电磁场的辐射
物理学概念知识：电磁波和电磁场的辐射电磁波和电磁场的辐射电磁波是指由电磁场通过空间传播而形成的一种波动现象。
而电磁场则是指在空间中存在的电场和磁场所组成的物理场。
电磁波伴随着电磁场的变化而产生，其特点在于不需要通过介质传播，可以在真空中传播，并且速度具有极高的常数性，即光速。
电磁波在生活中有着广泛的应用，如无线通信、电视、雷达、微波炉等。
电磁波是指电场和磁场相互作用，形成的一种横波，其传播距离与电磁场的强度和相互作用方式有关。
电磁波是由电荷加速所产生的，当电荷加速时（如在天线上），便会产生一种电波，这种电波是由电磁场的变化带动的，也就是由电场变化而产生的磁场和由磁场变化而产生的电场构成的。
其产生的传播方式不依赖于任何介质，可以在真空中自由传播。
这是电磁波特有的性质。
电磁波的频率和波长是一一对应的关系，其它物理量，如速度、振幅、功率、能量等，均与频率和波长有密切关系。
其中，频率指的是波形在单位时间内的重复次数，通常以赫兹（Hz）为单位；波长则指的是波形的空间周期长度，通常以米（m）为单位。
对于相同的介质而言，频率越高，波长越短，能量也越大，传播速度不变。
（图1）（图1）电磁波的波长和频率的关系电磁波可以分成多种类型，包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽玛射线等。
其中，可见光是用肉眼可以看到的电磁波种类，波长在380nm ~ 780nm之间，包括紫、蓝、绿、黄、橙、红六种颜色。
而伽玛射线则是能量最高的电磁波，能量甚至可以达到数千mega电子伏特（MeV），对人体的伤害也是最大的。
电磁场是表现电磁相互作用和电磁场中电荷的运动行为的数学抽象，也是电磁波形成与传播的物理基础。
它是由电荷和电流产生的，包括静电场和磁场。
在运动状态下的电荷也会产生磁场，这是垂直于电荷运动方向的旋转磁场，它们共同构成了电磁场。
电磁场的强度随距离的增加而呈平方反比关系，也就是距离的平方与场强的比例关系。
电子氧气增强辐射（EOR）就是一种在电磁场下产生的现象，电离氧分子吸收电磁能后会发生反应，从而产生更多的自由基和代谢产物，从而损害细胞结构和功能。
谢处方《电磁场与电磁波》(第4版)课后习题-第8章 电磁辐射【圣才出品】
即
当接收台的位置偏离正南 时，接收到的电场强度减小到最大值的 1 。
4
2
8.2 上题中如果接收台不动，将元天线在水平面内绕中心旋转，结果如何?如果接收 天线也是元天线，讨论收发两天线的相对方位对测量结果的影响。
解：如果接收台不动，将天线在水平面内绕中心旋转的话，接收到的场强将按
f ( ) sin 的规律变化，由最大值（ 90o ），逐渐减小到零（ 180o ），再逐渐增 大到最大值（ 270o ），又逐渐减小到零（ 360o）。如果继续旋转元天线，接收台收
假设 r0 l ，则有
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则矢量位可表示为：
① （2）P 点的矢量位在球坐示系中的三分分量为：
8.8 试述方向图相乘原理。 答：由相同形式和相同取向的单元天线组成的天线阵，其方向性图是单元天线的方向 性乘上阵因子，这就是方向性相乘原理。
（二）习题 8.1 设电偶极子天线的轴线沿东西方向放置，在远方有一移动接收台停在正南方而收 到最大电场强度，当电台沿以元天线为中心的圆周在地面移动时，电场强度渐渐减小，问
收到的电场强度介于最大值和零之间。
8.3 如图 8-2-1 所示一半波天线，其上电流分布为
。
（1）当 r0 l 时，
图 8-2-1
（2）求远区的磁场和电场； （3）求坡印廷矢量；
（4）已知 （5）求方向性系数。
，求辐射电阻；
解：（1）沿 z 方向的电流 I z 在空间任意一点 P(r0, ) 产生的矢量磁位为：
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第 8 章 电磁辐射
（一）思考题 8.1 试解释滞后位的意义，并写出滞后位满足的方程。 答：滞后位的意义：矢量位 A（r，t）和标量位 φ（r，t）的值是由此时刻之前的源 J
电磁辐射与电磁波的关系和特性
电磁辐射与电磁波的关系和特性电磁辐射是指电磁场的能量在空间传播的现象，而电磁波是一种特殊的电磁辐射现象。
电磁辐射和电磁波之间存在着密不可分的关系，本文将从它们的定义、特性和应用方面进行探讨。
一、电磁辐射和电磁波的定义电磁辐射是指电磁场的能量以电磁波的方式传播出去的现象。
电磁辐射包括自然界的辐射，如太阳光和地球磁场，也包括人为产生的辐射，如无线电、微波、雷射和X射线辐射等。
而电磁波是电磁辐射的一种表现形式，它是通过振荡的电场和磁场相互作用而产生的一种波动现象。
二、电磁辐射和电磁波的特性1. 频率和波长：电磁波的频率和波长是其特性之一。
频率指的是电磁波的振动次数，单位为赫兹（Hz），波长指的是电磁波的波长，单位为米（m）或其他长度单位。
根据电磁波的频率或波长，可以将其分为不同的光谱，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和γ射线等。
2. 速度：电磁波在真空中的传播速度是一个恒量，即光速，约为每秒30万公里。
这是由于电磁波的传播受到电场和磁场之间相互作用的牵制，形成电磁场的波动传播。
3. 直线传播：电磁波可以直线传播，无需媒质支持。
这使得电磁波具有远距离传播的能力，广泛应用于通信、遥感等领域。
4. 反射和折射：电磁波在遇到边界或不同介质的界面时，会发生反射和折射现象。
根据入射角和介质的折射率，我们可以预测电磁波在边界上的反射和折射角度。
三、电磁辐射和电磁波的应用电磁辐射和电磁波作为一种自然现象，广泛应用于许多领域。
1. 通信：无线电波和微波被广泛用于无线电和移动通信系统中。
通过调制和解调技术，我们可以利用电磁波来传输和接收信息信号，并实现远距离通信。
2. 遥感：红外线和微波辐射可用于地球遥感，通过捕捉地表反射或辐射的电磁波，可以获取地表特征，如植被覆盖、土壤湿度等。
3. 医学：X射线和γ射线被广泛用于医学成像和治疗。
通过对人体进行透视或成像，可以检测和诊断疾病，同时X射线也可用于癌症治疗。
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Az cos θ
可解得
revθ ∂
∇θ − rAz sin θ
r sin θevφ
0 0
⎧
⎪ ⎪
H
r
=
0
⎨Hθ = 0
⎪ ⎪ ⎩
Hφ
=
Ile − jkr
4πr
⎜⎛ ⎝
jk + 1 ⎟⎞ sinθ
r⎠
(8.2.4)
第12页
电场由
v E
=
1
jωε
(∇
×
v H
)
可解得
⎧ ⎪ ⎪
Er
=
−j
Il
2πωε
⋅ e − jkr r2
需的时间。 即：某一定时刻 t 的位场 φ 或 Av 并不是由时刻t的的电流和电荷
分布决定，而是由略早的时间 (t − r / t) 的源所决定；观测点的位
场变化滞后于源的变化时间，r / t 就是电磁波传播距离r所需的时
间(电磁波从源点传到场点所需的时间)。
电磁波的滞后效应: t 时刻的响应是时刻 (t − r / t ) 的激励所产生的
第八章 电磁波辐射
电磁场与电磁波
电磁场与电磁波 第八章__电磁波辐射 电磁波的传播：无界空间→分界面上反射与折射→导波装置中 电磁波的产生：辐射→天线
第2页
电磁场与电磁波 第八章__电磁波辐射
电磁辐射 ： 电磁能量脱离电源以电磁波的形式在空间传播，不再返回电源 { 电磁波是由时变电荷及电流激发出来的，电磁波的能量可以
脱离源向远处传播而不再返回波源的现象称为电磁辐射 } 产生辐射的原因 ：电磁场的变化和有限的传播速度 产生辐射的设备 ：天线(线天线和面天线) 天线的应用 ：无线电通信、雷达、微波遥感(军事、水文、农业、 海洋气象、森林等)、生物医学等 辐射的主要参数 ：辐射场强，方向性和辐射功率和效率
第3页
电磁场与电磁波 第八章__电磁波辐射
第一节 滞后位
一、矢量位和标量位的波动方程
处理电磁辐射问题的工具：矢量位和标量位
在洛伦兹条件下
∇⋅ ⎜⎛
⎜ ⎜ ⎜⎝
Av =
−με
∂ϕ
∂t
⎟⎞ ⎟ ⎟ ⎟⎠
，矢量位和标量位的方程为
∇ 2ϕ − με ∂ 2ϕ = − ρ
∂t 2
ε
(8.1.1)
∇
2
v A
−
με
∂2
v A
=
− μJv
∂t 2
(8.1.2)
z
P
θr
l
φ
y
x
第9页
电磁场与电磁波 第八章__电磁波辐射
电流元 Il
电偶极子
pre
=
r ql
=
r Il
jω
+q
电荷守恒定律
i
l << λ
i = dq(t) dt
−q
第10页
一、电偶极子的电磁场
∫ 电流元
则由
evz Il v A(r )
= =
evz
μ
I S
⋅
Sdl
v Je
−
=
jkr
v JdV dV ′
′
4π V r
S为电流元的横截面积 (8.1.13)
得
v A
=
evz
μ Ile − jkr 4πr
球坐标系中
Ar = Az cosθ
Aθ = − Az sinθ
Aφ = 0
第11页
电磁场与电磁波 第八章__电磁波辐射
电偶极子在观测点产生的磁场
evr
v H
=
1
(∇ ×
Av ) =
1
∂
μ
μr 2 sin θ ∂r
⎜⎛ ⎝
jk
+
1 ⎟⎞ cosθ
r⎠
⎪ ⎨ ⎪
Eθ
=
−
j
Il
4πωε
⋅ e − jkr r
⎜⎛ − k 2 ⎝
+
jk r
+
1 r2
⎟⎞ ⎠
sinθ
⎪ Eφ = 0
⎪
⎩
或者写成：
(8.2.5)
⎧
⎪ ⎪⎪ ⎨
Hr = 0 Hθ = 0
⎪
⎪ ⎪⎩
H
φ
=
k 2 Il sinθ 4π
⎜⎜⎝⎛
j kr
+
1 (kr )2
v
4πε r
第6页
∴
ϕ (r, t )
=
1
4πε
∫V
ρ(t −
r
r )
v
dV ′
(8.1.10)
类似地
v A(r, t)
=
μ 4π
∫V
v J(t
−
r
r) v dV ′
(8.1.11)
滞后位（推迟位）观测点的位场φ 或 Av 随时间的变化总是滞后
于源随时间的变化,滞后的时间是波从源所在位置传到观察点所
∂t 2
(8.1.3)
1 r2
∂ ∂r
⎜⎛ r 2 ⎝
∂ϕ
∂r
⎟⎞ ⎠
−
με
∂ 2ϕ
∂t 2
=
0
(8.1.4)
设 ϕ (r, t ) = 1 U (r, t ) 则上式为
r 第5页
电磁场与电磁波 第八章__电磁波辐射
∂ 2U ∂r 2
−
1 v2
∂ 2U ∂t 2
=
0
(8.1.5)
v=
1
με
上式的解为
e − jkr
表示
v A
与φ的滞后相位，故亦称滞后因子
v A
→
∇
⋅
v A
=
− με
∂ϕ
→ ϕ → Ev、Hv
∂t
第8页
电磁场与电磁波 第八章__电磁波辐射
第二节 电偶极子的辐射
电磁辐射系统最简单的形式是电偶极子和磁偶极子 电偶极子为长度远小于波长的载流线元，也称元天线 电偶极子辐射是天线工程中最基本的问题 电偶极子：长度为l(<< λ)的直线电流元,线上电流均匀,相位相同 电偶极子为基本的辐射单元：线天线由一系列电偶极子组成
U(r,t) =
f (t − r ) + g(t +
r )
v
v
(8.1.6)
对于 f
ϕ (r, t )
=
1 U (r, t )
=
1
f
(t
−
r )
r
r
v
(8.1.8)
而静止电荷 Δq = ρΔV ′ 的电位
Δϕ (r )
=
ρΔV ′ 4πε r
ρ(t − r )ΔV ′
比较上两式，时变场的标量位：Δϕ(r, t) =
+
ev
y
v J
y
cos ⎢⎣⎡ω ( t
−
r v
)⎥⎦⎤
+
evz
v J
z
cos ⎢⎣⎡ω ( t
−
r v
)⎥⎦⎤
[ ] =
v Re
v Je
jωt e −
jkr
滞后位用复数表示为
∫ ϕ (r ) = 1 ρe − jkr dV ′
4πε V r
∫ v
A(r
)
=
μ
v Je
−
jkr
dV ′
4π V r
(8.1.12) (8.1.15)
⎟⎟⎠⎞e − jkr
⎧ ⎪ ⎪
Er
=
k 3 Il cosθ 2πωε
⋅
⎜⎜⎝⎛
1 (kr )
2
−
j (kr )3
⎟⎟⎠⎞e − jkr
⎪ ⎨ Eθ ⎪
=
k 3 Il sinθ 4πωε
而场量为
v E
=
−∇ϕ
−
∂Av ∂t
，
v H
=
μ1
∇×
v A
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电磁场与电磁波 第八章__电磁波辐射
二、滞后位
用类比方法求解：标量位φ是由足够小的体积 ΔV ′的电荷元
Δq= ρΔV ′ 产生的，因此在 ΔV ′之外不存在电荷，式(8.1.1)
变为齐次波动方程
∇ 2ϕ − με ∂ 2ϕ = 0
g(t + r / t) 为超前位：数学解，无实际意义。
第7页
电荷密度和电流密度用复数表示为
[ ] ρ(t
−
r) v
=
ρ
cos ⎢⎣⎡ω ( t
−
r v
)⎥⎦⎤
=
ρ
cos(ωt
−
kr )
=
v Re
ρe
e jωt − jkr
v J(t
−
r v
)
=
ev
x
v J
x
cos ⎢⎣⎡ω ( t−Fra bibliotekr v
)⎥⎦⎤