电磁场深度解析

1、波长

波长是描述信号在一个波长内的变化情况，其实就是相位和幅度变化情况，理想情况下电压、电流按正弦波规律变化，对应的电场和磁场也是按这个变化，在一个长的均匀平行传输线中，每隔一个波长位置信号电压是完全相同的，每隔半个波长位置信号电压是完全相反的

2、波长和器件尺寸问题

若信号的频率是50Hz，那么它的波长就是6000Km，那么所有器件尺寸在此波长下都不足为奇，所以信号在经过某个器件时基本上认为其相位和幅度没有变化；如果信号频率是3000MHz，那么波长为10cM，如果一个两根传输线同时传输此信号，若一根信号比另一根短5CM，那么其信号相位差90°，因该说信号频率越高，其波长越短，其对于所走路径的尺寸越敏感。

3、信号与能量

信号只是一个信息或者说事件，其本身不具备什么意义，能量是信号的载体，信号的传递即为能量的传递，能量是以电场和磁场的形式存在的（比如在平衡传输线中，我们更喜欢使用两根平衡传输线上面分布了正负电荷形成的电场来分析，这个电场到哪儿了，与其相垂直的电荷就到哪了了），电场分布于两个导线之间（存在压差即存在电场），磁场环绕于导线外围（存在电流即存在磁场）。

4、导线电场

理想的导线连接电池和负载时，因导线是理想导体，故其正负极的导线得电压就等于电池的正负极电压，因为存在电位差，故两导线之间存在电场。

5、理想导体内部不存在电场，因为其出处等电势，这只是针对直流电或者低频电路来说的，对于高频电路其实存在电压差，即存在电场。

6、在闭合电路里面电路能量形式：

7、四分之一周期信号变化形式：

假设一个300MHz的正弦波信号，其波长为1m，四分之一波长即为0.25m，从电压的角

度来说就是从0变到最大值的时间或者说所走的路程，如下图：

假设负载为20欧姆，Vdc电压为20V，取电池中心点为参考点，那么正极为10V，负极为-10V，四分之一周期后的波形如下图所示。

标识(1)处正极为10*Cos(75) = 2.6V，(2)处正极为10*Cos(60)=5V,依次类推。两导线对称点之间的电压从负载20V到信号源0V依次变小

深度解析：(1)与(2)的线电压差就有2.4V，因为理想导线内部是不允许有电场的，那么这个因为电场正弦分布引起的导线线电压差必须要由另外一个反电动势来抵消。这个时候，必须要降低(1)、(2)之间的导线电流（因为电场方向是从（2）到（1），所以电流变小），电流对应的是磁场，变小的磁场产生一个反电动势抵消(1)、(2)的导线线电压差（楞次定律），依次类推到负载，于是导线上的电流也是按照正弦波规律从信号源的0A到负载最大值的1A。

8、一个周期正弦波信号变化

300MHz的正弦波信号的一周期就是电压幅度从0到0的过程，具体变化如下：

一个周期内形成了2个方向相反的电流圈。

9、两个周期正弦波信号变化

信号源按300MHz正弦规则变化完整2个周期，电压从0开始变化，也就是相位从0开始，传输线长度为2米，即2个波长，负载R完全吸收传过来的信号没有反射的情况下，所对应的传输线电场、磁场波形。这个相当于在一个周期内形成了4个电流圈，用圈表示，仅为形象简化，表示半个周期，紧挨着的相反的一对为一个周期。

当频率越高，圈圈的密度就越大，圈圈内包含的就是能量，电场（电压）和磁场（电流）的能量。一个个圈圈的从信号源传到负载那儿去，电磁场的传输很像现在的高速铁路，传输线两根导线，如同铁轨，要均匀对齐，这样适合电场和磁场均匀无变化的向前推进，每节车厢里装两个圈圈，一正一反的，一个波长。这列火车有N节车厢，一直不停的往前开。

深度解析：电磁场或者说电磁波是一种波，波的传输是质点在随时间做上下正弦波的运动，其位置是不变的，但是其同一位置在不同时刻的能量是不同的，即能量在传输。针对质点的分析，如果横坐标是时间，那么就只是针对此质点的能量变化进行分析，如果横坐标是距离，那么是针对此波上面所有的质点的能量变化的描述。

10、电场与磁场共存

导线线方向的电压差，由垂直围绕导线的磁场变化产生的反电动势来抵消。同理，导线线方向的电流差，由垂直导线放射型的电场变化产生的反磁动势来抵消。

传输线两导线之间的电场分布如下图所示，当这个电场变化的时候，会产生对应垂直于电场的磁动势，也就产生了磁场，如上右图所示，实线为电场，虚线为磁场。变化的电场所产生的磁场，是垂直电场的，垂直导线，围绕导线的。这就是传输线里面，电磁场磁生电、电生磁本质，都是为了一个平衡。

深度解析：首先因为电压呈现正弦波变化，所以在导体不同地方的电压是不同的，故而形成导体内部的电场，导体内部的电场是与电流方向相反的，因为导体内部不存在电场，所以需要将其抵消，此电厂阻碍了电流，故其使电流将要变小，即磁场变小，由楞次定律可知，会产生一个反向电动势阻碍磁场变小，此电动势就可以和导体内部电压抵消；导线之间的电场的变化同样会形成磁场，传输线两导线之间的电场分布如下图所示，当这个电场变化的时候，会产生对应垂直于电场的磁动势，也就产生了磁场，如上右图所示，实线为电场，虚线为磁场。变化的电场所产生的磁场，是垂直电场的，垂直导线，围绕导线的；故磁场由两部分产生，即磁场由两部分产生，一部分是电荷移动产生的电流对应的磁场，一部分是变化的电场产生的磁场（即麦克斯韦方程（1））

11、特性阻抗

从1/4波长图上我们可以看到，当电场、磁场在导线线方向都满足正弦，磁场变化产生的反电动势与导线线方向上的电压差是线性一致的，同理，电场变化产生的磁动势跟导线线方向上的磁压差是线性一致的，因为线性一致，若电场强度与磁场强度之间若满足一定的比例关系，则反电动势等于电压差，反磁动势等于磁压差。那么这时电场强度、磁场强度的比例关系，就叫做传输线阻抗，它表征了能让传输线传递电磁场所要求的电场与磁场之间强度的关系。Z = E/H

12、传输线模型

书本上的传输线模型如下图：

实际的传输线模型是这样的：

因为电磁场中，磁生电、电生磁，两者是相互转换的，这从能量守恒角度来讲，电场能量必

然等于磁场能量，所以有以下公式：

1/2*C*U*U= 1/2*L*I*I整理可得Z = SQR(L/C),SQR为根号