电磁场与波小论文

电磁场与波理论在实践中的应用电磁波无所不在，不可不知。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移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、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。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。

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。

电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用。现代电子技术如通讯、广播、导航、雷达、遥感、测控、嗲面子对抗、电子仪器和测量系统，都离不开电磁场的发射，控制、传播和接收；从假期，工业自动化到地质勘测，从电力、交通等工业‘农业到医疗卫生等国民经济领域，几乎全都涉及到电磁场理论的应用。不仅如此，电磁学一直是，将来仍是新兴科学的孕育点。

接下来举几个具体的例子来说明电磁场理论在科技中的应用。

1.雷达

雷达的基本功能是利用目标对电波的散射而发现目标，并测定不表的空间

位置。它也是电磁场与波在军事中的一项重要应用。

简单连续波雷达系统中的动目标鉴别分辨是以多普勒效应为基础的。设固定雷达发出电磁波的频率为f0，则发射波的周期T0=1/f0，设动目标以恒速为u向着雷达移动，如图所示，在t0所示，在t0时刻动目标在R0位置，在t1时刻动目标在R1位置。

雷达发射的电磁波到达目标所需的时间为：

t0时刻发射的电磁波（峰A），到达移动目标，回波在t1时刻被雷达接收

是出现第二个峰（峰B），回波在t2时刻被雷达接收

雷达在t+T

发射和接收波形如下图所示：

接收波的周期T0‘

一般情况下u/c<<1,因此

可见，接收波与发射波比较频率产生了偏移，偏移量为：

这样根据频率偏移量就可以测出移动物体的速度。

2.无线电波进行调制后就载有各种信息,用来通信。

无线电波、无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。在无线电广播中，人们先将声音信号转变为电信号，然后将这些信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。而在另一地点，人们利用接收机接收到这些电磁波后，又将其中的电信号还原成声音信号，这就是无线广播的大致过程。而在电视中，除了要像无线广播中那样处理声音信号外，还要将图像的光信号转变为电信号，然后也将这两种信号一起由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播，而电视接收机接收到这些电磁波后又将其中的电信号还原成声音信号和光信号，从而显示出电视的画面和喇叭里的声音。

3.红外线

用热像仪能将物体与环境红外辐射能量的差异以图显示出来，使人在夜间或灰蒙的情况下仍能清楚看到景象；还能能精确地量度温度，测温范围广从零下几十度到几千度；红外线现在主要用于发展遥感技术，有以下几个方面的应用：（1）作遥感器，发射或接收信息

（2）测量大气，海洋和陆地的温度

（3）通过地面温差，掌握高山、沙漠、河流等的分布，绘制地图

4.光电开关

光是一种电磁射线，其特性如同无线电波和X射线，传递速度约为300000

千米/秒，因此它可以在发射的一瞬间被其接收。红外线开关光电开关是利用人眼不可见（波长为780nm-1mm）的近红外线和红外线的来检测、判别物体。通过光电装置瞬间发射的微弱光束能被安全可靠的准确的发射和接收。光电开关的重要功能是能够处理光的强度变化：利用光学元件，在传播媒介中间使光束发生变化；利用光束来反射物体；使光束发射经过长距离后瞬间返回。光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

光电开关可分为对射型、漫反射型、镜面反射型。

对射型光电开关：由发射器和接收器组成，结构上是两者相互分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。特征：辨别不透明的反光物体；有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中；装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。

漫反射型光电开关：是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离的典型值一直到3米。特征：有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标表面性质和和颜色决定；较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常是可以达到粗定位；采用背景抑制功能调节测量距离；对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。

镜面反射型光电开关：由发射器和接收器构成的情况是一种标准配置，从发射器发出的光束在对面的反射镜被反射，即返回接收器，当光束被中断时会产生一个开关信号的变化。光的通过时间是两倍的信号持续时间，有效作用距离从0.1米至20米。特征：辨别不透明的物体；借助反射镜部件，形成高的有效距离范围；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中。

5.滤波器用微波介质陶瓷材料

在过去30多年中，在微波传输中承载和传输信号的陶瓷谐振器和陶瓷滤波器对于微波通信能得到充分的发展起到了决定性的作用。对于应用于微波通信系统中的滤波器，要求它的性能稳定，插入损耗低，体积小，价格低廉。高性能微波介质材料是介质谐振器型滤波器的核心，也是现代通信技术的关键基础材料。在微波通信系统中，对微波介质材料的主要性能的要求如下：

（1）高的介电常数εr微波介质滤波器是由介质谐振器制成的。介质谐振器的谐振频率和电介质材料的介电常数及谐振器尺寸有关。换个角度来说，就是在某个特定的频率下，谐振器尺寸与电介质材料的介电常数有关。已经知道，谐振器的尺寸和电介质材料的介电常数的平方根成反比。所以电介质材料的介电常数越大，所需要的电介质陶瓷块体就越小，谐振器的尺寸也就越小。例如，在谐振频率相同时，εr=36的介质谐振器的尺寸只有金属空腔谐振器的1/6。因此，介电常数尽可能高有利于微波介质滤波器的小型化。

（2）接近于零的频率温度系数τf通信器件的工作环境温度不可能一成不变。如果微波介质材料的谐振频率随温度变化较大，滤波器的载波信号在不同的