电磁场与微波技术 第 章
电磁场微波技术第一章解读
第一章高斯定理物理含义：1、电场强度通过任一封闭曲面的电通量等于该封闭曲面所包围的电量与真空介电常数之比。
2、电场强度在某点的散度等于该点的电荷体密度与真空介电常数之比。
环路定理物理意义：1、在静电场中将单位电荷沿任一闭合路径移动一周，静电力做功为零——静电场为保守场。
2、真空中静电场的电场强度的旋度处处为零。
由此可见，真空中静电场是有散无旋场。
电位（标量）选择场中某点P 作为参考零电位点,单位正电荷在电场力的作用下，自该点沿任一条路径移至P 点的过程中电场力作的功 等位面：电位相等的曲面 电场线与等位面一定处处保持垂直，等位面分布的疏密程度也可表示电场强度的强弱，（规定相邻的等位面之间的电位差保持恒定），那么等位面密集处表明电位变化较快，场强较强电位梯度( ) 电位：大小等于(d φ/dl)max,方向为使d φ/dl 获得最大增量的方向的矢量电场强度和电位梯度的关系：1.梯度方向总是垂直于等位面2.电场强度的方向为电位梯度的负方向3.梯度的大小等于电场强度的大小介质极化极化：在电场作用下，介质中束缚电荷发生位移的现象χe 称为极化率，它是一个正实数 介质中的高斯定理积分形式：物理意义：介质中穿过任一闭合面的电位移的通量等于该闭合面包围的自由电荷，而与束缚电荷无关。
微分形式： 物理意义：介质中微分形式的高斯定律表明，某点电位移的散度等于该点自由电荷的体密度。
两种介质的边界条件 1、切向边界条件 物理意义：在两种介质形成的边界上，两侧的电场强度的切向分量相等，或者说，电场强度的切向分量是连续的。
2、法向分量边界条件 物理意义：在两种介质边界上电位移的法向分量相等，或者说，电位移的法向分量是连续的。
介质与导体的边界条件 ：1.静电平衡：当孤立导体放入静电场中以后，导体中自由电子发生运动，电荷重新分布产生与原电场方向相反的二次电场，使导体中的合成电场消失为零。
2.边界上电场分布：3.空腔内外电荷分布：做恒定电场：将一块导体与电源的两个极板相连，由于两个电极之间始终存在一定的电位差，在导体中形成电场，使电子维持持续不断的定向运动，若外加电压与时间无关，导体中的电流就是恒定的，导体中的电场也是恒定的。
电磁场与微波技术第一二三章课后习题及部分答案
第 1 章 习 题1、 求函数()D Cz By Ax u +++=1的等值面方程。
解：根据等值面的定义：标量场中场值相同的空间点组成的曲面称为标量场的等值面，其方程为)( ),,(为常数c c z y x u =。
设常数E ，则，()E D Cz By Ax =+++1， 即：()1=+++D Cz By Ax E针对不同的常数E （不为0），对应不同的等值面。
2、 已知标量场xy u =，求场中与直线042=-+y x 相切的等值线方程。
解：根据等值线的定义可知：要求解标量场与直线相切的等值线方程，即是求解两个方程存在单解的条件，由直线方程可得：42+-=y x ，代入标量场C xy =，得到： 0422=+-C y y ，满足唯一解的条件：02416=⨯⨯-=∆C ，得到：2=C ，因此，满足条件的等值线方程为：2=xy3、 求矢量场z zy y y x xxy A ˆˆˆ222++=的矢量线方程。
解：由矢量线的微分方程：zy x A dz A dy A dx ==本题中，2xy A x =，y x A y 2=，2zy A z =， 则矢量线为：222zy dzy x dy xy dx ==，由此得到三个联立方程：x dy y dx =，z dz x dx =，zy dz x dy =2，解之，得到： 22y x =，z c x 1=，222x c y =，整理， y x ±=，z c x 1=，x c y 3±=它们代表一簇经过坐标原点的直线。
4、 求标量场z y z x u 2322+=在点M (2,0,-1)处沿z z y xy xx t ˆ3ˆˆ242+-=方向的方向导数。
解：由标量场方向导数的定义式：直角坐标系下，标量场u 在可微点M 处沿l 方向的方向导数为γβαcos cos cos zu y u x u l u ∂∂+∂∂+∂∂=∂∂α、β、γ分别是l 方向的方向角，即l 方向与z y xˆˆˆ、、的夹角。
电磁场与微波技术
电磁场与微波技术电磁场与微波技术引言电磁场和微波技术是现代科学与技术领域中重要的研究方向。
电磁场是由电磁波构成的物理现象，其在无线通信、电磁隔离、能量传输等方面具有广泛应用。
微波技术作为电磁波的一种，其频率范围在0.3 GHz到300 GHz之间，被广泛应用于通信、雷达、医疗、材料处理等领域。
本文将探讨电磁场的基本概念、特性以及微波技术在不同领域中的应用。
第一部分电磁场的基本概念与特性1. 电磁场的概念电磁场，顾名思义，是由电场和磁场组成的物理现象。
电场是由电荷引起的一种物理现象，磁场则是由电流引起的物理现象。
当电流变化时，会产生磁场。
电磁场可以通过电磁波的方式传播，包括无线电波、微波、可见光等。
2. 电磁场的特性电磁场具有许多特性，包括电磁波的强度、频率、相位等。
电磁波的强度代表了电磁辐射的能量大小，频率代表了电磁波的振动次数，相位则表示了电磁波在空间中的相对位置。
此外，电磁波还具有传导性、辐射性以及相对论效应等特性。
第二部分微波技术的应用领域1. 通信领域微波技术在通信领域中有着重要应用，尤其是无线通信和卫星通信。
无线通信利用微波进行信号传输，实现了人与人之间的远程通信，比如手机通话、无线网络等。
卫星通信则利用微波将信号从地面传输到卫星，再由卫星传输到其他地方，实现了全球通信的覆盖。
2. 医疗领域微波技术在医疗领域中也有广泛应用。
微波能够穿透物体，因此可以用于医学影像学中的透视、断层扫描等技术。
此外，微波技术还可以用于治疗，比如微波物理疗法、微波治疗仪等，可以用于疼痛治疗、肿瘤治疗等。
3. 雷达技术雷达技术是微波技术的重要应用之一。
雷达是利用微波进行距离测量和目标探测的装置。
它通过向目标发射微波信号，并接收其反射信号来实现目标的探测和定位。
雷达在军事、民航、气象等领域中起着重要作用，比如飞机导航、天气预报等。
4. 材料处理微波技术还可以用于材料处理，包括物体加热、干燥、焙烧等。
微波加热可以快速、均匀地加热物体，用于食品加热、橡胶硫化等。
电磁场与微波技术实验教程 第1章
如果入射波波长为λ， 两波的波程差为δ, 当δ=kλ(k=0， ±1， ±2， …)时, 接收天线检波后电流 表有极大指示; 当δ=(2k+1)/2λ(k=±1， ±2， ±3, …)时， 接收天线检 波后电流表有极小指示。
B板固定不变， 从端点移动A板改变波程差δ， 当出现 电流表指示极小时， A板位置在某处(由千分尺读出)， 再同 方向继续移动A板又再次出现电流表指示极小时， A板的移 动位置改变恰好为λ/2。 继续同方向移动A板， 当出现m+1 个电流表指示极小时， 移动距离就为m/2个波长， 由此可测 出微波源的波长。
图1.1.2 静电场测试电路
五、 1.
2. 本实验方法很简单， 但它是工程上很有效的一种方法。 因此， 除测出所需点电位分布外， 还要深入理解有关的一 些问题。 在做实验报告时除一般要求内容数据外， 还要回 答下列问题： (1) 将平行板电容器的被测模型所测的数据画成距离－ 电位图， 与平行板电容器理论上的距离－电位比较， 并解 释为什么在Y=0及Y=10 cm附近(“电极”附近)电位有急剧变 化。 (2) 若要模拟有边缘效应的情况， 其被测模型应如何改
(3) 调节可移动反射板A， 测出电流表指示极小点时A板 的位置S0、 S1、 S2、 S3、 S4， 求出电磁波的波长λ。
在实验时也可以测量其极大点， 但通常测量极小点比 测量极大点准确。
使用微波干涉仪也可以测量介质的相对介电常数Er。 在图1.2.1中， 固定反射板B前插入一块介电常数为Er、 厚度 为d的介质板。 这时在这一路径中电磁波传播的波程改变了， 由于插有介质板的这一路电磁波波程增加了Δδ， 即
Δ 2d ( r 1) (1.2.1)
(1.1.1)
在恒定电流场中， 电场强度E、 电流密度J及电位Ф满 足下列方程：
电磁场与微波技术(第1章)
ˆ ˆ ˆ e , e , e
x y z
ˆ e
ˆ ˆ , e , ez
qi＝qi x , y , x C
曲面单位法矢量：
ˆ eqi 曲面单位法矢量
ˆ eqi
qi x, y, x qi x, y, x qi x, y, x ˆ ˆ ˆ ex ey ez x y z qi x, y, x qi x, y, x qi x, y, x x y z
(混合积)
5. 并矢
AB 二阶张量 3 AB Ai B j ei e j
i , j 1
§1.3 标量场的梯度
1.场的概念 任何物理过程总是在一定空间上发生，对应 的物理量在空间区域按特定的规律分布。如 电荷在其周围空间激发电场的分布 电流在周围空间激发磁场的分布 地球上太阳及其他原因激发温度的分布 在空间区域上每一点有确定物理量与之对应， 称在该区域上定义了该物理量的场
台湾海峡表面流速场数值分布
关于的场三个基本问题：
（1）场的基本性质及其分析方法
（2）场与激励源的关系及相互作用
（3）场与场的相互联系与相互作用
2. 标量场的等值面
标量场同一数 值各点在空间 形成的曲面
u x , y , z C
3. 方向导数
实际应用中不仅需要了解宏 观上场在空间的数值，还需 要知道场在不同方向变化。
P , , z
三维空间中同一点可以用不同的 正交曲线坐标系描述。不同坐标 系之间存在相互变换关系，这种 变换关系只能是一一对应的
在任何正交曲线坐标系有一组 与坐标轴对应的单位矢量。如 直角坐标系和圆柱坐标系等。 坐标变量单位矢量特点： 空间某点坐标变量的单位 矢量的方向为对应坐标变 量为常数的曲面的法矢
电磁场与微波技术2篇
电磁场与微波技术电磁场与微波技术（第一篇）导引电磁场是物理学中一个重要的概念，它在我们日常生活中扮演着重要的角色。
微波技术作为一种应用电磁场的技术，也在现代社会中得到广泛应用和发展。
本文将探讨电磁场的基本概念、性质以及微波技术的原理、应用和发展趋势。
电磁场的基本概念与性质电磁场是一种具有电场和磁场相互耦合而成的物理场。
电场是由电荷构成的粒子在空间中产生的力场，具有电荷之间相互作用的性质。
磁场则是由电流在空间中产生的力场，具有磁性物质与外磁场相互作用的性质。
电磁场具有许多基本性质。
首先，电磁场具有连续性。
在空间中任何一点，电磁场的数值和方向都是连续变化的，不存在突变。
其次，电磁场具有叠加性。
即多个电荷或电流所产生的电磁场可以叠加在一起，形成一个合成的电磁场。
此外，电磁场的传播速度是有限的，即光速。
根据麦克斯韦方程组的推导，电磁波在真空中传播的速度为光速，约为每秒300000公里。
微波技术的原理与应用微波技术是一种应用电磁场的技术，其原理基于电磁波的特性和传播规律。
微波指的是频率介于300MHz至300GHz之间的电磁波，其具有波长短、穿透力强等特点。
微波技术具有广泛的应用。
首先，微波技术在通信领域中有重要的应用。
无线电通信、卫星通信等都离不开微波技术的支持。
其次，微波技术在雷达和无线电导航系统中也有广泛应用。
雷达通过发送和接收微波信号来测量目标的距离和速度，实现目标探测和定位。
此外，微波技术还应用于微波炉、无线电频率识别等领域。
微波技术的发展趋势随着科技的进步和需求的不断增长，微波技术正在不断发展和创新。
未来，微波技术将朝着以下几个方向发展。
首先，微波技术的频率范围将进一步扩展。
随着物联网和5G通信的兴起，对更高频率的微波技术需求增加。
因此，微波技术将向毫米波甚至太赫兹波段发展，以满足更高速率、更大容量的通信需求。
其次，微波技术将越来越多地与其他技术结合。
例如，微波与纳米技术的结合，可以实现更小尺寸、更高性能的微波器件。
电磁场与微波技术(场论)
交通管制：监测道 路交通状况，实现 智能交通管理
无线通信：电磁波在空间中传播，实现无线通信 卫星通信：利用卫星转发信号，实现全球通信 雷达系统：利用微波反射原理，实现对目标距离、速度、方位的测量 移动通信：手机、平板等移动设备通过电磁波进行通信
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测量技术中的应用：利用电磁波的传播特性，可以实现对物体位置、速 度、距离等参数的测量，如雷达测距、激光测距等。
通信领域：利用 微波进行无线通 信，包括移动通 信、卫星通信等
雷达探测：利用 微波的反射和散 射特性，探测目 标的位置、速度 和形状等信息
导航定位：利用 微波信号的传播 特性，进行全球 定位系统（GPS） 等导航定位
遥感遥测：利用 微波辐射和散射 特性，进行气象 观测、资源调查 和环境监测等
电磁场与微波技术的起源 20世纪的发展和应用 21世纪的最新进展和趋势 未来展望
纳米技术：利 用纳米尺度的 特性，开发出 更小、更快、 更省能的电子 器件和系统。
生物技术：结合 电磁场与微波技 术，开发出用于 医疗、生物检测 和生物成像等领 域的先进技术和
设备。
电磁场与微波技术与通信技术的结合，实现高速、大容量、低延迟的通信。 电磁场与微波技术与生物医学的交叉，应用于生物医学成像、微波热疗等领域。 电磁场与微波技术与新材料技术的结合，开发新型微波介质材料、超材料等。 电磁场与微波技术与新能源技术的交叉，研究微波在太阳能、风能等新能源领域的应用。
电磁场的基本理论
简介：麦克斯韦方程组是描述电磁场运动和变化的经典方程组，由麦克斯韦在19世纪 提出。
内容：包括四个方程，分别描述电场、磁场、电荷密度和电流密度的关系，以及电 磁场的变化规律。
应用：麦克斯韦方程组在电磁波传播、电磁场与物质相互作用等领域有着广泛的应用。
电磁场与微波技术(1)
填空题1、电场强度E r 的切向分量应满足的边界条件是： 或写为 ；2、在自由空间中，均匀平面电磁波的相位常数为0.524rad/m 。
当该波进入理想介质后，相位常数变为1.81rad/m 。
若设1=r μ，则相对介电常数=r ε ，电磁波在该介质中的传播速度=v 。
3、把位于坐标原点的点电荷q 置于介电常数为ε的无界空间中，其电位分布()r ϕr 满足的偏微分方程为 ，且位函数()r ϕr必须满足自然边界条件即 4、均匀平面波在自由空间的相速p v 与介电常数0ε和磁导率0μ的关系式为 ；通常把电场振幅与磁场振幅之比称为 阻抗；5. 均匀平面波在自由空间的相速p v 与介电常数0ε和磁导率0μ的关系式为 ；通常把电场振幅与磁场振幅之比称为 阻抗，若用0η表示则它与介电常数0ε和磁导率0μ的关系式为 。
若电磁波在传播中遇到良导体则会迅速衰减，因而通常把良导体中的电磁波局限于表面薄层的现象称为 。
6、已知双曲线族为2222by a x u −=，则该曲线上任意点的单位法向矢量为 ；任何电磁场都存在于一定媒质中，媒质中B r 和H r 的关系由本构关系给出。
若媒质是线性、各向同性的，它们的关系为 ；7、对一般的时变电磁场，麦克斯韦（微分）方程组的复矢形式的四个方程分别为（1） 、（2） 、（3） 、（4） ；8、矢量分析中，除散度定理外，另一个重要的定理是斯托克斯定理，其表示式为 ；9、已知标量场()()2/1222,,z y x z y x u ++=，则空间一点P （1，1，0）的梯度为和沿方向212z y x e e e l r r r r ++=的方向导数为3/22；10、磁场强度H r 的切向分量应满足的边界条件是： 或写为 ；11、均匀平面电磁波从自由空间进入理想介质后，传播速度降为原来的1/4。
当介质的1=r μ时，则相对介电常数=r ε ；电磁波在这种介质中的波长是 。
12、若传输线在796MHz 时的分布参数为mm m R /4.10Ω=，pF C 00835.0=，mm nH L /67.3=，mm n G /8.0Ω=。
第12篇 电磁场与微波技术
第12篇电磁场与微波技术12.1电磁波的概念1）定义从科学的角度来说，电磁波是能量存在的一种形式，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。
正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的电磁波。
电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。
2）电磁波的产生1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁波理论。
他预言了电磁波的存在，推导出电磁波与光具有同样的传播速度。
1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。
之后，人们又进行了许多实验，不仅证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁波，它们的性质完全相同，只是波长和频率有很大的差别。
电磁波是电磁场的一种运动形态。
电与磁可以说是一体两面，变化的电会产生磁，变化的磁也会产生电。
变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播则形成了电磁波，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。
3）电磁波的性质电磁波频率低时，主要借助有形的导电体才能传递。
原因是在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时既可以在自由空间内传播，也可以束缚在有形的导电体内传递。
电磁波在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。
举例来说，太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到太阳光的光与热，其实光波也是电磁波。
在空间中电磁波为横波。
电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。
电磁波振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，电磁波本身携带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。
电磁波的速度等于光速c（3×108米/秒）。
微波技术第1章-传输线理论1
电磁波传播问题概述
• 时域一般波动方程
r r r 2 r ∂E ∂ E 1 ∂J 2 ∇ E − µε − µε 2 = ∇ρ + µ ∂t ∂t ε ∂t r r 2 r r ∂H ∂ H 2 ∇ H − µε − µε 2 = −∇ × J ∂t ∂t
(9)
一阶时间偏导数代表损耗，二阶代表波动。 一阶时间偏导数代表损耗，二阶代表波动。
(5)
r r r r D = εE , B = µH
短路面（理想导体边界）
r r n×E = 0 S r r r n×H =α S r r n•D =σ S r r n•B =0
S
→
Et
S
= 0,
Hn S = 0 Ht
S
En S ≠ 0,
≠0
(6)
切向电场为零， 切向电场为零，切向磁场不为零的界 电壁）均可视为等效短路面 等效短路面。 面（电壁）均可视为等效短路面。
第1章 微波传输线
§1.1 引言
*传输系统：把微波能量从一处传到另一处的装置。 传输系统：把微波能量从一处传到另一处的装置。
传输系统也叫导波结构或导波系统。 传输系统也叫导波结构或导波系统。 微波中常用传输系统： 微波中常用传输系统： 传输线：由两根或两根以上平行导体构成。 *传输线：由两根或两根以上平行导体构成。 通常工作在其主模（ 通常工作在其主模（TEM波或准TEM波） 。 故又称为TEM波传输线。（含平行双线、同轴线和微带线等） 波传输线。 含平行双线、同轴线和微带线等） 波导管：由单根封闭柱形导体空腔构成。 *波导管：由单根封闭柱形导体空腔构成。 电磁波在管内传播，简称波导。 电磁波在管内传播，简称波导。 表面波波导：由单根介质或敷介质层导体构成。 *表面波波导：由单根介质或敷介质层导体构成。 电磁波沿其表面传播。 电磁波沿其表面传播。
电磁场与微波技术3篇
电磁场与微波技术第一篇：电磁场概述电磁场是指由电荷或电流产生的在空间中存在的物理场，也是一种能量形式。
电磁场是三维空间中的矢量场，其中包括电场和磁场两个部分。
电场是指在电荷周围存在的一种力场，具有方向和大小。
电场的强度取决于电荷的大小和距离关系。
在电场中，电荷之间互相作用，这种作用力是通过电场传递的。
磁场是由电流产生的一种力场，也具有方向和大小。
当电流流过导体时，磁场也会随之而产生。
磁场的强度取决于电流的大小和距离关系。
在磁场中，电流上的电子会受到磁场的力的作用，导致其运动路径发生曲线运动。
电磁场广泛应用于电磁波通信、雷达探测、电磁辐射治疗等领域。
电磁场还可以分析复杂的电磁问题和设计电子元器件等。
电磁场的形式化描述是由麦克斯韦方程组组成的。
麦克斯韦方程组由四个方程式组成，涵盖了电场和磁场的所有基本规律和相互关系。
总之，电磁场在现代物理中有着重要的应用和研究价值，对于电子技术和通信技术的发展起到了重要的推动作用。
第二篇：微波技术概述微波是指一种电磁波，波长在1毫米到1米之间，频率在300兆赫到300吉赫之间。
微波技术是指利用微波进行通信、雷达探测、天线设计、微波加热等方面的技术手段。
微波技术的优点包括传输速度快、带宽大、穿透力强、信息保密性和可靠性高等。
常见的微波应用包括移动通信、卫星通信、无线局域网、雷达探测、天线设计和微波加热等领域。
微波技术应用广泛，例如在通信领域，通过无线终端通过微波信号与基站相连完成通信连接，从而实现了无线通信。
在雷达探测领域，利用微波信号进行距离测量，在航空、军事、气象等领域用于观测地球和增强安全。
微波技术的研究不断发展，利用微波进行数据通信和传输的技术变得越来越重要。
下一代移动通信和无线网络也在使用微波技术进行传输，这也将进一步推动微波技术的发展。
总之，微波技术是一种应用广泛的技术手段，对于电子通信、雷达探测、医疗和生产技术等领域有着举足轻重的作用。
未来的研究和发展将在微波技术的应用和底层研究方面继续取得进展。
电磁场与微波技术
电磁场与微波技术第一篇：电磁场技术电磁场技术是指人们利用电磁场的作用、特性和规律，从事于电磁场方面的研究、应用和开发的技术。
电磁场是由电荷带电粒子所产生的空间环境。
它包括电场和磁场两个部分，而且它是可以相互作用、相互影响的。
电磁场技术的研究领域十分广泛，包括无线通信、雷电监测、电磁辐射控制、电磁兼容性等等。
在无线通信领域，电磁场技术起到了至关重要的作用。
无线通信信号需要通过空气传输，在传输过程中受到电磁干扰的影响很大。
如果通信系统对电磁干扰的抗干扰性能不足，会导致通信的信号失真以及无法正常通信。
因此，电磁场技术的研究可以为无线通信系统的设计提供更好的抗干扰性能，从而提高无线通信的可靠性和稳定性。
在雷电监测领域，电磁场技术也有着重要的作用。
雷电是由大气中的电荷分布不均引起的电现象，它对人们的生产和生活产生了很大的威胁。
电磁场技术可以通过探测雷电产生的电荷分布情况，提高监测雷电的精度和准确性，从而为我们提供更好的防雷服务。
在电磁辐射控制领域，电磁场技术也可以用来控制和减少电磁辐射对人体的影响。
电磁辐射是一种电磁波的辐射现象，会对人体产生一定的影响，如头痛、失眠、疲劳等等。
电磁场技术可以通过调节电磁波的频率、放大程度等参数，来减少电磁辐射的强度和对人体的影响。
在电磁兼容性领域，电磁场技术可以用来实现不同电子设备之间的兼容性。
由于电子设备的不同，它们所使用的电磁场参数也是不同的。
因此，在电子设备之间进行数据传输的过程中，如果没有良好的电磁兼容性，会导致数据传输失真甚至数据丢失。
电磁场技术可以通过调节电磁场的特性和规律，实现不同电子设备之间的兼容性，从而提高数据传输的稳定性和可靠性。
总之，电磁场技术对于我们的生产和生活有着广泛的应用，它可以为我们提供更好的无线通信服务、更好的防雷服务、更好的电磁辐射控制、更好的电磁兼容性等等。
因此，电磁场技术的研究和应用有着非常重要的意义，也迎来了越来越广阔的发展前景。
第二篇：微波技术微波技术是指在微波波段内进行通讯、雷达、天线、电子测量和医疗等领域的电路设计和测试的技术。
电磁场与微波技术
微波滤波器
低通微波滤波器
用于抑制高频噪声和干扰，提高信号 纯度。
高通微波滤波器
用于提取高频信号成分，进行信号分 离和筛选。
带通微波滤波器
用于选择特定频段的信号，实现信号 的选择性传输。
陷波微波滤波器
用于抑制特定频段的干扰信号，提高 通信系统的抗干扰能力。
微波天线
抛物面天线
喇叭天线
利用抛物面反射聚焦原理，实现定向发射 和接收。
电磁场的基本定律
总结词
介绍电磁场的基本定律，包括高斯定律、法拉第的闭合性质，法拉第定律揭 示了磁场的变化可以产生电场，安培-麦克斯韦方程则综合了 电场和磁场的规律，描述了电磁波的传播和相互作用。
电磁场的分类
总结词
根据不同的分类标准，对电磁场进行分类，如自然界的电磁场、人工产生的电磁 场等。
详细描述
自然界的电磁场包括地球磁场、太阳辐射等；人工产生的电磁场包括无线电波、 微波、红外线、紫外线等。这些电磁波在通信、雷达、导航、医疗等领域有着广 泛的应用。
02
微波技术概述
微波的定义与特性
微波是指频率在300MHz至 300GHz之间的电磁波，具有波 长短、频率高、穿透性强等特点。
微波的传播速度与光速相同，约 为3×10^8米/秒，在真空中传
气象观测
雷达发射的电磁波能够穿透云层， 通过反射和散射现象探测降水、风 速、风向等气象信息。
军事侦察
雷达系统在军事领域广泛应用于侦 察、目标识别和导弹制导等方面。
卫星通信
全球覆盖
卫星通信利用地球同步轨道卫星实现全球覆盖，提供语音、数据 和视频通信服务。
高速传输
卫星通信能够实现高速数据传输，满足远程教育和医疗等领域的通 信需求。
《电磁场与微波技术教学课件》1.1 引言幻灯片PPT
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§1.1 引言
传输线
双导线
§1.1 引言
(a) 矩形波导
(b) 共面波导
(a) 同轴线
(b) 带状线
§1.1 引言
(a) 微带线
(b) 槽线
§1.1 引言
一、传输线的概念
1.定义： 传输线就是能够引导电磁波沿着一定方向传输 的导体、介质或由它们组成的波导系统 .
TE波 M传输线：双 轴导 线线 、、 带同 状线、微带
2.分类：TE 波或 TM 波传输线：矩 圆形 波波 导导 、、 脊形 圆波 波
任何传输线可分解为横向问题和纵向问题 对于任何传输线，纵向问题的形式是一样的
§1.1 引言
二、传输线理论的内容
传输线理论研究的是电磁波如何在传输线中传播和分布。 ● 纵向问题就是电磁波沿传输线轴线的传播情况；
● 横向问题就是电磁波在横向 方向上的分布状态，也叫波 型、场构造或者模，具有特 殊性。
纵向问题：行波、驻波或行驻波，具有普遍性。
(3) Surface wave
一 般 实 际 应 用 中
• 米波或分米波—双导线或同轴线 • 厘米波—空心金属波导管,带状线,
微带线等 • 毫米波—空心金属波导管,介质波导,
介质镜像线,微带线 • 光频波段—光波导(光纤)
பைடு நூலகம்以上划分主要是从减少损耗和构造工艺上的可实现性等方面来考虑的, 这只是大致的情况, 其界限并不十分严格. 例如, 同轴线也可用于厘米波 和毫米波范围.
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M r l M r
方向性导数表示场沿 l 方向的空间变化率
| lim u
u u u u 1
l
M0
l 0
l
x
dx
y
dy
z
dz
dl
eˆ x
u x
eˆ y
u y
eˆ z
u z
eˆ x
dx
eˆ ydy dl
eˆ zdz
u cos u cos u cos
x
y
z
cos ,cos ,cos 为 l 的方向余弦
z
1. 正交曲线坐标系
P (x, y, z)
三维空间任意点的位置可通过 三条相互正交曲线的交点来确
定。该三条正交曲线组成确定
三维空间任意点位置的体系称
为正交曲线坐标系，三条正交
y 曲线称为坐标轴，描述坐标轴
x
的量称为坐标变量.
2. 正交曲线坐标系的变换
P (x, y, z)
q1 q1 x, y, x
Fx z
Fz x
eˆ z
Fy x
Fx y
F
x Fx
y Fy
z Fz
3.旋度与漩涡源的关系
为了给出空间任意点矢量场与旋
J
涡源的关系，当闭合曲线L 所围 n
F
的面积趋于零时，矢量场对回路
L 的环量与旋涡源对于L 所围的
面积的通量成正比，即：
s
Ñ lim F dl lim J s
7. 正交曲线坐标系中梯度的表达式
u
eˆq1
u s1
eˆq2
u s2
eˆq3
u s3
ds1 h1dq1, ds2 h2dq2 , ds3 h3dq3
u
eˆ q1
u h1q1
eˆq2
u h2q2
eˆq3
u h3q3
§1.4 矢量场的散度
1. 矢量场与矢量线 在确定空间区域上的 每一点有确定矢量与 对应，称该空间区域 上定义了一个矢量场
只有数值的大小而没有方向的场称为标量场 既有数值的大小又有方向的场称为矢量场 如果场与时间无关，称为静态场，反之为时变场
静态标量场用 u x, y,z 时变场标量场用 u x, y,z,t
静态矢量场 F x, y,z 时变矢量场 F x, y,z,t
福建省
台 湾 岛
台湾海峡表面流速场数值分布
旋度的定义为：矢量场在M点处的旋度为一矢 量，其数值为包含M点在内的小面元边界的环 量与小面元比值极限的最大值，其方向为极限 取得最大值时小面积元的法线方向，即：
lim Ñ rotF
nˆ
s0
1 s
l
F dl
Max
根据线积分的公式，直角坐标系中旋度的表达式为:
蜒 ? rotF
eˆ x
有净的矢量线流出 有产生发散力线源
有净的矢量线流入 有产生汇聚力线源
3 矢量场的散度
考虑空间任意点（包含该点在内的小体积元）单位 体积闭合曲面矢量场发散和汇聚力线强度，利用极 限方法得到：
F x, y, zds
divF x, y, z lim s V 0
V
为矢量场的散度。散度是矢量通过包含该点的任 意闭合小曲面的通量与曲面元体积之比的极限
根据通量的物理意义，矢量场相对于小体 积元的通量与体积元内的通量源成正比：
lim
V 0
Ò
F
x
,
y
,
z
ds
பைடு நூலகம்
x
,
y
,
z
V
s
其中 x, y,z 为通量源密度。于是有：
divF＝ Fx, y,z＝x, y,z
κ为比例常数，一般由实验获得。
4. Gauss定理
直接从散度的定义出发，不难 得到矢量场在空间任意闭合曲 面的通量等于该闭合曲面所包 含体积中矢量场散度的积分。
4. 三矢量乘积
A
B
C
B
C
A
C
A
B
ABC ABC
A
B
C
BA
C
CA
B
(混合积 )
5. 并矢
AB
二阶张量
AB
3 Ai B jeiej
i1, j 1
§1.3 标量场的梯度
1.场的概念 任何物理过程总是在一定空间上发生，对应 的物理量在空间区域按特定的规律分布。如 电荷在其周围空间激发电场的分布 电流在周围空间激发磁场的分布 地球上太阳及其他原因激发温度的分布 在空间区域上每一点有确定物理量与之对应， 称在该区域上定义了该物理量的场
Fx, y, z ds
S
Fx
zy
|
x
x
x
Fx
zy
|
x
x
x
2
2
Fy
zx
|
y
y
y
Fyzx |y y y
2
2
Fz
yx
|
zz
z
Fz
yx
|
z
z
z
2
2
Fx x
Fy y
Fz z
xyz
divF F Fx Fy Fz x y z
z z 2 y y 2
x x
F
2
0
divF x,
y, z
Fx x
关于的场三个基本问题：
（1）场的基本性质及其分析方法 （2）场与激励源的关系及相互作用 （3）场与场的相互联系与相互作用
2. 标量场的等值面
标量场同一数 值各点在空间 形成的曲面
ux, y,z C
3. 方向导数
实际应用中不仅需要了解宏 观上场在空间的数值，还需 要知道场在不同方向变化。
方向性导数可以描述标量场 在空间某个方向上变化情况
ψ dψ＝ Fx, y, zds
dψ＝Fx, y, z nˆs
如果曲面 s 是闭合的，并规定曲面
法矢由闭合曲面内指向外，矢量场 对闭合曲面的通量是：
0
Q F x, y, zds＝ 0
s
0
0
Q F x, y, zds＝ 0
s
0
流入流出闭合曲面矢 量线相等或没有矢量 线流入和流出 发散和汇聚力线源相 等或没有产生力线源
(2)
cos A B
| A||B|
36
0.80
32 42 22 22 42 72
（3）
ex ey ez A B Ax Ay Az
Bx By Bz
= ex(4×7－2×4) + ey(2×2 － 3×7) + ez(3×4 － 4×2) = ex20 － ey17 + ez4
电磁场与微波技术
Electromagnetic and Microwave Technology
江汉大学 柯璇
第一章
电磁场理论的数学基础
主要内容：
正交曲线坐标系及其转换 矢量的表示及其运算 场论基础（梯度、散度和旋度） 矢量场的Helmholtz定理 常用坐标系
§1.1正交曲线坐标系及其转换
矢量线不能定量描述矢量场
的大小，但过单位曲面积的
ds
矢量线的根数描述了矢量线
F x, y,z
的多少。引入通量的概念。
在场区域的某点选取面元，
穿过该面元矢量线的总数称 为矢量场对于面积元 ds 的
F x, y, z lim nˆ dψ
s0 ds Max
通量。
矢量场对于曲面 s 的 通量为曲面 s 上所有 小面积元通的叠加：
☻标量场在某个方向上的方向导 数，是梯度在该方向上的投影
☻ 标量场的梯度函数 建立了标量场与矢 量场的联系，这一 联系使得某一类矢 量场可以通过标量 函数来研究，或者 说标量场可以通过 矢量场的来研究。
☻ 标量场的梯度垂直
于通过该点的等值 面（或切平面）
6. 梯度运算的基本公式
c 0
cuuvcuu v uv uv vu f u f ' uu
Fy y
Fz z
0 0
散度的三个结果的物理原因是什么？
4. 散度与源的关系
物理上的场 (矢量场或标量场）都是相应的源 激发的结果。矢量场通过闭合曲面通量的三种 可能结果一定与闭合曲面内有无产生矢量场的 源直接相关。使闭合曲面通量不为零的激励源 为通量源。矢量场对闭合曲面的通量与闭合曲 面内的通量源之间存在某种确定的关系。
q2
q2
x, y,x
q3 q3 x, y, x
x x q1 ,q2 ,q3
y
y q1 ,q2 ,q3
z z q1 ,q2 ,q3
P,, z
三维空间中同一点可以用不同的 正交曲线坐标系描述。不同坐标 系之间存在相互变换关系，这种 变换关系只能是一一对应的
在任何正交曲线坐标系有一组 与坐标轴对应的单位矢量。如 直角坐标系和圆柱坐标系等。
坐标变量单位矢量特点： 空间某点坐标变量的单位 矢量的方向为对应坐标变 量为常数的曲面的法矢
eˆx , eˆy , eˆz
eˆ ,eˆ ,eˆz
qi＝qi x, y, x C
曲面单位法矢量eˆqi
曲面单位法矢量：
eˆqi
eˆx
qi x, y,
x
x
eˆy
qi x, y,
y
x
eˆz
qi
x, y,
s0
s0
l
4. Stokes定理
利用旋度的定义式，可得到一般曲线和曲 面积分之间的变换关系式，即Stokes定理
A B A B sin
ex ey ez A B A1 A2 A3 B1 B2 B3 A B B A