电磁场与电磁波课件第八章电磁辐射
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电磁场与电磁波：08第八章电磁波辐射
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
《电磁辐射及原理》课件
。
04
电磁辐射防护
电磁辐射防护标准
国际标准
国际上对电磁辐射防护有多个标 准，如国际非电离辐射防护委员 会（ICNIRP）制定的标准，主要
关注公众和职业暴露的限制。
各国标准
不同国家和地区根据自身情况制定 相应的电磁辐射防护标准，如美国 的FCC标准和欧洲的EN50501标准 等。
行业标准
针对不同行业的特点，如通信、电 力、铁路等，也有相应的电磁辐射 防护标准，以确保行业的安全和健 康。
电磁辐射在消防中的应用
03
消防员使用电磁辐射来寻找被困人员或探测火源，特别是在高
楼或地下室等密闭空间内。
06
总结与展望
总结
电磁辐射概念
电磁辐射是由电磁场源产生的，在空间传播的能量流。它 包括无线电波、微波、红外线、紫外线和可见光等。
电磁辐射的应用
电磁辐射在通信、医疗、军事、科研等领域有着广泛的应 用。例如，无线电波用于广播和电视信号传输，微波用于 卫星通信和雷达探测等。
电磁辐射原理
电磁辐射的产生依赖于电磁场源的物理特性，如电流、电 压和磁通量等。电磁辐射的传播遵循麦克斯韦方程组，其 传播速度等于光速。
电磁辐射的危害
长期暴露于高强度的电磁辐射下可能对人体健康产生负面 影响，如头痛、失眠、记忆力减退等。因此，应采取适当 的防护措施来减少电磁辐射的危害。
展望
新技术发展
雷达应用
雷达通过发送电磁波并分析反射回来的信号来探测目标，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来生成人体内部结构的详细图像， 帮助医生诊断疾病。
电磁波治疗
某些电磁波谱的辐射被用于治疗疾病，如微波和短波治疗。它们能 够深入人体组织，促进血液循环、消炎止痛等。
04
电磁辐射防护
电磁辐射防护标准
国际标准
国际上对电磁辐射防护有多个标 准，如国际非电离辐射防护委员 会（ICNIRP）制定的标准，主要
关注公众和职业暴露的限制。
各国标准
不同国家和地区根据自身情况制定 相应的电磁辐射防护标准，如美国 的FCC标准和欧洲的EN50501标准 等。
行业标准
针对不同行业的特点，如通信、电 力、铁路等，也有相应的电磁辐射 防护标准，以确保行业的安全和健 康。
电磁辐射在消防中的应用
03
消防员使用电磁辐射来寻找被困人员或探测火源，特别是在高
楼或地下室等密闭空间内。
06
总结与展望
总结
电磁辐射概念
电磁辐射是由电磁场源产生的，在空间传播的能量流。它 包括无线电波、微波、红外线、紫外线和可见光等。
电磁辐射的应用
电磁辐射在通信、医疗、军事、科研等领域有着广泛的应 用。例如，无线电波用于广播和电视信号传输，微波用于 卫星通信和雷达探测等。
电磁辐射原理
电磁辐射的产生依赖于电磁场源的物理特性，如电流、电 压和磁通量等。电磁辐射的传播遵循麦克斯韦方程组，其 传播速度等于光速。
电磁辐射的危害
长期暴露于高强度的电磁辐射下可能对人体健康产生负面 影响，如头痛、失眠、记忆力减退等。因此，应采取适当 的防护措施来减少电磁辐射的危害。
展望
新技术发展
雷达应用
雷达通过发送电磁波并分析反射回来的信号来探测目标，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来生成人体内部结构的详细图像， 帮助医生诊断疾病。
电磁波治疗
某些电磁波谱的辐射被用于治疗疾病，如微波和短波治疗。它们能 够深入人体组织，促进血液循环、消炎止痛等。
电磁辐射基本原理PPT课件
第15页/共22页
• 电、磁基本振子辐射特性
电、磁基本阵子的辐射场沿径向传播，并且电场与磁场均与传播方 向垂直，因而其远区场是横电磁波（TEM波）。
无论是 E 还是 H，其空间相位因子中都有 e jk，r 及其空间相位 随离源点的距离r的增大而滞后，等相位面是以r为常数的球面，所 以远区辐射场是球面波。由于等相位面上不同点的E、H振幅并非 一定相同，所以又是非均匀球面波。
<17>
第17页/共22页
远场与近场的转换
以上分析中是按照距离场源的远近来区分近区和远区，现在定量地 说明工程上如何划分这两个区域。
1 kr
,
1 (kr ) 2
,
1 (kr )3
当 kr 1 ，也即 r 2 上述三项的作用相同。
•工程定义： 远区： 近区：
r 10 2 r 0.1 2
•电磁兼容手册定义： 远区： r 2 近区： r 2
B A
Step3
jE H
电磁辐射的基本求解程序
<5>
第5页/共22页
<5>
电基本振子：
作分子中
e jkR e jkr，分母中
R r 的近似，
A (aˆ r
cos
aˆ
sin )
4
Idl e jkr r
磁基本振子：
作 的泰勒展开， e jkR e jk (rRr) e jkr e jk (Rr) e jkr [1 jk (R r)]
<10>
第10页/共22页
• 电基本振子
远场的特点： • 电场～1/r , 磁场～1/r 。 • 电场～f , 磁场～f 。 • 电场与磁场同相。 • TEM非均匀球面波。 • 电场与磁场成确定比例，与空间环 境特性相关。
• 电、磁基本振子辐射特性
电、磁基本阵子的辐射场沿径向传播，并且电场与磁场均与传播方 向垂直，因而其远区场是横电磁波（TEM波）。
无论是 E 还是 H，其空间相位因子中都有 e jk，r 及其空间相位 随离源点的距离r的增大而滞后，等相位面是以r为常数的球面，所 以远区辐射场是球面波。由于等相位面上不同点的E、H振幅并非 一定相同，所以又是非均匀球面波。
<17>
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远场与近场的转换
以上分析中是按照距离场源的远近来区分近区和远区，现在定量地 说明工程上如何划分这两个区域。
1 kr
,
1 (kr ) 2
,
1 (kr )3
当 kr 1 ，也即 r 2 上述三项的作用相同。
•工程定义： 远区： 近区：
r 10 2 r 0.1 2
•电磁兼容手册定义： 远区： r 2 近区： r 2
B A
Step3
jE H
电磁辐射的基本求解程序
<5>
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<5>
电基本振子：
作分子中
e jkR e jkr，分母中
R r 的近似，
A (aˆ r
cos
aˆ
sin )
4
Idl e jkr r
磁基本振子：
作 的泰勒展开， e jkR e jk (rRr) e jkr e jk (Rr) e jkr [1 jk (R r)]
<10>
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• 电基本振子
远场的特点： • 电场～1/r , 磁场～1/r 。 • 电场～f , 磁场～f 。 • 电场与磁场同相。 • TEM非均匀球面波。 • 电场与磁场成确定比例，与空间环 境特性相关。
电磁场与电磁波-电磁辐射
电磁波在无线通信中发挥着重要作用，如手机、无线局域网、卫 星通信等。
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。
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:
电磁辐射的基本原理PPT课件
• 而与大地辐射直接相关联的则是：地表的热 平衡
• 一方面：因太阳辐射引起地表增温，热能从地 表向地壳一定深度传导；
• 另一方面：地球内部的热能也要通过地壳向地 表传递。
两者在地下一定深度达到热量平衡 第12页/共43页
• 大地的长波辐射主要由太阳短波辐射转化而来-- 吸收可见光、近红外， 发射中、远 红外。
• 使地物的电磁波信息被减弱了强度或改变了成分--干扰了地物影像的真实色调。
第16页/共43页
2. 大气散射 -- 主要是各种微粒引起
• 比例因子q：表示散射的性质和强度与微 粒半径r及波长之间的关系 q＝2πr/λ r :微粒半径(μm )；λ:入射波长(μm)
第17页/共43页
（1）瑞利 (Rayleigh)散射--分子散射
ε物 ＝ M物／M黑 （目标物的辐射量(辐射出射度)与同温度下的黑体辐射之比 ）
第7页/共43页
基尔霍夫定律
• 在同一温度下，任何物体发射某一波长电磁波的能力， 与它对该波长电磁波的吸收能力成正比。 即：良好的吸收体亦是良好的发射体。
第8页/共43页
物体按发射辐射特性的分 类
• 1.黑体(Black body)
第9页/共43页
太阳辐射和大地辐射
（一）太阳辐射
• ⑴.太阳光谱是连续的，其能量分布也是连 续的；
• ⑵.太阳辐射的能量主要集中在可见光波段， 约占太阳总光谱能量的46％，其次是红外 波段；
• ⑶.峰值波长为0.47μm。
第10页/共43页
第11页/共43页
（二）大地辐射
• 大地辐射的能量来源主要为：太阳的短波辐 射和地球内部的热能。
• 辐射能的强弱及其随波长的分布取决于物体性质与温度的电磁辐射--热辐射（温度辐 射）
• 一方面：因太阳辐射引起地表增温，热能从地 表向地壳一定深度传导；
• 另一方面：地球内部的热能也要通过地壳向地 表传递。
两者在地下一定深度达到热量平衡 第12页/共43页
• 大地的长波辐射主要由太阳短波辐射转化而来-- 吸收可见光、近红外， 发射中、远 红外。
• 使地物的电磁波信息被减弱了强度或改变了成分--干扰了地物影像的真实色调。
第16页/共43页
2. 大气散射 -- 主要是各种微粒引起
• 比例因子q：表示散射的性质和强度与微 粒半径r及波长之间的关系 q＝2πr/λ r :微粒半径(μm )；λ:入射波长(μm)
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（1）瑞利 (Rayleigh)散射--分子散射
ε物 ＝ M物／M黑 （目标物的辐射量(辐射出射度)与同温度下的黑体辐射之比 ）
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基尔霍夫定律
• 在同一温度下，任何物体发射某一波长电磁波的能力， 与它对该波长电磁波的吸收能力成正比。 即：良好的吸收体亦是良好的发射体。
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物体按发射辐射特性的分 类
• 1.黑体(Black body)
第9页/共43页
太阳辐射和大地辐射
（一）太阳辐射
• ⑴.太阳光谱是连续的，其能量分布也是连 续的；
• ⑵.太阳辐射的能量主要集中在可见光波段， 约占太阳总光谱能量的46％，其次是红外 波段；
• ⑶.峰值波长为0.47μm。
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（二）大地辐射
• 大地辐射的能量来源主要为：太阳的短波辐 射和地球内部的热能。
• 辐射能的强弱及其随波长的分布取决于物体性质与温度的电磁辐射--热辐射（温度辐 射）
《电磁波的辐射 》课件
05
电磁波辐射的未来发展
电磁波辐射技术的改进
高效能电磁波辐射源
01
研发更高频率、更稳定、更高效的电磁波辐射源，以满足各种
应用需求。
电磁波辐射控制技术
02
研究更精确的电磁波辐射控制技术，实现定向、定点、定量的
电磁波辐射。
电磁波辐射安全标准
03
制定更严格的电磁波辐射安全标准，确保电磁波辐射对人体和
环境的安全。
环境监测领域
利用电磁波辐射进行大气污染 、水质监测、森林火灾等环境 监测，提高环境保护和应急响
应能力。
电磁波辐射对未来的影响
社会影响
随着电磁波辐射技术的广泛应用，人们的生活方式和社会 形态将发生深刻变化，需要关注由此带来的社会问题，如 隐私保护、信息安全等。
经济影响
电磁波辐射技术将带动相关产业的发展，创造更多的就业 机会和经济效益，同时需要关注由此产生的经济不平等问 题。
在真空或空气等介质中，电磁波 的传播速度是一个恒定的值，不
受其他因素的影响。
在其他介质中，如水、金属等， 电磁波的传播速度可能会受到介
质的折射率等因素的影响。
03
电磁波辐射的影响
对人体的影响
健康风险
长期暴露于高强度的电磁 波辐射可能增加患癌症、 神经退行性疾病和心血管 疾病的风险。
生理影响
电磁波辐射可能影响人体 生物电、神经系统和循环 系统，导致头痛、失眠、 记忆力减退等症状。
《电磁波的辐射》 PPT课件
目录
• 电磁波辐射概述 • 电磁波辐射的产生与传播 • 电磁波辐射的影响 • 电磁波辐射的防护 • 电磁波辐射的未来发展
01
电磁波辐射概述
电磁波的定义
01
《电磁辐射》课件
未来发展
电磁辐射的未来发展将进一步关注安全性和研发更有效的防护措施。
应对问题
我们需要如何合理应对电磁辐射问题，推动科学技术发展并关心公众健康。
《电磁辐射》PPT课件
欢迎来到本次《电磁辐射》PPT课件，让我们一起探索电磁辐射的世界！从概 念到影响，从来源到安全性，我们将全面了解电磁辐射的方方面面。
什么是电磁辐射
概念
电磁辐射指的是能量以电和磁场的形式传播的现象。
分类
电磁辐射可以分为电磁波和电磁粒子两种形式。
影响
电磁辐射对人体的影响是一个备受关注的话题。
电磁辐射的来源
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自然界中的电磁辐射
太阳辐射、宇宙射线和地球场辐射等都是自然界中 常见的电磁辐射。
人为产生的电磁辐射
电力工频辐射、无线电辐射和X射线等都是人为产生 的电磁辐射。
电磁辐射的安全性
安全标准
为了保护公众健康，电磁辐射有严格的安全标准。
危害因素
电磁辐射的危害因素包括辐射强度、辐射时间和辐射频率等。
常见电磁辐射源
常见电磁辐射源的辐射强度有所不同，我们需要了解它们对人体的影响。
电磁辐射的防护措施
1
防护法
电磁辐射防护法主要包括国家政策和法规。
2
防护的方法
个体防护和环境防护是有效预防电磁辐射的方法。
3
防护的设备
使用专业的电磁辐射防护设备有助于降低辐射风险。
结语
重要性
了解电磁辐射的重要性在于保护人体健康和环境。
电磁辐射的未来发展将进一步关注安全性和研发更有效的防护措施。
应对问题
我们需要如何合理应对电磁辐射问题，推动科学技术发展并关心公众健康。
《电磁辐射》PPT课件
欢迎来到本次《电磁辐射》PPT课件，让我们一起探索电磁辐射的世界！从概 念到影响，从来源到安全性，我们将全面了解电磁辐射的方方面面。
什么是电磁辐射
概念
电磁辐射指的是能量以电和磁场的形式传播的现象。
分类
电磁辐射可以分为电磁波和电磁粒子两种形式。
影响
电磁辐射对人体的影响是一个备受关注的话题。
电磁辐射的来源
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自然界中的电磁辐射
太阳辐射、宇宙射线和地球场辐射等都是自然界中 常见的电磁辐射。
人为产生的电磁辐射
电力工频辐射、无线电辐射和X射线等都是人为产生 的电磁辐射。
电磁辐射的安全性
安全标准
为了保护公众健康，电磁辐射有严格的安全标准。
危害因素
电磁辐射的危害因素包括辐射强度、辐射时间和辐射频率等。
常见电磁辐射源
常见电磁辐射源的辐射强度有所不同，我们需要了解它们对人体的影响。
电磁辐射的防护措施
1
防护法
电磁辐射防护法主要包括国家政策和法规。
2
防护的方法
个体防护和环境防护是有效预防电磁辐射的方法。
3
防护的设备
使用专业的电磁辐射防护设备有助于降低辐射风险。
结语
重要性
了解电磁辐射的重要性在于保护人体健康和环境。
电磁波辐射ppt课件
另一种影响是手机辐射的非热效应，也就是人体 的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和 有序的，一旦受到外界电磁场的干扰，处于平衡状 态的人体电磁场即将遭到破坏，人体组织也会遭受 损伤。它可能造成经常使用手机的人，产生比较严 重的神经衰弱症候群，如头痛，头晕乏力等不适， 记忆力降低以及一些潜在生物破坏。物理学家海兰 德指出，手机的真正危害来自于它的非热型辐射。 放射肿瘤学教授莫尔德认为，手机电磁辐射如同 X 光和太阳光的紫外线辐射，能破坏人体的脱氧核糖 核酸(DNA)，可能致癌。手机辐射非热效应的能量 危害可能更为严重，因为手机辐射的危害会不断积 累，作为致癌因素具有较长的潜伏期。
辐射防护三大基本方法1保持距离保持不射线源距离辐射强度不距离平方成正比2减少时间受到的辐射量不时间成正比3屏蔽防护在人和射线乊间增设屏蔽放射源运输车辆标识射线管理区外侧设置警示灯警示牌警示绳彩旗等射线种类组成速度贯穿本领电离作用射线射线粒子是氦原子核粒子是高速电子流波长很短的电磁波很小一张薄纸就能挡住很大能穿过几毫米厚的铝板能穿过几毫米厚的铅板射线接近等于很强很弱较弱11放射属于电离辐射一部分
10.改变非依赖电不可的心态电化制品环绕着的生活，曝露于电磁波的机会乃大增。
热效应对疾病的治疗作用
人体的疾病多种多样, 但一般来说分为两大类,即恶性肿 瘤和一般良性疾病. 电磁波的热效应对两类疾病均有治疗作 用. (1) 对肿瘤的治疗作用. 随着对电磁波及其应用技术的研究和 发展, 人们认识了电磁波对生物组织的热效应以及对肿瘤 有效治疗作用, 对加热治疗肿瘤有了更加理性的认识. 首先 是肿瘤组织细胞与正常组织细胞相比对加热敏感, 41～ 43℃即死亡, 而正常组织在这个温度范围内不受损伤; 第二, 癌组织中含水量明显高于正常组织, 且肿瘤组织内血管紊 乱, 血流量低, 仅为正常组织的2 %～ 15 % , 电磁波辐射后 使瘤体发热容易、散热慢, 很快形成高温. 以上两点就形成 了瘤体组织高温致死时间远少于正常组织的原因. (2) 对良性疾病的治疗作用. 电磁波的热效应使皮下组织温度 上升, 致使毛细血管扩张, 加速血液流动, 使微循环血流量 能增加1 倍, 致使病变组织微循环得到充分的改善, 吸收能 量养分、排除废物, 以促进病变组织的新陈代谢, 增强机体 的生物免疫功能, 提高细胞活力, 改善局部组织的营养状态, 达到治疗疾病的目的
电磁场与电磁波电磁波的辐射
一个通有高频电流的小电流环的等效模 型称为磁偶极子。
磁偶极子是根据电磁对偶性派生出来的 概念。
2. 对偶原理的应用
引入磁荷和磁流的概念之后，磁场各物理
麦克斯韦尔方程：
量就和电场各物理量一一对应起来了。
H J D t
E B t
D=
B 0
D H Je t
B E Jm t D e B m
电磁场与电磁波
第8章 电磁波的辐射
一、辐射的基本概念
1. 什么是辐射？ 辐射：随时间变化的电磁场离开波源向空
间传播的现象。 产生辐射的源称为天线。
2. 辐射产生的必要条件 （1）时变源存在。 （2）源电路是开放的。
3. 影响辐射强弱的原因 （1）源电路尺寸与辐射波的波长相比拟时
辐射较为明显。 （2）源电路越开放，辐射就越强。
E
j Il 2
e jkR R
sin
H
j Il
2
e jkR
R
sin
由对偶原理得出：磁偶极子的辐射场
E
j Iml
2
e jkR R
sin
H
j Iml
2
e jkR R
sin
磁流源
Iml jIS
可见：利用对偶原理求解电磁学的一些问题，可大大简化推导过程。
电磁场与电磁波
第8章 电磁波的辐射
4
R,t 1
J e j(tkR) C
dV
'
V
R
e j(tkR) V
dV
'
4 V R
电磁场与电磁波
第8章 电磁波的辐射
3. 由 AR,t 和 R,t 的表示式可知
A R,t
磁偶极子是根据电磁对偶性派生出来的 概念。
2. 对偶原理的应用
引入磁荷和磁流的概念之后，磁场各物理
麦克斯韦尔方程：
量就和电场各物理量一一对应起来了。
H J D t
E B t
D=
B 0
D H Je t
B E Jm t D e B m
电磁场与电磁波
第8章 电磁波的辐射
一、辐射的基本概念
1. 什么是辐射？ 辐射：随时间变化的电磁场离开波源向空
间传播的现象。 产生辐射的源称为天线。
2. 辐射产生的必要条件 （1）时变源存在。 （2）源电路是开放的。
3. 影响辐射强弱的原因 （1）源电路尺寸与辐射波的波长相比拟时
辐射较为明显。 （2）源电路越开放，辐射就越强。
E
j Il 2
e jkR R
sin
H
j Il
2
e jkR
R
sin
由对偶原理得出：磁偶极子的辐射场
E
j Iml
2
e jkR R
sin
H
j Iml
2
e jkR R
sin
磁流源
Iml jIS
可见：利用对偶原理求解电磁学的一些问题，可大大简化推导过程。
电磁场与电磁波
第8章 电磁波的辐射
4
R,t 1
J e j(tkR) C
dV
'
V
R
e j(tkR) V
dV
'
4 V R
电磁场与电磁波
第8章 电磁波的辐射
3. 由 AR,t 和 R,t 的表示式可知
A R,t
电磁辐射环境知识讲义ppt
辐射的度量和单位
辐射通量、辐射通量密度
辐射通量及单位：
定义：单位时间通过任意面积上的辐射能量。
单位：J·s-1或W
辐射通量密度（E）及单位 定义：单位面积上的辐射通量。 单位： J·s-1·m-2或W·m-2
E=dF/(ds.dt)
dF
dF
ds
ds
辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力或放射能力。
光通量、光通量密度、照度 光通量及单位 定义：表征辐射通量而产生光感觉的量。 单位：流明（lm） 光通量密度及单位 定义：单位面积上的光通量。 单位：流明/米2（lm·m-2） 照度及单位
定义：单位面积上接受的光通量。 单位： lx，音译为勒克斯，1 lx=1 lm·m-2
物体对辐射的吸收、反射和透射 概念
地面的辐射能力，主要决定于地面本身的温度。
由于辐射能力随辐射体温度的增高而增强，所以，
白天，地面温度较高，地面辐射较强；夜间，地 面温度较低，地面辐射较弱。
(3)海拔高度
• 当海拔升高时，大气透明系数增大，总辐 射也增大。
(4)云量
云量增多，总辐射可能增大，也可能减小，分为 以下三种情况：
①当天空乌云密布时，直接辐射为零（Sˊ=0），
到达地面的辐照度以散射辐射（D）为主，但其值也 减小，则这时的总辐射（Q）必定减小。
②当部分天空有云，且云遮住阳光，这时，对该
太阳辐射强度
• 太阳辐射强度就是太阳在垂直照射情况下 在单位时间(一分钟、一天、一个月或者一 年)内，单位面积面积上所得到的辐射能量 。 用符号S表示,其单位为J/ (m2.s) 。
2、太阳辐射在大气中的减弱
• 太阳辐射先通过大气圈，然后到达地表， 由于大气对太阳辐射有一定的吸收、散射 和反射作用，使投射到大气上界的太阳辐 射不能完全到达地面，所以在地球表面所 呈现的太阳辐射强度比1367瓦／米2小。
关于电磁辐射及原理课件
距离远小于波长(r << )的区域称为近区；反之， (r >> )的区域称为远
区。 我们将会逐渐体会到物体对于电磁场的影响，其绝对的几何尺寸 是无关紧要的。具有重要意义的是物体的尺寸相对于波长的大小，以波长 度量的几何尺寸称为物体的波长尺寸。
位于近区中的电磁场称为近区场，位于远区中的电磁场称为远区场。
已知 H 1 A，对于远区场仅需考虑与距离r 一次方成反比的分
量，因此，求得远区磁场强度为
H e jk 4 lπ s r Iie n jk re jklc I 4 π r o cs o e jk sr
j2 Ilr(esin eco cso )e sjkr
又知远区场是向正 r 方向传播的TEM波，因此，电场强度 E 为
天线的极化特性和天线的类型有关。天线可以产生线极化、圆极化或 椭圆极化。当天线接收电磁波时，天线的极化特性必须与被接收的电磁 波的极化特性一致。否则只能收到部分能量，甚至完全不能接收。
例如，只有当线天线的导线与被接收的电磁波电场方向一致时，才能 在导线上产生最大的感应电流。当两者垂直时，不可能产生感应电流， 因而不可能收到该电磁波。
该线电流 I 产生的矢量磁位 A 为
x
A(r) Iejk|rr| dl
4π l |rr|
式中r 为场点， r' 为源点。
由于l , l r ，可以认为上式中|rr|r，又因电流仅具有z
分量，即 dlezdl，因此 A(r)ezAz
式中
Az
I l
4 πr
ejkr
为了讨论天线的电磁辐射特性，使用球坐标系较为方便。那么，求
远区场。因 r， kr 2πr ，1 则上式中的高次项可以忽略，结
果只剩下及两个分量 H和 E， 经整理后得
区。 我们将会逐渐体会到物体对于电磁场的影响，其绝对的几何尺寸 是无关紧要的。具有重要意义的是物体的尺寸相对于波长的大小，以波长 度量的几何尺寸称为物体的波长尺寸。
位于近区中的电磁场称为近区场，位于远区中的电磁场称为远区场。
已知 H 1 A，对于远区场仅需考虑与距离r 一次方成反比的分
量，因此，求得远区磁场强度为
H e jk 4 lπ s r Iie n jk re jklc I 4 π r o cs o e jk sr
j2 Ilr(esin eco cso )e sjkr
又知远区场是向正 r 方向传播的TEM波，因此，电场强度 E 为
天线的极化特性和天线的类型有关。天线可以产生线极化、圆极化或 椭圆极化。当天线接收电磁波时，天线的极化特性必须与被接收的电磁 波的极化特性一致。否则只能收到部分能量，甚至完全不能接收。
例如，只有当线天线的导线与被接收的电磁波电场方向一致时，才能 在导线上产生最大的感应电流。当两者垂直时，不可能产生感应电流， 因而不可能收到该电磁波。
该线电流 I 产生的矢量磁位 A 为
x
A(r) Iejk|rr| dl
4π l |rr|
式中r 为场点， r' 为源点。
由于l , l r ，可以认为上式中|rr|r，又因电流仅具有z
分量，即 dlezdl，因此 A(r)ezAz
式中
Az
I l
4 πr
ejkr
为了讨论天线的电磁辐射特性，使用球坐标系较为方便。那么，求
远区场。因 r， kr 2πr ，1 则上式中的高次项可以忽略，结
果只剩下及两个分量 H和 E， 经整理后得
电磁辐射既具有波的性质课件.ppt
b. 频率ν:为空间某点的电场每秒钟 到达正极大值的次数，即每秒辐射 振荡的次数。ν =1/T，单位为s-1或 赫兹（1Hz即为1s-1）。
c. 波长：相邻两极大或极小值之间
的距离。所用单位随着不同的电磁 波区而不同。常用的单位有（cm）
(μm.106 m).纳米 (nm,109 m).
0
A 108 cm 1010 m
γx
紫外区 可见光区 红外区 ←波谱区
高频 辐射区
200nm 400nm
750nm
光学光谱区 分子、振动、 转动能级跃迁
λ
电子自旋 核自旋能
级跃迁
图3-2
3. 光谱的分类 1) 本质上分（根据电磁辐射的本质）， 光谱方法可分为： a. 原子光谱 气态原子 b. 分子光谱 气态或液态分子 （原子和分子是产生光谱的基本粒子, 由于他们的结构不同, 其光谱特性 也不同）
d. 波数: 每厘米内波的数目, 即单位
距离中极大值的数目, 它等于以厘
米为单位的真空中的波长的倒数.
σ
1 λ
单位为cm-1
e. 传播速度v: 波在一秒钟内通过的
距离, 由于波每秒有v次振动，而每
秒振动通过的距离为λ,
所以v = λv （3-1）
辐射的频率只决定于辐射源,而与
介质无关.
传播速度v和波长λ则与介质有关,
1.电磁辐射 电磁辐射是以巨大速度通过空间，不需 要以任何物质作为传播媒介的一种能量。 近代研究和实验结果表明，电磁辐射既 具有波的性质，也具有粒子的性质，该 二重性可以被波动力学统一起来。
（1）电磁辐射的波动性 根据经典物理的观点：电磁波是具有相 同位相的两个互相垂直的振动矢量。
一个是沿y轴方向变化的电场矢量E，一 个是沿Z轴方向变化的磁场矢量H、E和 H都与电磁波的传播方向垂直，如图3-1 所示。
电磁辐射
原理
电场和磁场的交互变化产生的电磁波，电磁波向空中发射或泄漏的现象，叫电磁辐射。电磁辐射是一种看不 见、摸不着的场。人类生存的地球本身就是一个大磁场，它表面的热辐射和雷电都可产生电磁辐射，太阳及其他 星球也从外层空间源源不断地产生电磁辐射。围绕在人类身边的天然磁场、太阳光、家用电器等都会发出强度不 同的辐射。电磁辐射是物质内部原子、分子处于运动状态的一种外在表现形式。
电磁辐射
物理学术语
01 原理
03 衍生能量 05 常用公式
目录
02 类型 04 麦克斯韦方程组 06 污染来源
07 相关危害
09 预防措施
目录
08 家用电器辐射 010 环境控制限值
电磁辐射是由同向振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式传递动量和能量，其传播方向垂直于电 场与磁场构成的平面。电场与磁场的交互变化产生电磁波，电磁波向空中发射或传播形成电磁辐射。
关于电磁污染标准的学界争论还在继续，但我们还需在各种电磁辐射环境中工作与生活，作为这世界上平凡 而弱小生命的一员，人们又该如何预防并减轻电磁辐射对自身的伤害呢？
①居住、工作在高压线、变电站、电台、电视台、雷达站、电磁波发射塔附近的人员，佩带心脏起搏器的患 者，经常使用电子仪器、医疗设备、办公自动化设备的人员，以及生活在现代电器自动化环境中的人群，特别是 抵抗力较弱的孕妇、儿童、老人及病患者，有条件的应配备针对电磁辐射，将电磁辐射最大限度地阻挡在身体之 外。
常用公式
注：k为库伦常数，q、Q为电荷量，r为距离。
污染来源
天然电磁污 染源
人为电磁污 染源
天然的电磁辐射污染主要来自地球的热辐射、太阳热辐射、宇宙射线、雷电等，它是由自然界的某些自然现 象所引起的，在天然电磁辐射中，以雷电所产生的电磁辐射最为突出。由于自然界发生某些变化，常常在大气层 中引起电荷的电离，发生电荷的蓄积，当达到—定程度时就会引起火花放电，火花放电的频率极宽，造成的影响 可能也会较大。另外，如火山爆发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等也都会产生电磁干扰。除了对电器设备、 飞机、建筑物等直接造成危害外，天然的电磁辐射对短波通讯的干扰特别严重，这也是电磁辐射污染的危害之 一。
电磁场与电磁波 课件
国际标准
国际非电离辐射防护委员会（ ICNIRP）制定了电磁辐射的安全标 准，限制了公众暴露在特定频率和强 度的电磁场中的最大容许暴露量。
各国标准
不同国家和地区根据自身情况制定了 相应的电磁辐射安全标准，以确保公 众的健康安全。
电磁波的防护措施
远离高强度电磁场
尽量减少在高压线、变电站、雷 达站等高强度电磁场区域的停留
射电望远镜是射电天文学的主要观测设备，可以接收来自宇宙的微弱射电信号。
射电天文学的发展对于人类认识宇宙、探索宇宙奥秘具有重要意义。
电磁波探测与成像
电磁波探测与成像技术利用电磁波的 特性，实现对物体内部结构的探测和 成像。
电磁波探测与成像技术对于医学诊断 、无损检测等领域具有重要意义。
医学上常用的超声波、核磁共振等技 术都是基于电磁波的探测与成像原理 。
这些物理量在电磁场与物质相互作用中起着重要作用，例如在光子与物 质的相互作用中，光子的能量和动量会与物质的能量和动量发生交换。
06
电磁场与电磁波的计算机模 拟
时域有限差分法（FDTD）
总结词
一种用于模拟电磁波传播的数值方法，通过在时域上逐步推进电磁场的变化来求解波动 方程。
详细描述
时域有限差分法（FDTD）是一种基于麦克斯韦方程组的数值计算方法，通过将电磁场 分量在空间和时间上交替离散化，将波动方程转化为差分方程，从而在计算机上实现电 磁波传播过程的模拟。这种方法在计算电磁波传播、散射、吸收等过程中具有广泛的应
磁场
磁Hale Waihona Puke 和电流周围存在的一种特殊 物质，对其中运动的磁体和电流 施加力。
电磁场与电磁波的产生
1 2
3
变化的电场产生磁场
根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场在其周围产生磁场 。
国际非电离辐射防护委员会（ ICNIRP）制定了电磁辐射的安全标 准，限制了公众暴露在特定频率和强 度的电磁场中的最大容许暴露量。
各国标准
不同国家和地区根据自身情况制定了 相应的电磁辐射安全标准，以确保公 众的健康安全。
电磁波的防护措施
远离高强度电磁场
尽量减少在高压线、变电站、雷 达站等高强度电磁场区域的停留
射电望远镜是射电天文学的主要观测设备，可以接收来自宇宙的微弱射电信号。
射电天文学的发展对于人类认识宇宙、探索宇宙奥秘具有重要意义。
电磁波探测与成像
电磁波探测与成像技术利用电磁波的 特性，实现对物体内部结构的探测和 成像。
电磁波探测与成像技术对于医学诊断 、无损检测等领域具有重要意义。
医学上常用的超声波、核磁共振等技 术都是基于电磁波的探测与成像原理 。
这些物理量在电磁场与物质相互作用中起着重要作用，例如在光子与物 质的相互作用中，光子的能量和动量会与物质的能量和动量发生交换。
06
电磁场与电磁波的计算机模 拟
时域有限差分法（FDTD）
总结词
一种用于模拟电磁波传播的数值方法，通过在时域上逐步推进电磁场的变化来求解波动 方程。
详细描述
时域有限差分法（FDTD）是一种基于麦克斯韦方程组的数值计算方法，通过将电磁场 分量在空间和时间上交替离散化，将波动方程转化为差分方程，从而在计算机上实现电 磁波传播过程的模拟。这种方法在计算电磁波传播、散射、吸收等过程中具有广泛的应
磁场
磁Hale Waihona Puke 和电流周围存在的一种特殊 物质，对其中运动的磁体和电流 施加力。
电磁场与电磁波的产生
1 2
3
变化的电场产生磁场
根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场在其周围产生磁场 。
电磁场与电磁波课件
电磁波的散射与衍射
散射
当电磁波遇到尺寸远小于其波长 的障碍物时，会产生散射现象， 散射波向各个方向传播。
衍射
当电磁波遇到尺寸接近或大于其 波长的障碍物时，会产生衍射现 象，衍射波在障碍物后形成复杂 的干涉图样。
03
电磁波的辐射与接收
天线的基本概念与分类
天线的基本概念
天线是用于发射和接收电磁波的设备，在通信、雷达、无线电等系统中广泛应 用。
再经过信号处理得到目标的图像。
02
系统组成
红外成像系统主要由光学系统、红外探测器和信号处理系统组成。
03
电磁场与电磁波在红外成像中的应用
电磁场与电磁波在红外成像中用于接收目标的辐射信息，经过处理得到
目标的图像。
05
电磁场与电磁波实验
电容与电感测量实验
总结词
掌握电容和电感的基本测量方法
详细描述
通过实验学习如何使用电桥、交流电桥等基本测量工具，了解不同类型电容和电感的工作原理和测量方法，掌握 电容和电感的基本特性。
折射率与波长有关
不同媒质对不同波长的电磁波有不 同的折射率。
电磁波的反射与折射
反射定律
当电磁波遇到不同媒质的分界面时， 一部分能量返回原媒质，一部分能量 进入新媒质。反射波和入射波的振幅 和相位关系遵守反射定律。
折射定律
当电磁波从一种媒质进入另一种媒质 时，其传播方向发生改变，这种现象 称为折射。折射定律描述了折射角与 入射角、折射率之间的关系。
电磁场与电磁波课件
目录
• 电磁场的基本概念 • 电磁波的传播特性 • 电磁波的辐射与接收 • 电磁场与电磁波的应用 • 电磁场与电磁波实验 • 总结与展望
01
电磁场的基本概念
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原理求解线天线和阵列天线的辐射问题。
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
3
本章内容
8.1 滞后位
8.2 电偶极子的辐射 8.3 电与磁的对偶性 8.4 磁偶极子的辐射 8.5 天线的基本参数
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
4
8.1 滞后位
在第4章引入了动态矢量位和动态标量位： A E B A 2 t A 2 A 2 J t 在洛仑兹条件下，其方程为 2 2 2 z t P 其解为：
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
1
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
2
● 产生电磁波的振荡源一般为天线。随着振荡源频率的提高使电 磁波的波长与天线尺寸可相比拟时，就会产生显著的辐射。 ● 对于天线，我们关心的是它的辐射场强、方向性、辐射功率和 效率。 ● 天线的形式可分为线天线和面天线。 ● 本章由滞后位的概念出发，求解元电流的辐射场。再利用叠加
E k Il sin [ j 1 4 π kr (kr ) E 0
3
k 3 Il cos 1 j jk r Er [ ]e 2π (kr (kr )3
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
12
8.2.2 电偶极子的近区场和远区场 电偶极子周围的空间划分为三 个区域： 近场区： kr 1
近场区
远场区： kr 1
过渡区：
远场区
过渡区
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射 13 1 1 1 jk r 1. 近区场： kr 1 , e 1 2 3 kr (kr ) (kr ) k 3 Il cos 1 j Il cos jk r Er [ ]e Er j 2 3 2π (kr ) (kr ) 2 π r 3 Il sin k 3 Il sin j 1 j jk r E j 3 E [ ]e 2 3 4 π r 4π kr (kr ) (kr ) Il sin 2 H k Il sin j 1 2 jk r 4 π r H [ ]e 4π kr (kr ) 2 I j q pe cos ql cos Er 3 2 π r 2π r 3 E ql sin pe sin 4π r 3 准静态场 2π r 3 H Il sin2 4 πr
3 k 3 Il cos 1 j k Il sin j 1 j jk r jk r er [ ]e e [ ]e 2π (kr )2 (kr )3 4π kr (kr )2 (kr )3
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
11
写成分量形式
Hr 0 H 0 2 k H Il sin [ j 1 ]e jk r 4π kr ( kr) 2
电偶极子辐射是天线工程中最基本的问题。
本节内容
8.2.1 电偶极子的电磁场
8.2.2 电偶极子的近区场和远区场
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
8
8.2.1 电偶极子的电磁场 设电偶极子电流为I，长度为l，电流为z 方向, 则
JdV e z
代入 A(r ) 子的矢量位
I Sdz e z Idz S
k
2 2
1 r 4 π Ar
r e jk r r
r r
V
dV
4 π V
jk r r J r e dV r r
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
7
8.2 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。
Il
4πr
cos e jk r
z
Ar
A
Il
4 πr
sin e jk r
O
A (r , t ) A e 0
x
A
y
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
10
由此得到电偶极子的电磁场：
er 1 1 H A r 2 sin r Ar
r
滞后位
r r
y
V
x
O
r
dV
1 (r , t r r ) 1 v ( r , t ) dV V 4 π r r 1 J (r , t r r ) A(r , t ) v dV V 4π r r
z
4π V
Je jk r dV 得电偶极 r
P
r
y
Il jk r e jk r e A(r ) ez Idz e z 4π C r 4πr
l
x
O
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
9
在球坐标系中
Ar (r ) A er Az cos
A (r ) A e Az sin
间，故称为滞后位或推迟位。
例如：日光是一种电磁波，在某处某时刻见到的日光并不是 该时刻太阳所发出的，而是在大约8分20秒前太阳发出的，8分20 秒内光传播的距离正好是太阳到地球的平均距离。
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
6
时谐电磁场的位函数
B A
E j A
2 A k 2 A J
k 2 Il sin j 1 jk r e [ ]e 4π kr (kr ) 2 er
re rA
r sin e r sin A
re rH
r sin e r sin H
1 E H j j r 2 sin r Hr 1
电磁场与电磁波
第 8 章 电磁辐射
5
物理意义： 时刻 t 空间任意一点 r 处的位函数并不取决于该时刻的电流 和电荷分布，而是取决于比 t 较早的时刻 t t r r / v 的电流 或电荷分布。时间 r r / v 正好是电磁波以速度 v 1/ 从 源点 r 传到场点 r 所需的时间。 换言之，观察点处位函数随时间的变化总是滞后于源随时间 的变化。滞后的时间是电磁波从源所在位置传到观察点所需的时