ihmmzdyy西院电磁波电磁场课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,理论，具备分析和解决基本的电磁场工程问题的能力。,先修课程：高等数学，大学物理（电磁学），电路，电动力学等,后继课程：通信原理，数字信号处理，微波理论等,二、电磁场理论的主要研究领域,作为理论物理学的一个重要研究分支，主要致力于统一场理论和宏观量子电动力学的研究。,作为无线电技术的理论基础，集中于三大类应用问题的研究。,三大类应用问题：,1、,能源-电磁场（或电磁波）作为能量的一种形式，是当今世界最重要的能源，其研究领域涉及电磁能量的产生、储存、变换、传输和综合利用。,2、信息传输-电磁波作为信息传输的载体，成为当今人类社会发布和获取信息的主要手段，主要研究领域为信息的产生、获取、交换、传输、储存、处理、再现和综合利用。,3、探测手段-电磁波作为探测未知世界的一种重要手段，主 要研究领域为电磁波与目标的相互作用特性、目标特征的获取与重建、探测新技术等。,三、,电磁场理论发展简史,1,电磁场理论的早期研究,电、磁现象是大自然最重要的往来现象，也是最早被科学家们关心和研究的物理现象，其中贡献最 大的有来顿、富兰克林、伏打、法拉第等科学家。,19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现 象，没有发现电与磁的联系。但是由于这些研究 （特别是伏打1799年发明了电池），为电磁学理论的建立奠定了基础。,2电磁场理论的建立,18世纪末期，德国哲学家谢林认为，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他认为电就是宇宙的活力，是宇宙的灵魂；电、磁、光、热是相互联系的。,3电磁场理论的应用和发展,1887年，德国科学家赫兹用火花隙激励一个环状天线，用另一个带隙的环状天线接收，证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言，这一重要的实验导致了后来无线电报的发明。从此开始了电磁场理论应用与发展时代，并且发展成为当代最引人注目的学科之一。,(1）无线电报 1895年，意大利马可尼成功地进行了 2.5公里距离的无线电报传送实验。1896年，波波夫进行了约250米距离的类似试验,1899年,无线电报跨越英吉利海峡的试验成功；1901年，跨 越大西洋的3200公里距离的试验成功。马可尼以其在无线电报等领域的成就，获得了1909年的诺贝尔物理学奖。无线电报的发明，开始了利用电磁波时期。,（,2）,有线电话 1876年,美国A.G.贝尔在美国建国100周年博览会上展示了他所发明 的有线电话。此后,有线电话便迅速普及开来。,(3)广播 1906年，美国费森登用50千赫频率发电机作发射机，用微音器接入天线实现调制，使大西洋航船上的报务员听到了他从波士顿播出的音乐。1919年，第一个定时播发 语言和音乐的无线电广播电台在英国建成。次年，在美国的匹兹堡城又建成一座无线电广播电台。,（4）电视 1884年，德国尼普科夫提出机械扫描电视的设想，1927年，英国贝尔德成功地用电话线路把图像从伦敦传至大西 洋中的船上。兹沃霄金在1923和1924年相继发明了摄像管和显像管。1931年，他组装成世界上第一个全电子电视系统。,（5）雷达（Radio Detection and Ranging）,二次世界大战前夕，飞机成为主要进攻武器。英、美、德、法等国竞相研制一类能够早期警戒飞机的装置。1936年，英国的瓦特设计的警戒雷达最先投入了运行。有效地警戒了来自德国的轰炸机。1938年，美国研制成第一部能指挥火炮射击的火炮控制雷达。1940年，多腔磁控管的发明，微波雷达的研制成为可能。1944年，能够自动跟踪飞机的雷达研制成功。1945年，能消除背景干扰显示运动目标的显示技术的发明,使雷达更加完善。在整个第二次世界大战期间,雷达成了电磁场理论最活跃的部分。,（6）卫星通信技术 1958年,美国发射低轨的“斯科尔”卫星成功,这是第一颗用于通信的试验卫星。1964年,借助定点同步通信卫星首次实现了美、欧、非三大洲的通信和电视转播。1965年,第一颗商用定点同步卫星投入运行。1969年,大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定点同步通信卫星,卫星地球站已遍布世界各国，这些卫星地球站又和本国或本地区的通信网接通。卫星通信经历10年的发展，终趋于成熟。,（7）卫星定位技术 1958年卫星发射成功后，人们试图将雷达引入卫星，实现以卫星为基地对地球表面及近地空间目标的定位和导航。1958年底，美国开始研究实施这一计划，于1964年研究成功子午仪卫星导航系统。1973年美国提出了由24颗卫星组成的实用系统新方案，即GPS计划。它是英文 Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System 的字头缩写NAVSTAR/GPS的简称，其含义是利用导航卫星进行测时和测距。1990年最终的GPS方案是由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。,四、电磁场理论的主要研究对象,1、,电磁场的基本属性及其运动规律,2、波与物质的相互作用及信息的提取,3、电磁场系统的计算方法，仿真技术,4、工程技术应用中的电磁场理论问题,五、学习的目的、方法及其要求,1、掌握宏观电磁场的基本属性和运动规律,2、掌握宏观电磁场问题的基本求解方法,3、了解宏观电磁场的主要应用领域及其原理,4、训练分析问题、归纳问题的科学方法,5、培养用数学解决实际问题的能力,6、动手、动脑，独立完成作业，做好课堂笔记,7、精读一至二本教学参考书,六、主要参考书,【1】,谢处方，电磁场与电磁波，第四版 高等教育出版社,【2】毕德显，电磁场理论，电子工业出版社,【3】郭硕鸿，电动力学（第二版）,【4】王蔷等，电磁场理论基础，清华大学出版社,广播、电视，还是导航、遥控遥测，都是通过电磁波传递信息来进行工作的。因此以宏观电磁理论为基础，电磁信息的传输和转换为核心的电磁场与电磁波工程技术将充分发挥其重要作用。下面以无线电通信系统为例来说明。,接收机,接收天线,馈线,导行波,导行波,导行波,导行波,发射机,发射天线,馈线,导行波,导行波,发射机末级回路产生的高频振荡电流经过馈线送到发射天线，通过发射天线将其转换成电磁波辐射出去；到了接收端，电磁波在接收天线上感生高频振荡电流，再经馈线将高频振荡电流送到接收机输入回路，这就完成了信息的传递。在这个过程中，经历了电磁波的,传输,、,发射,、,传播,、,接收,等过程。,传输导行电磁波,发射和接收天线,传播入射、反射、透射、绕射,一些常见的天线和馈线,中、短波发射天线,微波接力天线,卡塞格仑天线,MMDS-A,型微波天线,MMDS-C,型微波天线,对数周期天线,矩形波导,圆波导,平行双线,同轴线,微带线,要掌握天线发射和接收电磁波的机理和性能，必须掌握电磁场与电磁波的基本理论和技术。,要掌握电磁波传输的机理和性能，了解构成导波系统的元件和器件的性能，就必须掌握电磁场与电磁波的基本理论和技术。,要掌握电磁波传播的机理和性能，了解电磁波在水下或地下如何传播，了解在地面站和卫星之间如何传播，就必须掌握电磁场与电磁波的基本理论和技术。,总之，一切无线电工程系统，如前面提到的移动通信、卫星通信、雷达、电视、微波遥感,都包含许许多多电磁场与电磁波的基础理论问,题，而且不断地对以电磁场与电磁波为基础理论的无线电技术、微波技术提出新的课题。因而电磁场与电磁波基础理论将始终发挥着重要作用，且不断扩充其应用领域。,此外，随着现代科学技术的发展，电子、电气系统获得越来越广泛的应用。运行中的电子、电气设备大多伴随着电磁能量的转换，使得高密度、宽频谱的电磁信息充满整个人类的生存空间，构成极其复杂的电磁环境，出现了电磁干扰和电磁污染，使电子系统受到严峻的挑战，人类生存受到威胁。人们面临的一个新问题就是如何提高电子系统在复杂电磁环境下正常运行的能力，如何改善人类生存环境。,在这样的背景下提出了电磁兼容的概念，逐渐形成了一门新学科,电磁兼容性,（,Electromagnetic Compatibility,简写为,EMC）。,电子系统的电磁兼容性的分析、计算、试验都要用到大量的电磁场理论知识，应用到电路的基础知识，甚至生物医学知识。可以说，电磁兼容学科是电磁场学科和其他相关学科相结合而形成的新学科。,生物电磁学,也是与电磁场相关联的一门新学科，它研究电磁场与生物系统的相互作用、相互影响的关系，电磁场与电磁波无疑是其讨论的理论依据。,电磁波作为人类的先驱，作为地球的使者率先访问了月球，然后才实现了人的登月。在人类目前尚不能进入的茫茫宇宙空间，将电磁波作为尖兵打头阵，为人们提供信息。电磁波也将作为科学发明的先驱，照亮科学与技术发展的前进道路！,