电磁场与微波技术绪论概要

任课教师：杨天虹[e-mail]电磁场与微波技术ElectromagneticFieldsandMicrowaveTechnology绪论一、电磁场理论的主要研究领域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。电磁场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微观量子电动力学的研究。三大类应用问题：♥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。♥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。♥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。二、电磁场理论的应用和发展广播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。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。马可尼以其在无线电报等领域的成就，获得了1909年的诺贝尔奖金物理学奖。无线电报的发明，开始了利用电磁波时期。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。雷达二次世界大战前夕，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。电视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。1931年，兹沃霄金组装成世界上第一个全电子电视系统。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。当今世界，电子信息系统，不论是通信、雷达、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。三、本课程的任务接收机接收天线馈线下行波发射机发射天线馈线导行波接收机接收天线接收机接收天线发射机发射天线馈线接收机接收天线导行波发射机发射天线馈线接收机接收天线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，经历了电磁波的发射、传播、接收等过程。1.通信系统组成2.本课程任务研究载有信息的电磁波在无线信道及有线信道中的传输特性。四、本课程的特点1.理论推导与抽象思维多2.物理概念多3.所需的数学知识多4.直观性实验少五、完成本课程的对策1.教师方面（1）强调物理概念，多做定性分析（2）严格要求学生，耐心辅导2.学生方面（1）课上消化教学内容（2）按时按质按量完成作业（3）不懂就问六、成绩评定期末成绩=作业成绩（10%）+实验成绩（10%）+卷面成绩/论文成绩（80%）注：作业准备两个本，每周上交一次八、参考书1.杨儒贵.电磁场与波简明教程.西安：西安交通大学出版社2.孔金鸥.电磁波理论.北京：电子工业出版社3.高建平,等.电波传播典型题解析及自测试题.西安：西北工业大学出版社4.任伟，等.电磁场与微波技术.北京：电子工业出版社5.林志瑷，等。电磁场工程基础.北京：高等教育出版社6.谢处方.电磁场与电磁波.北京：高等教育出版社七、教材《电磁波工程基础》第一章矢量分析§1-1标量、矢量及场的概念§1-2矢量的运算规则§1-3正交坐标系§1-4矢量的运算方法§1-5空间微分元§1-6标量函数（场）的梯度§1-7矢量场的散度§1-8矢量场的旋度§1-9场论（初步）一、标量1.定义：只有大小，没有方向的物理量1.定义：既有大小又有方向且满足平行四边形法则的物理量如:力、速度、电场等FEv如：温度T、长度l等§1-1标量、矢量及场的概念记法：A、T、a、t……二、矢量注：矢量书写时，印刷体为场量符号加粗，如A。教材上符号即为印刷体记法：、……Aa电流i是标量还是矢量？ˆ||AAa矢量还可以表示为：5.单位矢量：模为1的矢量记为：、一个矢量就表示成矢量的模与单位矢量的乘积。Aˆaˆ3.矢量的相等：大小相等且方向相同注：两个相等的矢量总可以经过平移使它们完全重合4.矢量的负：大小相等且方向相反注：将矢量旋转180度即为其负2.矢量的模：矢量的长度或大小称为其模，为正实数记为：AA三、场的概念1.定义：广义而言，具有分布特性的物理量可视为具有相应物理意义的场。【分析】物理量在空间中以某种形式分布，若每一时刻每个位置该物理量都有一个确定的值，则称在该空间中确定了该物理量的场；即研究的是某一区域某一段时间的物理量的分布和变化规律。2.分类按物理量的性质标量场物理量为标量（温度场,电位场）矢量场物理量为矢量（电场、磁场）按物理量变化特性静态场物理量不随时间的变化而变化时变场（动态场）物理量随时间的变化而变化一.加法:矢量加法是矢量的几何和,服从平行四边形规则。a.满足交换律：ABBAb.满足结合律：CABBACBAC()()()()ABCDACBD§1-2矢量的运算规则zoyx根据矢量加法运算：xyzAAAA在直角坐标系下:AxAyAzA推论：求多个矢量相加，可让它们首尾相连，结果为由第一个矢量的始端指向最后一个矢量的终端的矢量。二、减法：换成加法运算()DABABBABDBAD三.矢量与标量相乘（数乘）1.定义：0ˆ||00kkAkAakk方向不变，大小为|k|倍方向相反，大小为|k|倍2.性质：21212121321AfAfAAfAfAfAffAgfAfgfAAf（交换律）（结合律）（分配律）四.矢量的标量积（点积）：||||cosABABBA1.定义：2.性质：12ABBAABDABAD（交换律）（分配律）（3）垂直特性:当两个非零矢量点积为零,则这两个矢量必正交。BABABA)00(0且两矢量的点积含义：一矢量在另一矢量方向上的投影与另一矢量模的乘积，其结果是一标量。BAAB若则，表示矢量在矢量方向上的投影。1AABBBAcosABBA【注】为标量AB2322232000或AABB（1）不服从交换律：,ABBAABBA（2）服从分配律：()ABCABACˆ||||sinABABnBAˆn五.矢量的矢量积（叉积）：1.定义：2.性质：右手螺旋法则•两矢量叉积的含义：其结果为一新矢量，其大小为这两个矢量组成的平行四边形的面积，方向为该面的法线方向，且三者符合右手螺旋法则。（3）不服从结合律：（4）平行特性：当两个非零矢量叉积为零，则这两个矢量必平行。BABABA//000且()()ABCABC六、三重积（混合积）：三个矢量相乘有以下几种形式：()ABC矢量，标量与矢量相乘。()ABC标量，标量三重积。矢量，矢量三重积。()ABC()()()ABCBACCABa.矢量三重积：b.标量三重积定义：||||||sincosABCABC结论：标量三重积结果为三矢量构成的平行六面体的体积。ABChBC推论：三个非零矢量共面的条件。()0ABC()()()VABCCABBCA例题：1.试证明菱形的两条对角线互相垂直2.义。，试描述对应的几何意常量若，的任意矢量为起点同于为常矢量已知)(,0CBAABA思考：是否相等与是否相等与CBACBACBACBA2.1.两矢量的点积含义：一矢量在另一矢量方向上的投影与另一矢量模的乘积，其结果是一标量。BAAB