初谈电磁场与电磁波的一些发展近况.docx

初谈“电磁场与电磁波”的一些发展近况 “电磁场与电磁波”是一门重要的姑础学科，在现代科学技术的结构沐系中处千技术科学的地位。它包含宏观电磁现象的基本规律及其理论的实际应用，不仅是当前许多专业的重要基础，也是许多新兴学科的生长点。它的理论严谨，体系完整；逻辑推理和数学分析以及它所研究的电磁场的运动规律都具有一定的典型性。因此，这一学科对培养人们正确的思维，严密的作风，以及科学的方法论等都起着十分重要的作用。所以，“场与波”应该是电类教学工作与科技工作者知识结构中不可缺少的重要组成郘分之一。随着科学技术的迅速发隄， “场与波”的重要性将日趋明显。下面就我所了解的情况，对“场与波“学科近期内的部分发展与动态，作一个简单的介绍。 一、物质中的电磁场的研究 目前我们正处在巨大技术革命的时代中，也就是在第三次浪潮，或第三次技术革命的时期中，这是以信息、计符机、生物工程、材料等为中心的技术变革的重要时期，这些方面的研究工作正在迅速发畏，而这些发耍不少是以“场与波”为其基础的。 以其中的材料科学而论，新型的符合特殊要求的电、磁材料不断涌现。新材料的出现，往往是从物质中电磁场特性的分析入手的。当然对这一问题的深入探讨将涉及物质的微观结构，这巳超出了“场与波”的范畴。然而，即使在宏观意义上也是十分复杂的问题。例如大盄应用的铁磁材料，不仅有强烈的非线性，还有不可逆性及时滞性，各向异性等，有些还与温度、应力、加工方式等有密切关系。当前，关于物质中的电磁场，大部分研究集中在各向 异性和非线性问题的课题中．由千计算机科学的发襄，大大促进了这一研究的进程。有关这些方面的内容、不少文献作了介绍，一些学者在其专著或教材中都有了相应的反映。如W、J、 Duff in在他的教材“Electricity and Magnetism (1981年）中对电介质材料， 和磁性材料，分别列为两章专门讲述，可见其对物质中电磁场的鱼视。在国内，西安交通大学沔焦璋教授的“极化与磁化”专著，巳由高等教育出版社千1985年出版，这也是一本值得一坎的材料。 二、运动系统中电磁场的研究 随着空间技术的发展，高速运动系统中电磁场的研究，越来越吸引了不少的学者。对这一课题的研究，基础是麦克斯韦方程和爱因斯坦的相对论。随着研究的深入发展，不仅充分显示了爱因斯坦理论的强大威力，同时也给经典的麦克斯韦理论注入了新的血液。近期来，国内外的教材中都出现了引入相对论的趋势。杭州电子工程学院屠德维教授的“运动系统中的电磁场”这一专题，巳由高等教育出版社千1987年出版，这将是又一本引人注目的参考资料。伴随着高速运动物体电磁场的研究，与之相关的等离子体的问题，也是当前相当热门的课题。目前，在国内巳有一些研究生用这类课题作为论文题目，正在努力钻研之中。 三、计算方法的发展 随着计算机的问世，电磁场与波的计算也迎来了一个崭新的局面，过去许多用手算很难解决的问题，或者很费时间的问题，现在得以较顺利，较迅速的解决。因此，计算机技术在电磁学中的应用作为一门新近发畏起来的学科。近年来在国外得到了较大的发展，特别是自从 1968年哈林登(R、F、Harrington)发表“计算电磁场的矩量法”(FieldCompa tatio n by Moment Methods)一文以来，在电磁场的数字计算方法方面，取得了更为显著的发展。1973年R、Mi ttra根据在美国伊利诺伊斯大学开设的“计算机技术在龟磁学中的应用“课程，将大部分散见丁技术杂志或报告中的文献，收集成册症加以出版，更促进了这一新学科的蓬勃发展。近年来国内也相继发表了许多有关计算技术的文童，而且一些具有影响的专著也陆续问世，到目前止，正值方兴未艾的形势。 但是按照实际电磁场问题的求解区域，媒质性质，给定的初始条件和边界条件，寻找场的定量结果的所谓边值问题，往往是很复杂的．特别是三维的，几何形状很不规则的，多种媒质问题；不管是使用差分法，有限元法或者电荷模拟法，表面电荷法，求解时都需有庞大的计算机付储唱和很长的占机时间，这不仅使得代价昂贵，有时甚至是不现实的。因此还应该针对不同回过1升究如何选择适当的物理模型和数学描述。例如可以选择微分方程，也可选择差分方程或者变分方程，还可采用积分方程甚或拓扑模型，概率模型等。进而探索各种不同分析途径相计算方法。近年来韦应用模拟相似理论和集成电路技术，边值问题的解算也有了长足的进步。 这里，我想根据我校的实际情况还值得指出两种十分有效的计算方法： 是由时振栋同志从美国纽约理工学院引进的在计算分层介质的电波传播时使用的等效传愉线法。结合横向谐振法，模匹配法的使用巳经把这一类型的计算推广到了更为广泛的领域。通过几届研究生课，选修课，毕业设计的实践巳经获得了令人高兴的成果。由于这一引进工作除了我们学校之外，华中理工大学，西南交