第四章-时变电磁场(2).ppt

2005-1-25 第一章 电磁场的数学物理基础 第一课 第一课 第一课 平面波是一种最简单、最基本的电磁波，它具有电磁波的普遍性质和规律，实际存在的电磁波均可以分解成许多平面波，因此，平面波是研究电磁波的基础，有着十分重要的理论价值； 均匀平面波是电磁波的一种理想 情况，其分析方法简单，但又表 征了电磁波的重要特性。 严格地说，理想的平面电磁波是不存在的，因为只有无限大的波源才能激励出这样的波。但是如果场点离波源足够远，那么空间曲面的很小一部分就十分接近平面，在这一小范围内，波的传播特性近似为平面波的传播特性。例如，距离发射天线相当远的接收天线附近的电磁波，由于天线辐射的球面波的等相位球面非常大，其局部可近似为平面，因此可以近似地看成均匀平面波 4.1时谐电磁场 电磁场波动方程 电磁场的位函数 时谐电磁场 时谐电磁场 无损耗介质中的均匀平面波 电磁波的极化 　 电磁波的极化特性，在工程上获得非常广泛的实际应用。 无线电技术中，利用天线发射和接收电磁波的极化特性，实现无线电信号的最佳发射和接收。电场垂直于地面的线极化波沿地球表面传播时，其损耗小于电场平行于地面传播时的损耗，所以调幅电台发射的电磁波的电场强度矢量是与地面垂直的线极化波，收听者想得到最佳的收音效果，应将收音机的天线调整到与电场平行的位置，即与大地垂直。 在移动通信或微波通信中使用的极化分集接收技术，就是利用了极化方向相互正交的两个线极化 的电平衰落统计特性的不相关性进行合成，以减少信号的衰落深度。 在军事上为了干扰和侦察对方的通信或雷达目标，需要应用圆极化天线，因为使用一副圆极化天线可以接收任意取向的线极化波。 如果通信的一方或双方处于方向、位置不定的状态，例如在剧烈摆动或旋转的运载体（如飞行器等）上，为了提高通信的可靠性，收发天线之一应采用圆极化天线。在人造卫星和弹道导弹的空间遥测系统中，信号穿过电离层传播后，因法拉第旋转效应（见第6-6-2节）产生极化畸变，这也要求地面上安装圆极化天线作发射或接收天线。 在电视中为了克服杂乱反射所产生的重影，也可采用圆极化天线，因为当圆极化波入射到一个平面上或球面上时，其反射波旋向相反，天线只能接收旋向相同的直射波，抑制了反射波传来的重影信号。当然，这需对整个电视天线系统作改造，目前应用的仍是水平线极化天线（电视信号为空间直接波传播，不是地面波传播，不同于上述水平极化波在地球表面传播损耗大的情况），电视接收天线应调整到与地面平行的位置。而由国际通信卫星转发的卫星电视信号是圆极化的。在雷达中，可利用圆极化波来消除云雨的干扰，因为水滴近似呈球形，对圆极化波的反射是反旋的，不会被雷达天线所接 收；而雷达目标（如飞机、舰船等）一般是非简单对称体，其反射波是椭圆极化波，必有同旋向的圆极化成分，因而能收到。在气象雷达中可利用雨滴的散射极化的不同响应来识别目标。 导电媒质中的均匀平面波 战争时，潜艇要遂行军事任务必须要有安全可靠的通信方式，也就是说要秘密地与外界“对话”。潜艇在海上是如何进行通信联络的呢？ 潜艇在水面和潜望状态航行时，主要是靠无线电短波通信（波长为10米至100米）。短波通信是利用电磁波在空中传播某种信号的通信方式，是潜艇与岸上指挥机构联络的主要方式，属于双向通信。 短波在水中不能使用，因为海水为良导体，由于趋肤效应，短波在水中衰减得太快，不等到它传到水面就已经衰耗完了，所以必须把发射天线伸出水面才能正常工作。但是潜艇的升降天线装置长度有限，为了解决升降天线短的问题，还可以采用浮标天线或浮力天线，即把天线通过一根长长的绳索施放到水面或接近水面的地方，这样潜艇在水下一定深度也可发射信号。实际上，这样仍然存在一个潜艇自我暴露的问题。 解决办法：声纳（声波） 高频感应炉的加热方式是通过电子管振荡电路产生高频电磁场，然后加到样品之上，对样品进行感应，产生涡电流（涡流），从而产生焦耳热，使样品迅速升温熔化，所以称为高频感应炉。 　　感应加热的原理是：将工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电 (1000-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000ordm;C，而心部温度升高很小。 　 一般厚度的金属外壳在无线电 频段有很好的屏蔽作用，如中频变压器的铝罩,晶体管的金属外壳等都很好地起屏蔽作用，但对低频无工程意义。低频时可采用铁磁性导体（如铁)　　　进行屏蔽。 趋肤效应在工程上有重要应用，例如用于表面热处