《电磁波与天线》课件.ppt

电磁波与天线欢迎来到《电磁波与天线》课程。这门课程将带您探索电磁学的奥秘以及天线技术的广泛应用。从基础的电磁场理论到现代天线设计技术，本课程将全面介绍电磁波的传播特性以及各类天线的工作原理。

课程简介1课程目标本课程旨在培养学生对电磁波基本原理的深入理解，以及天线设计与分析的专业能力。学习完成后，学生将能够分析各类天线的工作特性，并能独立设计基本的天线系统，为未来在无线通信、雷达系统等领域的工作奠定坚实基础。2学习内容课程内容涵盖电磁场基础理论、电磁波传播特性、传输线理论、各类天线的工作原理与设计方法、天线测量技术以及现代天线应用，共十四章内容，从基础理论到前沿应用，全面系统地介绍电磁波与天线技术。先修课程

第一章：电磁场基础麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是电磁学的基石，由四个方程组成：高斯电场定律、高斯磁场定律、法拉第电磁感应定律和安培-麦克斯韦定律。这些方程全面描述了电场和磁场的产生、传播以及相互作用，统一了电磁学理论体系。电磁波的产生电磁波产生于加速运动的电荷。当电荷加速运动时，会产生时变电场，而时变电场又会产生时变磁场，两者相互耦合，形成可以在空间传播的电磁波。这种电磁波具有电场和磁场相互垂直，且都垂直于传播方向的特性。

静电场1库仑定律库仑定律描述了两个静止电荷之间的相互作用力。该定律指出，两个点电荷之间的作用力与它们的电荷量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，并沿着连接两个电荷的直线方向。这一定律是静电学的基础，表达式为：F=k(q?q?)/r2。2电场强度电场强度是描述电场在空间各点强弱的物理量，定义为单位正电荷受到的电场力。它是一个矢量，方向与正电荷在该点受力方向相同。由点电荷产生的电场强度大小与电荷量成正比，与距离平方成反比，表达式为：E=kq/r2。

高斯定律积分形式高斯定律的积分形式表述为：穿过任意闭合曲面的电场强度通量等于该曲面所包围的净电荷量除以介电常数。数学表达式为：∮E·dS=Q/ε?，其中E是电场强度，dS是闭合曲面的微元面积，Q是闭合曲面内的净电荷量，ε?是真空介电常数。微分形式高斯定律的微分形式表述为：电场强度的散度等于电荷体密度除以介电常数。数学表达式为：?·E=ρ/ε?，其中?·E表示电场强度的散度，ρ是电荷体密度。这种形式更适合分析电场在空间中的分布特性，特别是在空间电荷分布不均匀的情况下。

静磁场毕奥-萨伐尔定律毕奥-萨伐尔定律描述了电流元产生的磁场。该定律指出，在点P处由电流元IdL产生的磁感应强度dB与电流强度I成正比，与电流元长度dL成正比，与电流元到点P的距离r的平方成反比，且方向遵循右手螺旋定则。这一定律是静磁学的基础。安培环路定律安培环路定律指出，沿着任意闭合回路的磁场强度线积分等于该回路所包围的电流的代数和乘以磁导率。数学表达式为：∮H·dl=I，其中H是磁场强度，dl是闭合回路的微元长度，I是闭合回路所包围的总电流。这一定律广泛应用于磁场计算。

电磁感应法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律揭示了磁通量变化与感应电动势之间的关系。该定律指出，闭合回路中的感应电动势大小等于穿过该回路的磁通量对时间的变化率的负值。数学表达式为：ε=-dΦ/dt，其中ε是感应电动势，Φ是磁通量，dΦ/dt表示磁通量随时间的变化率。楞次定律楞次定律进一步解释了感应电流的方向。该定律指出，感应电流的方向总是使其产生的磁场抵抗引起感应的磁通量变化。换句话说，感应电流产生的磁场总是试图维持原有的磁通量状态，这是能量守恒原理在电磁感应现象中的体现。

位移电流麦克斯韦修正安培定律麦克斯韦对安培环路定律进行了修正，引入了位移电流的概念。修正后的安培环路定律表述为：沿着任意闭合回路的磁场强度线积分等于该回路所包围的传导电流与位移电流之和乘以磁导率。数学表达式为：∮H·dl=I+Id，其中Id是位移电流。位移电流的物理意义位移电流是麦克斯韦为解决电流连续性问题而引入的概念。虽然位移电流不是真正的电荷移动，但它在变化的电场中产生与传导电流相同的磁效应。位移电流的引入使电磁场理论得以完善，预测了电磁波的存在，为无线通信技术奠定了理论基础。

第二章：电磁波理论波动方程电磁波波动方程是从麦克斯韦方程组推导出来的，描述了电磁波在空间传播的规律。对于均匀、各向同性、无损耗的介质中，电场和磁场分量都满足波动方程。1平面电磁波平面电磁波是最简单的电磁波形式，其电场和磁场在垂直于传播方向的平面内保持不变。平面波是分析电磁波传播特性的基础模型。2电磁波波动方程的一般形式为：?2E-μεE¨=0和?2H-μεH¨=0，其中E是电场强度，H是磁场强度，μ是介质的磁导率，ε是介质的介电常数，E¨和H¨分别表示E和H对时间的二阶导数。这些方程描述了电磁波在介质中传播的行为。平面电磁波是波