电磁场理论与微波技术

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1、华中师范大学物理学院电信系电磁场理论与微波技术主讲：杨河林一、课程简介二、电磁场理论的主要研究领域三、磁场理论发展简史四、电磁场理论的主要研究对象五、课程体系六、教材与参考书目七、学习的目的、方法及其要求绪论一、课程简介本课程将在“大学物理（电磁学）”的基础上，进一步研究宏观电磁现象和电磁过程的基本规律及其分析计算方法。通过课程的学习，掌握基本的宏观电磁理论，具备分析和解决基本的电磁场工程问题的能力。是高等学校电子信息类及电气信息类专业本科生必修的一门技术基础课，课程涵盖的内容是合格的电子、电气信息类专业本科学生所应具备的知识结构的重要组成部分。近代科学的发展表明，电磁场与电磁波基本

2、理论又是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础，而且对完善自身素质，增强适应能力和创造能力长远地发挥作用。电磁场理论与微波技术电磁场与电磁波是通信专业本科学生必须具备的知识结构的重要组成部分之一。通过本课程的学习，使学生掌握电磁场的基本规律，深刻理解麦克斯韦方程组和电磁场、电磁波的性质；熟悉一些重要的电磁场问题的数学模型（如波动方程、拉氏方程等）的建立过程以及分析方法；培养学生正确的思维方法和分析问题的能力，使学生对"场"与"路"这两种既密切相关又相距甚远的理论有深刻的认识，并学会用"场"的观点去观察、分析和计算一些简单、典型的场的问题；为从事微波、天线、电子技术、通信和电磁兼

3、容等领域的研究及解决实际问题打下必要的基础电磁场与电磁波是电子信息科学与技术、通信专业后续课程，如：《无线通信原理与应用》、《现代通信技术》、《电磁工程EMC》、《通信原理》和《微波技术》以及研究生有关的课程如：《高等电磁理论》、《电磁场数值方法》、《电磁场高频方法》和《电磁波传播理论》的重要基础。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。电磁场的重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。二、电磁场理论的主要研究领域♥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

4、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。三大类应用问题：三、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

5、建立奠定了基础。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。奥斯特是谢林的信徒，他从1807年开始研究电磁之间的关系。1820年，他发现电流以力作用于磁针。2．电磁场理论的建立安培发现作用力的方向和电流的方向以及磁针到通过电流的导线的垂直线方向相互垂直，并定量建立了若干数学公式。法拉第在谢林的影响下，相信电、磁、光、热是相互联系的。奥斯特1820年发现电流以力作用于磁针后，法拉第敏锐地意识到，电可以对磁产生作用，磁也一定能够对电产生影响。1821年他开始探索磁生电的实验。1831年他发现，当磁捧插入

6、导体线圈时；导线圈中就产生电流。这表明，电与磁之间存在着密切的联系。麦克斯韦深入研究并探讨了电与磁之间发生作用的问题，发展了场的概念。在法拉第实验的基础上，总结了宏观电磁现象的规律，引进位移电流的概念。这个概念的核心思想是：变化着的电场能产生磁场；与变化着的磁场产生电场相对应。在此基础上提出了一套偏微分方程来表达电磁现象的基本规律，称为麦克斯韦方程组，是经典电磁学的基本方程。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

7、时代，并且发展成为当代最引人注目的学科之一。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