_第4章时变电磁场.ppt

麦克斯韦方程的复数形式 瞬时形式 (r, t) 复数形式 (r) 微分形式的麦克斯韦方程的复数形式为 其中，场源J和?已分别用它们所对应的复矢量和相量表示。 3.复介电常数和复磁导率 在正弦电磁场中，复介电常数是一个复数，可以表示为 * * 明德 砺志 博学 笃行 第4章 时变电磁场 随时间变化的电磁场称为 时变电磁场；波动是时变 电磁场运动的基本特征。 变化的电场产生涡旋磁场 H 变化的磁场产生涡旋电场 实验已经证明，电磁波以光速传播，是运动物体速度的最高极限。 电磁波信号可以通过运动的电荷产生，易于产生、控制、放大、调制、处理；广泛用作信息的载体，实现信息的快速传递，广泛用于通信、广播、电视等。 电磁波与物质相互作用表现出各种特 征，电磁波又被作为探测未知物质世 界重要手段，广泛应用于雷达、导航 定位、遥感、勘探、灾害预报等领域 高频天波雷达 通过电离层反射 电波传播探测 800至数千公里 空间及海洋状态 美国通用电器公司 AN/FPS-118的发射天线阵 美国 AN/FPS-118的部署情况和覆盖区 超视距雷达也叫超后向散射雷达或超地平线雷达，它的探测距离不受地球曲率影响，可探测地平线以下远距离目标。它是利用电离层对短波电波的折射，来探测地平线以下地面与电离层之间整个空域飞行的目标的。 1987年正式建成东海岸站，1990年建成两海岸站，总经费达13亿美元.这种雷达定名为AN/FPS-118，它是一种双站址雷达系统，即发射站设于A 处，接收站则设于相距170 公里以外的B 处，集中控制站又设于另外的C 处，这样在战时可提高生存能力。 AN/FPS-118在5 ～28兆赫的频率范围内可用6 个频段工作，峰值功率达10万千瓦，可监视60“扇形区域，发射天线阵长达1016.4米，接收天线阵长达1589.6米，作用距离为926 ～3333公里或800 ～2880公里，距离精度8 ～30公里，方位精度1 °～3 °。 中国长期以来秘密研制的超地平线雷达技术(OTH)可能已经取得重大突破，具备了探测3000公里以外大型舰船目标的能力。一旦将该雷达系统安装在东风-21弹道导弹上，将对美军的航空母舰造成巨大威胁，而美军也会采取相应措施进行反制。 本章的主要内容 时变电磁场的波动方程 时变场的位函数与推迟位 Poynting定理 时变电磁场的时谐展开 定态（频）时变电磁场 §4.1 时变电磁场的位函数 1.时变电磁场基本特点 电场和磁场的方向和大小均随时间变化－波动； 场的运算不仅要考虑方向，还要考虑波动影响； 介质的极化和磁化特性随时而变，具有色散性； 2 理想介质电磁场的波动方程 3.时变电磁场的位函数 静态电磁场可通过位函数满足的方程进行 求解，并且可以得到简化。时变电磁场能 否引入位函数，通过位函数满足的方程来 求解，达到求解时变电磁场的目的? 尽管磁感应强度形式上只与磁矢位有关，不能 据此认为磁感应强度由磁矢位决定而与电位 无关。因为在时变情形下，电磁场相互激发， 而时变电场由磁矢位和电位共同描述，使得 时变磁场本质上与磁矢位和电位都有联系。 根据矢量场的Helmholtz定理，确定区域的矢量 函数只有该矢量函数的散度和旋度确定后才唯 一确定。而磁矢位 A 仅由旋度 引入，是不能唯一确定的，例如： 4.位函数的规范 为使电磁场与位函数之间为唯一对 应关系，须给位函数以明确的约束 规定，这种约束为位函数的规范。 ① Coulomb规范 对于磁矢位，辅以 ② Lorentz 规范 对位函数辅以约束条件 得到位函数满足的方程为： 形式上磁矢位仅与电流有关，电位仅与电荷 分布有关，但它们通过 Lorentz 规范联系 D’ Alembert 方程: §4.2时变电磁场的能量 1 Poynting定理 时变电磁场可以脱离电荷或电流在空间存 在，且随时间的变化在空间以波动形式传 播。 那么时变电磁场的能量又以何种形式 存在于 空间，它是否随电磁波的传播而在 空间传播？ 表示单位时间内流过与电磁波传播方向相垂直单位面积上的电磁能量，亦称为功率流密度，S 的方向代表波传播的方向，也是电磁能量流动的方向。 2坡印亭矢量 定义坡印亭矢量（Poynting Vector） W/m2 物理意义：流入体积V内的功率，一部分用于电阻消耗的热功率，一部分用于电磁能量的增加率。 例 1 用坡印亭矢量分析直流电源沿同轴电缆向负载传送能量的过