电磁场与电磁波课件

电磁场与电磁波课件

上海交通大学EE研究生课程

高等电磁场教材 Electromagnetic Wave Theory(2nd Edition) 《电磁波理论》 Jin Au Kong(孔金瓯)著, 吴季 译 电子工业出版社出版 主讲教师 肖高标 gaobiaoxiao@http://doc.guandang.net 工学博士 电院1-539

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A Short History

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Static Electric and Magnetic Fieldcharge(电荷)---(Coulomb’s Law,1785)2 Qq F (r ) Newton m F (r ) k 2 , E ( r ) , k 8.988 109 e r Coulomb2 static electric field(静电场) (pergence source)

current---generate field different from EF static magnetic field(静磁场) (curl source) (Oersted, 1819) B(r ) I magnetic flux

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Ampere’s Law, 1820-1825 (安培定律)Ampere after Oersted’s discovery I

B(r ) dr I0

r,drJ(r) n(r) S

Right-hand-rule

(r )dS B(r ) dr 0 J (r ) n

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Faraday’s Law, 1831 (法拉第定律)Current occurs in a closed conducting loop when cutting through magnetic fluxd NI dt

E (r , t ) dr Cf: E=V/d

d (r )dS B(r , t ) n dt

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Maxwell’s Equations, 1864 (麦克斯韦方程)Ampere’s Law

Faraday’s LawCharge conservation Law Electric flux D Magnetic field HB H, D E

B E 0 t D H J t D ρ B 0

Displacement current

D t

Predict: Existence of electromagnetic wave

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Hertz experiment,1888 (赫兹实验)

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Marconi : wireless communication experiment 1895 (马可尼通信试验) 1895: Coherer通信试验 1899:跨Dover海峡通信 1902:跨大西洋通信、语言电离层存在

通讯技术的发达 长中波通讯：船舶通讯、大陆间通讯

短波通讯：利用电离层反射(1920) 超短波与微波技术(1936,MIT与贝尔实验室 研究组)

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军事应用推动下的飞跃 雷达 Radar: Radio Detection and Ranging1930年开始 1937年：美国SCR-268雷达开发成功 (195-214Mhz脉冲雷达)

卫星、导航、电子对抗(略)

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Electronic Devices (电子器件) 真空管 1904:二极管；1907:三极管 晶体管 1947:点接触式(Bell: John Bardeen) 1960年代：石英晶体管

集成电路：1958(TI) MEMS器件 纳米器件

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Computer-aided Analysis Ability (EM Simulation) (计算技术的发展和电磁场解析能力跃升) 麦克斯韦方程的理论解析，规则形状 数值解析，不规则形状，(小尺寸)

大尺寸物体电磁解析：飞机，坦克，军舰的雷达散射特性，探测与追踪 VLSI 整片仿真系统 3D 一般媒质中的逆散射问题 移动通信环境的电磁解析

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Appendix:M.K.S.A Units (单位系统)

Quantity Name kilogram 质量(Mass) meter 长度(Length) second 时间(Time) ampere or amp 电流(electric current) 温度 kelvin (thermodynamic temperature) mole 浓度(amount of substance) candela 亮度(luminous intensity)

Symbol kg m s A K

mol cd

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1, 麦克斯韦尔(James Clerk Maxwell)

2, 赫兹

3, 马可尼

(Heinrich Hertz) (Guglielmo Marconi)

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Vector Analysis (矢量分析基础 )Vector(矢量)

GeometricIn components Matrix form Amplitude of a Vector unit vector (单位矢量) x Ay a y Az a z A Ax aA ( Ax ,Ay ,Az )A A Ax 2 A2 y A2 z

A A / A a

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Vector ExamplesPosition vector 位置矢量 Distance vector 距离矢量r ( x, y, z ), r' ( x ', y ', z ')

R r r '

Cartesian coordinates Base vectors 笛卡尔坐标单位矢量

x , a y , a z a

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Vector Algebraic Operation (矢量的代数运算)Vector addition/subtraction 矢量的加减法A B

Parallelogram law

Vector production 矢量乘法 Multiplified by scalar 标量乘矢量:矢量的伸缩kA

scalar product (dot production) 标量积 (点乘)

A B