電磁場(chǎng)與電磁波第1講緒論及矢量乘法

1、 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波主講教師：黃文主講教師：黃文 重慶郵電大學(xué)重慶郵電大學(xué) 光電工程學(xué)院光電工程學(xué)院 電磁場(chǎng)與無(wú)線技術(shù)教學(xué)部電磁場(chǎng)與無(wú)線技術(shù)教學(xué)部 Email: 辦公室：老辦公室：老1教教1403 教材：教材：1電磁場(chǎng)與電磁波（第2版）， David K. Cheng著，何業(yè)軍，桂良啟 譯，清華大學(xué)出版社緒緒 論論一、課程簡(jiǎn)介一、課程簡(jiǎn)介二、電磁場(chǎng)理論的主要研究領(lǐng)域二、電磁場(chǎng)理論的主要研究領(lǐng)域 三、電磁場(chǎng)理論發(fā)展簡(jiǎn)史三、電磁場(chǎng)理論發(fā)展簡(jiǎn)史 四、電磁場(chǎng)理論的主要研究對(duì)象四、電磁場(chǎng)理論的主要研究對(duì)象五、參考書(shū)目五、參考書(shū)目六、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求六、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求2一、課程

2、簡(jiǎn)介一、課程簡(jiǎn)介 本課程將在本課程將在“大學(xué)物理（電磁學(xué)）大學(xué)物理（電磁學(xué)）”的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究宏觀電磁現(xiàn)象和電磁過(guò)程的基本規(guī)律及其分析計(jì)算方法。究宏觀電磁現(xiàn)象和電磁過(guò)程的基本規(guī)律及其分析計(jì)算方法。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，掌握基本的宏觀電磁理論，具備分析和通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，掌握基本的宏觀電磁理論，具備分析和解決基本的電磁場(chǎng)工程問(wèn)題的能力。解決基本的電磁場(chǎng)工程問(wèn)題的能力。3 電磁場(chǎng)與電磁波是高等學(xué)校電子信息類(lèi)及電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)電磁場(chǎng)與電磁波是高等學(xué)校電子信息類(lèi)及電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生本科生必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，課程涵蓋的內(nèi)容是合格的電，課程涵蓋的內(nèi)容是合格的電子、電

3、氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生所應(yīng)具備的知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要組子、電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生所應(yīng)具備的知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。近代科學(xué)的發(fā)展表明，電磁場(chǎng)與電磁波基本理論又成部分。近代科學(xué)的發(fā)展表明，電磁場(chǎng)與電磁波基本理論又是一些交叉學(xué)科的生長(zhǎng)點(diǎn)和新興邊緣學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)，而且是一些交叉學(xué)科的生長(zhǎng)點(diǎn)和新興邊緣學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)，而且對(duì)完善自身素質(zhì)，增強(qiáng)適應(yīng)能力和創(chuàng)造能力長(zhǎng)遠(yuǎn)地發(fā)揮作用。對(duì)完善自身素質(zhì)，增強(qiáng)適應(yīng)能力和創(chuàng)造能力長(zhǎng)遠(yuǎn)地發(fā)揮作用。 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握掌握電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，深刻電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，深刻理理解解麥克斯韋方程組和電磁場(chǎng)、電磁波的性質(zhì)；麥克斯韋方

4、程組和電磁場(chǎng)、電磁波的性質(zhì)；熟悉熟悉一些重要一些重要的電磁場(chǎng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型（如波動(dòng)方程、拉氏方程等）的建的電磁場(chǎng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型（如波動(dòng)方程、拉氏方程等）的建立過(guò)程以及分析方法；培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方法和分析問(wèn)題立過(guò)程以及分析方法；培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方法和分析問(wèn)題的能力，使學(xué)生對(duì)的能力，使學(xué)生對(duì)“場(chǎng)場(chǎng)”與與“路路”這兩種既密切相關(guān)又相距這兩種既密切相關(guān)又相距甚遠(yuǎn)的理論有深刻的認(rèn)識(shí)，并學(xué)會(huì)用甚遠(yuǎn)的理論有深刻的認(rèn)識(shí)，并學(xué)會(huì)用“場(chǎng)場(chǎng)”的觀點(diǎn)去觀察、的觀點(diǎn)去觀察、分析和計(jì)算一些簡(jiǎn)單、典型的場(chǎng)的問(wèn)題；為從事微波、天線、分析和計(jì)算一些簡(jiǎn)單、典型的場(chǎng)的問(wèn)題；為從事微波、天線、電子技術(shù)、通信和電磁兼容等領(lǐng)域的研究

5、及解決實(shí)際問(wèn)題打電子技術(shù)、通信和電磁兼容等領(lǐng)域的研究及解決實(shí)際問(wèn)題打下必要的基礎(chǔ)下必要的基礎(chǔ). .電磁場(chǎng)與電磁波是電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信專(zhuān)業(yè)后續(xù)課程，電磁場(chǎng)與電磁波是電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信專(zhuān)業(yè)后續(xù)課程，如：如：無(wú)線通信原理與應(yīng)用無(wú)線通信原理與應(yīng)用、現(xiàn)代通信技術(shù)現(xiàn)代通信技術(shù)、電磁電磁工程工程EMCEMC、通信原理通信原理和和微波技術(shù)微波技術(shù)以及研究生有關(guān)的以及研究生有關(guān)的課程如：課程如：高等電磁理論高等電磁理論、電磁場(chǎng)數(shù)值方法電磁場(chǎng)數(shù)值方法、電磁電磁場(chǎng)高頻方法場(chǎng)高頻方法和和電磁波傳播理論電磁波傳播理論的重要基礎(chǔ)。的重要基礎(chǔ)。4電磁電磁場(chǎng)的場(chǎng)的重要重要研究研究領(lǐng)域領(lǐng)域作為理論物理學(xué)的一個(gè)作為理

6、論物理學(xué)的一個(gè)重要研究分支，主要致重要研究分支，主要致力于統(tǒng)一場(chǎng)理論和微觀力于統(tǒng)一場(chǎng)理論和微觀量子電動(dòng)力學(xué)的研究量子電動(dòng)力學(xué)的研究。5作為無(wú)線電技術(shù)的理作為無(wú)線電技術(shù)的理論基礎(chǔ)，集中于三大論基礎(chǔ)，集中于三大類(lèi)應(yīng)用問(wèn)題的研究。類(lèi)應(yīng)用問(wèn)題的研究。二、電磁場(chǎng)理論的主要研究領(lǐng)域三大類(lèi)應(yīng)用問(wèn)題：三大類(lèi)應(yīng)用問(wèn)題： 電磁場(chǎng)（或電磁波）作為電磁場(chǎng)（或電磁波）作為能量能量的一種形式，是當(dāng)今世界的一種形式，是當(dāng)今世界最重要的能源，其研究領(lǐng)域涉及電磁能量的產(chǎn)生、儲(chǔ)最重要的能源，其研究領(lǐng)域涉及電磁能量的產(chǎn)生、儲(chǔ)存、變換、傳輸和綜合利用。如：旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、存、變換、傳輸和綜合利用。如：旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、輸電線路與電

7、纜、電容器、電抗器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、互感輸電線路與電纜、電容器、電抗器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、互感器等。器等。 電磁波作為信息傳輸?shù)碾姶挪ㄗ鳛樾畔鬏數(shù)妮d體載體，成為當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)發(fā)布，成為當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)發(fā)布和獲取信息的主要手段，主要研究領(lǐng)域?yàn)樾畔⒌漠a(chǎn)生、和獲取信息的主要手段，主要研究領(lǐng)域?yàn)樾畔⒌漠a(chǎn)生、獲取、交換、傳輸、儲(chǔ)存、處理、再現(xiàn)和綜合利用。獲取、交換、傳輸、儲(chǔ)存、處理、再現(xiàn)和綜合利用。如電波設(shè)備、天線、雷達(dá)、衛(wèi)星等。如電波設(shè)備、天線、雷達(dá)、衛(wèi)星等。 電磁波作為電磁波作為探測(cè)探測(cè)未知世界的一種重要手段，主要研究未知世界的一種重要手段，主要研究領(lǐng)域?yàn)殡姶挪ㄅc目標(biāo)的相互作用特性、目標(biāo)特征的獲領(lǐng)域?yàn)殡姶挪ㄅc目標(biāo)的相

8、互作用特性、目標(biāo)特征的獲取與重建、探測(cè)新技術(shù)等。如：遙感、遙測(cè)、遙控取與重建、探測(cè)新技術(shù)等。如：遙感、遙測(cè)、遙控 、無(wú)損電磁探傷等。無(wú)損電磁探傷等。67三、電磁場(chǎng)理論發(fā)展簡(jiǎn)史三、電磁場(chǎng)理論發(fā)展簡(jiǎn)史1 1電磁場(chǎng)理論的早期研究電磁場(chǎng)理論的早期研究 電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來(lái)現(xiàn)象，也電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來(lái)現(xiàn)象，也最早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢最早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻(xiàn)最大的有來(lái)頓、富蘭克林、伏打等科學(xué)家。獻(xiàn)最大的有來(lái)頓、富蘭克林、伏打等科學(xué)家。 1919世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個(gè)獨(dú)立的物世紀(jì)以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個(gè)獨(dú)立的物理現(xiàn)象，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電與磁的聯(lián)系。但是

9、由于這些理現(xiàn)象，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電與磁的聯(lián)系。但是由于這些研究（特別是伏打研究（特別是伏打17991799年發(fā)明了電池），為電磁年發(fā)明了電池），為電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。82 2電磁場(chǎng)理論的建立電磁場(chǎng)理論的建立 18 18世紀(jì)末期，德國(guó)哲學(xué)家世紀(jì)末期，德國(guó)哲學(xué)家謝林謝林認(rèn)為，宇認(rèn)為，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他認(rèn)為電就宙是有活力的，而不是僵死的。他認(rèn)為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂；電、磁、光是宇宙的活力，是宇宙的靈魂；電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。、熱是相互聯(lián)系的。 奧斯特奧斯特是謝林的信徒，他從是謝林的信徒，他從18071807年開(kāi)始年開(kāi)始研究電磁之間的關(guān)系。研究電磁

10、之間的關(guān)系。18201820年，他發(fā)現(xiàn)電流年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。以力作用于磁針。9 安培安培發(fā)現(xiàn)作用力的方向和電流的方向以及磁針到發(fā)現(xiàn)作用力的方向和電流的方向以及磁針到通過(guò)電流的導(dǎo)線的垂直線方向相互垂直，并定量建立通過(guò)電流的導(dǎo)線的垂直線方向相互垂直，并定量建立了若干數(shù)學(xué)公式。了若干數(shù)學(xué)公式。 法拉第法拉第在謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是在謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。奧斯特相互聯(lián)系的。奧斯特18201820年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針后，法拉第敏銳地意識(shí)到，電可以對(duì)磁產(chǎn)生作用，磁后，法拉第敏銳地意識(shí)到，電可以對(duì)磁產(chǎn)生作用，磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響

11、。也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響。18211821年他開(kāi)始探索磁生電年他開(kāi)始探索磁生電的實(shí)驗(yàn)。的實(shí)驗(yàn)。18311831年他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈時(shí)；導(dǎo)年他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈時(shí)；導(dǎo)線圈中就產(chǎn)生電流。這表明，電與磁之間存在著密切線圈中就產(chǎn)生電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯(lián)系。的聯(lián)系。10 麥克斯韋麥克斯韋深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的問(wèn)題，發(fā)展了場(chǎng)的概念。在法拉第實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)用的問(wèn)題，發(fā)展了場(chǎng)的概念。在法拉第實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引進(jìn)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引進(jìn)位移電流位移電流的的概念。這個(gè)概念的核心思想是：概念。這個(gè)概念的核心思想

12、是：變化著的電場(chǎng)能產(chǎn)變化著的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)；與變化著的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)生磁場(chǎng)；與變化著的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。在此基。在此基礎(chǔ)上提出了一套偏微分方程來(lái)表達(dá)電磁現(xiàn)象的基本礎(chǔ)上提出了一套偏微分方程來(lái)表達(dá)電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，稱(chēng)為規(guī)律，稱(chēng)為麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組，是經(jīng)典電磁學(xué)的基本，是經(jīng)典電磁學(xué)的基本方程。方程。113 3電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用和發(fā)展電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用和發(fā)展 1887 1887年，德國(guó)科學(xué)家年，德國(guó)科學(xué)家赫茲赫茲用火花隙激勵(lì)用火花隙激勵(lì)一個(gè)環(huán)狀天線，用另一個(gè)帶隙的環(huán)狀天線接一個(gè)環(huán)狀天線，用另一個(gè)帶隙的環(huán)狀天線接收，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于電磁波存在的預(yù)言，收，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于電磁波存在的預(yù)言

13、，這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了后來(lái)無(wú)線電報(bào)的發(fā)明。這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了后來(lái)無(wú)線電報(bào)的發(fā)明。從此開(kāi)始了電磁場(chǎng)理論應(yīng)用與發(fā)展時(shí)代，并從此開(kāi)始了電磁場(chǎng)理論應(yīng)用與發(fā)展時(shí)代，并且發(fā)展成為當(dāng)代最引人注目的學(xué)科之一。且發(fā)展成為當(dāng)代最引人注目的學(xué)科之一。12無(wú)線電報(bào)無(wú)線電報(bào) 18951895年，意大利馬可尼成功地進(jìn)行了年，意大利馬可尼成功地進(jìn)行了2.52.5公里距離的無(wú)線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。公里距離的無(wú)線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。18961896年，波年，波波夫進(jìn)行了約波夫進(jìn)行了約250250米距離的類(lèi)似試驗(yàn)米距離的類(lèi)似試驗(yàn), 1899, 1899年年, , 無(wú)線電報(bào)跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功；無(wú)線電報(bào)跨越英吉利海峽的試驗(yàn)成功；1901

14、1901年，年，跨越大西洋的跨越大西洋的32003200公里距離的試驗(yàn)成功。馬可尼公里距離的試驗(yàn)成功。馬可尼以其在無(wú)線電報(bào)等領(lǐng)域的成就，獲得了以其在無(wú)線電報(bào)等領(lǐng)域的成就，獲得了19091909年的年的諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(xué)獎(jiǎng)。無(wú)線電報(bào)的發(fā)明，開(kāi)始了諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(xué)獎(jiǎng)。無(wú)線電報(bào)的發(fā)明，開(kāi)始了利用電磁波時(shí)期。利用電磁波時(shí)期。有線電話(huà)有線電話(huà) 18761876年年, ,美國(guó)美國(guó)A.G.A.G.貝爾在美國(guó)建國(guó)貝爾在美國(guó)建國(guó)100100周年博覽會(huì)上展示了他所發(fā)明的有線電話(huà)。此后周年博覽會(huì)上展示了他所發(fā)明的有線電話(huà)。此后, ,有線電話(huà)便迅速普及開(kāi)來(lái)。有線電話(huà)便迅速普及開(kāi)來(lái)。13廣播廣播 19061906年，美國(guó)

15、費(fèi)森登用年，美國(guó)費(fèi)森登用5050千赫頻率發(fā)電千赫頻率發(fā)電機(jī)作發(fā)射機(jī)，用微音器接入天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使機(jī)作發(fā)射機(jī)，用微音器接入天線實(shí)現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的報(bào)務(wù)員聽(tīng)到了他從波士頓播出大西洋航船上的報(bào)務(wù)員聽(tīng)到了他從波士頓播出的音樂(lè)。的音樂(lè)。19191919年，第一個(gè)定時(shí)播發(fā)語(yǔ)言和音樂(lè)年，第一個(gè)定時(shí)播發(fā)語(yǔ)言和音樂(lè)的無(wú)線電廣播電臺(tái)在英國(guó)建成。次年的無(wú)線電廣播電臺(tái)在英國(guó)建成。次年 ，在美國(guó)，在美國(guó)的匹茲堡城又建成一座無(wú)線電廣播電臺(tái)。的匹茲堡城又建成一座無(wú)線電廣播電臺(tái)。電視電視 18841884年，德國(guó)尼普科夫提出機(jī)械掃描電年，德國(guó)尼普科夫提出機(jī)械掃描電視的設(shè)想，視的設(shè)想，19271927年，英國(guó)貝爾德成功地

16、用電話(huà)年，英國(guó)貝爾德成功地用電話(huà)線路把圖像從倫敦傳至大西洋中的船上。茲沃線路把圖像從倫敦傳至大西洋中的船上。茲沃霄金在霄金在19231923和和19241924年相繼發(fā)明了攝像管和顯像年相繼發(fā)明了攝像管和顯像管。管。19311931年，他組裝成世界上第一個(gè)全電子電年，他組裝成世界上第一個(gè)全電子電視系統(tǒng)視系統(tǒng)。14雷達(dá)雷達(dá)（Radio Detection and RangingRadio Detection and Ranging） 二次世界大戰(zhàn)前夕，飛機(jī)成為主要進(jìn)攻武器。二次世界大戰(zhàn)前夕，飛機(jī)成為主要進(jìn)攻武器。英、美、德、法等國(guó)競(jìng)相研制一類(lèi)能夠早期警戒英、美、德、法等國(guó)競(jìng)相研制一類(lèi)能夠早期警戒

17、飛機(jī)的裝置。飛機(jī)的裝置。19361936年，英國(guó)的瓦特設(shè)計(jì)的警戒雷年，英國(guó)的瓦特設(shè)計(jì)的警戒雷達(dá)最先投入了運(yùn)行。有效地警戒了來(lái)自德國(guó)的轟達(dá)最先投入了運(yùn)行。有效地警戒了來(lái)自德國(guó)的轟炸機(jī)。炸機(jī)。19381938年，美國(guó)研制成第一部能指揮火炮射年，美國(guó)研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達(dá)。擊的火炮控制雷達(dá)。19401940年，多腔磁控管的發(fā)明，年，多腔磁控管的發(fā)明，微波雷達(dá)的研制成為可能。微波雷達(dá)的研制成為可能。19441944年，能夠自動(dòng)跟年，能夠自動(dòng)跟蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。蹤飛機(jī)的雷達(dá)研制成功。19451945年，能消除背景干年，能消除背景干擾顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的顯示技術(shù)的發(fā)明擾顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的顯示技

18、術(shù)的發(fā)明, ,使雷達(dá)更加完使雷達(dá)更加完善。在整個(gè)第二次世界大戰(zhàn)期間善。在整個(gè)第二次世界大戰(zhàn)期間, ,雷達(dá)成了電磁場(chǎng)雷達(dá)成了電磁場(chǎng)理論最活躍的部分。理論最活躍的部分。15衛(wèi)星通信技術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù) 19581958年年, , 美國(guó)發(fā)射低軌的美國(guó)發(fā)射低軌的“斯科斯科爾爾” 衛(wèi)星成功，這是第一顆用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。衛(wèi)星成功，這是第一顆用于通信的試驗(yàn)衛(wèi)星。19641964年年, ,借助定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了美、借助定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星首次實(shí)現(xiàn)了美、 歐、非三大洲的通信和電視轉(zhuǎn)播。歐、非三大洲的通信和電視轉(zhuǎn)播。19651965年年, ,第一顆第一顆商用定點(diǎn)同步衛(wèi)星投入運(yùn)行。商用定點(diǎn)同步衛(wèi)星投入運(yùn)行。196

19、91969年年, , 大西洋、大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星太平洋和印度洋上空均已有定點(diǎn)同步通信衛(wèi)星, ,衛(wèi)衛(wèi)星地球站已遍布世界各國(guó)，這些衛(wèi)星地球站又和星地球站已遍布世界各國(guó)，這些衛(wèi)星地球站又和本國(guó)或本地區(qū)的通信網(wǎng)接通。衛(wèi)星通信經(jīng)歷本國(guó)或本地區(qū)的通信網(wǎng)接通。衛(wèi)星通信經(jīng)歷1010年年的發(fā)展，終趨于成熟的發(fā)展，終趨于成熟。16衛(wèi)星定位技術(shù)衛(wèi)星定位技術(shù) 19571957年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們?cè)嚹晷l(wèi)星發(fā)射成功后，人們?cè)噲D將雷達(dá)引入衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)以衛(wèi)星為基地對(duì)地球表圖將雷達(dá)引入衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)以衛(wèi)星為基地對(duì)地球表面及近地空間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。面及近地空間目標(biāo)的定位和導(dǎo)航。19581958年底，美

20、年底，美國(guó)開(kāi)始研究實(shí)施這一計(jì)劃，于國(guó)開(kāi)始研究實(shí)施這一計(jì)劃，于19641964年研究成功子年研究成功子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。19731973年美國(guó)提出了由年美國(guó)提出了由2424顆衛(wèi)顆衛(wèi)星組成的實(shí)用系統(tǒng)新方案，即星組成的實(shí)用系統(tǒng)新方案，即GPSGPS計(jì)劃。它是英計(jì)劃。它是英文文Navigation Satellite Timing and Ranging Navigation Satellite Timing and Ranging /Global Positioning System /Global Positioning System 的字頭縮寫(xiě)的字頭縮寫(xiě)NAVSTAR/GPSN

21、AVSTAR/GPS的簡(jiǎn)稱(chēng)，其含義是利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)的簡(jiǎn)稱(chēng)，其含義是利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距。行測(cè)時(shí)和測(cè)距。19901990年最終的年最終的GPSGPS方案是由方案是由2121顆顆工作衛(wèi)星和工作衛(wèi)星和3 3顆在軌備用衛(wèi)星組成。顆在軌備用衛(wèi)星組成。四、電磁場(chǎng)理論的主要研究對(duì)象四、電磁場(chǎng)理論的主要研究對(duì)象電磁場(chǎng)的基本屬性及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律電磁場(chǎng)的基本屬性及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律, ,波與物質(zhì)的波與物質(zhì)的相互作用及信息的提取相互作用及信息的提取電磁場(chǎng)系統(tǒng)的計(jì)算方法，仿真技術(shù)電磁場(chǎng)系統(tǒng)的計(jì)算方法，仿真技術(shù)工程技術(shù)應(yīng)用中的電磁場(chǎng)理論問(wèn)題工程技術(shù)應(yīng)用中的電磁場(chǎng)理論問(wèn)題17當(dāng)今世界，電子信息系統(tǒng)，不論是通信、雷達(dá)、當(dāng)今世界，

22、電子信息系統(tǒng)，不論是通信、雷達(dá)、廣播、電視，還是導(dǎo)航、遙控遙測(cè)，都是通過(guò)電廣播、電視，還是導(dǎo)航、遙控遙測(cè)，都是通過(guò)電磁波傳遞信息來(lái)進(jìn)行工作的。因此以宏觀電磁理磁波傳遞信息來(lái)進(jìn)行工作的。因此以宏觀電磁理論為基礎(chǔ)，電磁信息的傳輸和轉(zhuǎn)換為核心的電磁論為基礎(chǔ)，電磁信息的傳輸和轉(zhuǎn)換為核心的電磁場(chǎng)與電磁波工程技術(shù)將充分發(fā)揮其重要作用。下場(chǎng)與電磁波工程技術(shù)將充分發(fā)揮其重要作用。下面以無(wú)線電通信系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明。面以無(wú)線電通信系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明。18發(fā)射機(jī)末級(jí)回路產(chǎn)生的高頻振蕩電流經(jīng)過(guò)饋線送到發(fā)射天線，發(fā)射機(jī)末級(jí)回路產(chǎn)生的高頻振蕩電流經(jīng)過(guò)饋線送到發(fā)射天線，通過(guò)發(fā)射天線將其轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去；到了接收端，電磁通過(guò)發(fā)

23、射天線將其轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去；到了接收端，電磁波在接收天線上感生高頻振蕩電流，再經(jīng)饋線將高頻振蕩電流波在接收天線上感生高頻振蕩電流，再經(jīng)饋線將高頻振蕩電流送到接收機(jī)輸入回路，這就完成了信息的傳遞。在這個(gè)過(guò)程中，送到接收機(jī)輸入回路，這就完成了信息的傳遞。在這個(gè)過(guò)程中，經(jīng)歷了電磁波的經(jīng)歷了電磁波的傳輸傳輸、發(fā)射發(fā)射、傳播傳播、接收接收等過(guò)程。等過(guò)程。 接收機(jī)接收天線饋線下行波發(fā)射機(jī)發(fā)射天線饋線導(dǎo)行波19傳輸傳輸導(dǎo)導(dǎo)行行電電磁磁波波發(fā)射天線發(fā)射天線接收天線接收天線傳播傳播入射、反射、透射、繞射入射、反射、透射、繞射傳輸傳輸導(dǎo)導(dǎo)行行電電磁磁波波天線天線20中、短波發(fā)射天線中、短波發(fā)射天線微波接力天線

24、微波接力天線卡塞格侖天線卡塞格侖天線2122MMDSA型微波天線型微波天線MMDSC型微波天線型微波天線23對(duì)數(shù)周期天線對(duì)數(shù)周期天線傳輸線傳輸線24矩形波導(dǎo)圓波導(dǎo)平行雙線同軸線微帶線電磁兼容電磁兼容25隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子、電氣系統(tǒng)獲得越來(lái)越廣泛的隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子、電氣系統(tǒng)獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。運(yùn)行中的電子、電氣設(shè)備大應(yīng)用。運(yùn)行中的電子、電氣設(shè)備大多伴隨著電磁能量的轉(zhuǎn)換，多伴隨著電磁能量的轉(zhuǎn)換，使得高密度、寬頻譜的電磁信息充滿(mǎn)整個(gè)人類(lèi)的生存空間，構(gòu)使得高密度、寬頻譜的電磁信息充滿(mǎn)整個(gè)人類(lèi)的生存空間，構(gòu)成極其復(fù)雜的電磁環(huán)境，出現(xiàn)了成極其復(fù)雜的電磁環(huán)境，出現(xiàn)了電磁干擾和電磁污染

25、電磁干擾和電磁污染。使電子。使電子系統(tǒng)受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，人類(lèi)生存受到威脅。人們面臨的一個(gè)新系統(tǒng)受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，人類(lèi)生存受到威脅。人們面臨的一個(gè)新問(wèn)題就是如何提高電子系統(tǒng)在問(wèn)題就是如何提高電子系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下正常運(yùn)行復(fù)雜電磁環(huán)境下正常運(yùn)行的能力，的能力，如何改善人類(lèi)生存環(huán)境。如何改善人類(lèi)生存環(huán)境。在這樣的背景下提出了電磁兼容的概念，逐漸形成了一門(mén)新學(xué)在這樣的背景下提出了電磁兼容的概念，逐漸形成了一門(mén)新學(xué)科科電磁兼容性電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility,Electromagnetic Compatibility,簡(jiǎn)寫(xiě)簡(jiǎn)寫(xiě)為為EMCEMC）。）。電子系統(tǒng)的電磁兼

26、容性的分析、計(jì)算、試驗(yàn)都要用電子系統(tǒng)的電磁兼容性的分析、計(jì)算、試驗(yàn)都要用到大量的電磁場(chǎng)理論知識(shí)，應(yīng)用到電路的基礎(chǔ)知識(shí)，甚至生物到大量的電磁場(chǎng)理論知識(shí)，應(yīng)用到電路的基礎(chǔ)知識(shí)，甚至生物醫(yī)學(xué)知識(shí)?？梢哉f(shuō)，電磁兼容學(xué)科是電磁場(chǎng)學(xué)科和其他相關(guān)學(xué)醫(yī)學(xué)知識(shí)?？梢哉f(shuō)，電磁兼容學(xué)科是電磁場(chǎng)學(xué)科和其他相關(guān)學(xué)科相結(jié)合而形成的新學(xué)科?？葡嘟Y(jié)合而形成的新學(xué)科。生物電磁學(xué)生物電磁學(xué)26生物電磁學(xué)生物電磁學(xué)也是與電磁場(chǎng)相關(guān)也是與電磁場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的一門(mén)新學(xué)科，它研究電磁聯(lián)的一門(mén)新學(xué)科，它研究電磁場(chǎng)與生物系統(tǒng)的相互作用、相場(chǎng)與生物系統(tǒng)的相互作用、相互影響的關(guān)系，電磁場(chǎng)與電磁互影響的關(guān)系，電磁場(chǎng)與電磁波無(wú)疑是其討論的理論依據(jù)。波無(wú)疑

27、是其討論的理論依據(jù)。27Stealth Bomber - B2 i rri28Global Positioning System GPS五、主要參考書(shū)五、主要參考書(shū)29 A. Basic references: 1 Robert R. Yang and Thomas T. Wong. Electromagnetic Fields and Waves. Beijing: Higher Education Press, 20062 David K.Cheng . 電磁場(chǎng)與波電磁場(chǎng)與波. 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社, 2007 3 謝處方謝處方,饒克謹(jǐn)饒克謹(jǐn). 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波. 第三

28、版第三版. 北京北京: 高等教育出版社高等教育出版社, 1999 4 倪光正倪光正. 工程電磁場(chǎng)原理工程電磁場(chǎng)原理. 北京北京: 高等教育出版社高等教育出版社, 200230Advanced references: 1 楊儒貴楊儒貴, 陳達(dá)章陳達(dá)章, 劉鵬程劉鵬程. 電磁理論電磁理論. 西安西安: 西安交通大學(xué)出社西安交通大學(xué)出社, 19912 樓仁海樓仁海, 符果行符果行, 袁敬閎袁敬閎. 電磁理論電磁理論. 成都成都: 電子科技大學(xué)出版社電子科技大學(xué)出版社, 19963 傅君眉傅君眉, 馮恩信馮恩信. 高等電磁理論高等電磁理論. 西安西安: 西安交通大學(xué)出版社西安交通大學(xué)出版社, 2000

29、4 楊儒貴楊儒貴. 電磁理論中的輔助函數(shù)電磁理論中的輔助函數(shù). 北京北京: 高等教育出版社，高等教育出版社，19925 楊儒貴楊儒貴. 電磁定理和原理及其應(yīng)用電磁定理和原理及其應(yīng)用. 成都成都: 西南交通大學(xué)出版社西南交通大學(xué)出版社, 2002六、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求六、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求掌握宏觀電磁場(chǎng)的掌握宏觀電磁場(chǎng)的基本基本屬性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律屬性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律掌握宏觀電磁場(chǎng)問(wèn)題的掌握宏觀電磁場(chǎng)問(wèn)題的基本基本求解方法求解方法了解宏觀電磁場(chǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域及其原理了解宏觀電磁場(chǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域及其原理訓(xùn)練分析問(wèn)題、歸納問(wèn)題的科學(xué)方法訓(xùn)練分析問(wèn)題、歸納問(wèn)題的科學(xué)方法培養(yǎng)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的能力培養(yǎng)

30、用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題的能力獨(dú)立完成作業(yè)，做好課堂筆記獨(dú)立完成作業(yè)，做好課堂筆記端正學(xué)習(xí)態(tài)度，樹(shù)立正確的端正學(xué)習(xí)態(tài)度，樹(shù)立正確的3132難難 點(diǎn)點(diǎn)分析和處理問(wèn)題的方法分析和處理問(wèn)題的方法 數(shù)學(xué)處理過(guò)程數(shù)學(xué)處理過(guò)程矢量分析矢量分析教材介紹教材介紹33電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波(第二第二版版)/ 國(guó)際知名大學(xué)原版國(guó)際知名大學(xué)原版教材中譯本教材中譯本原作者：原作者：David/K.Cheng何業(yè)軍，桂良啟何業(yè)軍，桂良啟 譯，譯，清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社市場(chǎng)價(jià)：市場(chǎng)價(jià)： ￥64.0目錄目錄1 電磁模型電磁模型2 矢量分析矢量分析3 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)4 靜電問(wèn)題的解法靜電問(wèn)題的解法5 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 6

31、 靜磁場(chǎng)靜磁場(chǎng)7 時(shí)變電磁場(chǎng)和麥克斯韋方程組時(shí)變電磁場(chǎng)和麥克斯韋方程組8 平面電磁波平面電磁波9 傳輸線理論及其應(yīng)用傳輸線理論及其應(yīng)用 10 波導(dǎo)和諧振腔波導(dǎo)和諧振腔 11 天線和輻射系統(tǒng)天線和輻射系統(tǒng)34351.1.教材：教材：人手一本人手一本2.2.日常要求：日常要求： 按時(shí)上課，不得遲到、早退、無(wú)故曠課、說(shuō)話(huà)按時(shí)上課，不得遲到、早退、無(wú)故曠課、說(shuō)話(huà) 保質(zhì)保量的完成作業(yè)，按時(shí)交作業(yè)。保質(zhì)保量的完成作業(yè)，按時(shí)交作業(yè)。 * *按學(xué)校規(guī)定作業(yè)或到課率少于按學(xué)校規(guī)定作業(yè)或到課率少于1/31/3者，取消考試資格（補(bǔ)考者，取消考試資格（補(bǔ)考也沒(méi)有資格）。也沒(méi)有資格）。3.3.考核：考核：平時(shí)成績(jī)平時(shí)成

32、績(jī)3030期末考試成績(jī)期末考試成績(jī)70%70% 統(tǒng)一命題，統(tǒng)一判卷，閉卷，統(tǒng)一命題，統(tǒng)一判卷，閉卷，2 2小時(shí)小時(shí)課程的基本要求課程的基本要求361. 引言引言2. 矢量加法和減法矢量加法和減法3. 矢量的乘積矢量的乘積4. 正交坐標(biāo)系正交坐標(biāo)系5.標(biāo)量場(chǎng)的梯度標(biāo)量場(chǎng)的梯度6.矢量場(chǎng)的散度矢量場(chǎng)的散度7. 散度定理散度定理8. 矢量場(chǎng)的旋度矢量場(chǎng)的旋度9. 斯托克斯定理斯托克斯定理10. 兩個(gè)零恒等式兩個(gè)零恒等式11. 亥姆霍茲定理亥姆霍茲定理第第2章章 矢量分析矢量分析37Main topic1. 標(biāo)量和矢量標(biāo)量和矢量2. 矢量加法和減法矢量加法和減法3. 矢量的乘積矢量的乘積AAAAaAa

33、AaAAAA381. 標(biāo)量和矢量標(biāo)量和矢量 一個(gè)一個(gè)標(biāo)量標(biāo)量完全由其完全由其大小大小確定，比如電荷，電流和能量。確定，比如電荷，電流和能量。 一個(gè)一個(gè)矢量矢量不僅有不僅有大小大小，還有，還有方向方向，比如說(shuō)電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度。，比如說(shuō)電場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度。大小為大小為1, 單位矢量單位矢量BAC392. 矢量的加法和減法矢量的加法和減法1). 平行四邊形法則平行四邊形法則：從同一點(diǎn)畫(huà)出矢量：從同一點(diǎn)畫(huà)出矢量A和和B，構(gòu)成一個(gè)平行，構(gòu)成一個(gè)平行四邊形，其對(duì)角線矢量就是和矢量四邊形，其對(duì)角線矢量就是和矢量C。2). 首尾相接法則首尾相接法則: A的頭接于的頭接于B的尾。從的尾。從A的尾端畫(huà)到的尾端畫(huà)到B的首端所的首端所得到的矢量就是它們的和矢量得到的矢量就是它們的和矢量C。矢量。矢量A、B和和C構(gòu)成一個(gè)三角形。構(gòu)成一個(gè)三角形。BAC40矢量矢量減法減法可借助于矢