《电磁波与天线仿真与实践》课件-电波与天线知识点6 麦克斯韦方程组和电磁波

《电磁波与天线仿真及实践》课件内容提要

位移电流

麦克斯韦方程组电磁波的速度电磁波的波阻抗能流密度矢量

交变磁场将产生交变电场

动磁生电这新生的交变电场即感生电场，并具有以下性质：（1）感生电场与静电场相比，对电荷均有作用力，并均可用电力线（或电位移线）来表征起性质。但静电场的电力线是起于正电荷，止于负电荷，即有头有尾的，而感生电场电力线则是无头无尾的闭合曲线。（2）感生电场有交变磁场产生，其方向根据右手螺旋定则确定。因而感生电场E与交变磁场H必然是彼此垂直的，即E线与H线正交，如图所示。（3）感生电场有交变磁场产生，所以感生电场也是交变的。在均匀介质中，感生电场将随交变磁场变化规律变化。例如，交变磁场按余弦规律变化，则感生电场也将按余弦规律变化。感生电场与静电场区别动电生磁:。流动的电荷（电流）变化的电场激发变化的磁场

{恒稳磁场 时变磁场传导电流：

在外电场的作用下，金属中自由电子的有规则运动或者电解质溶液中离子的有规则运动所形成的电流。

运流电流：

电真空器件带电粒子形成的电流。

位移电流：

介质中时变电场对时间的变化率产生。电流位移电流按照基尔霍夫定律，流入节点的电流应等于流出节点的电流，说明电流是连续的。但对于含有电容的电路，这个定律似乎不成立。比如我们将观察点设置在一极板A上，IA入≠IA出。但就整个电路来说IA入＝IB出。那么电流IA入在电容极板间是怎样传递的呢？不难设想，在极板间的真空区域中存在同一量值的电流，但它不以电荷的形式出现。位移电流ID和位移电流密度JD动电生磁。全电流

I＝IC＋ID＋Ie

麦克斯韦总结了位移电流、传导电流、运流电流的特性。提出了全电流的学说，指出无论是何种电流，它们在产生磁效应方面是等同的。习惯上用字母ID、IC、、Ie分别表示位移电流、传导电流、运流电流。所谓全电流指三者总和

1865年英国麦克斯韦建立电磁场理论麦克斯韦方程组第一方程称为全电流方程，说明动电生磁。指出电荷运动形成电流，可以产生磁场，变化的电场同样也能产生变化的磁场；第二方程称为法拉第电磁感应定理，说明动磁生电指出变化的磁场能产生变化的电场；第三方程是磁场的高斯定理，说明磁力线呈闭合的回线；第四方程是电场的高斯定理，用以阐明电场受到电荷的制约。

麦克斯韦方程组它全面地描述了电磁场矢量（包括电荷及电流）的空间分布和时间变化所遵循的规律。麦克斯韦根据这些规律,断定光与电磁波有同一属性,并且都以同样的有限速度，即光速传播。这个论断为H.R.赫兹在1887年的电磁波实验所证明，是近代无线电技术的基本依据。

物质的本构方程式J＝σE、D＝εE、B＝μH组成了描述物质电磁性质的基本方程、常称为本构方程。而ε、μ、σ正是描绘电磁特性的最基本参量。因此，站在不同侧面上可对媒质进行分类，按媒质的导电能力σ来分，媒质可分为两类：导体和介质。理想导体的σ值趋向无穷大。介质为理想的绝缘体，σ值为零。介电常数ε是反映介质电极化能力。依据媒质的磁特性参数μ来分，磁介质可分为四类：顺磁性物质、逆磁性物质、铁磁性物质和铁氧体。

电磁总能量电场能量密度为

（2-20）磁场的磁能密度（即单位体积内的磁能）为

在电、磁场并存的空间中，单位体积内的电磁能w应由下式决定

电磁波的速度理论和实验证明，在均匀介质中电磁波的传播速度为

在真空中，记为

≈3.0×108m/s。 当电磁波传播时，其波频f与波源同，工作波长因媒质不同而不同，应等于：

λ=

式中λ0

为电磁波在真空中的传播波长，简称电磁波长。1、电磁波的传播速度电磁波的波阻抗电场强度E和磁场强度H的大小受到制约，其比值由空间媒质的电磁特性决定。应此可定义波阻抗，E与H的比值定义了电磁波的本质阻抗（波阻抗）：

在真空中，记为η０：

η0≈120π≈377Ω

2.电磁波的波阻抗电磁波的能量与能流电场和磁场中均有能量的储存，并用能量密度表示。电场波的总能量密度为

图3-5能流密度的计算

根据波速代入上式wv=EH可以证明，上式代表每秒通过与传播方向垂直的单位截面内的能量，称能流密度。通常用s表示。S=