電磁波的產(chǎn)生及特性

1、1.電磁波的產(chǎn)生：由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論：變化的電場(chǎng)會(huì)在其周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)；變化的磁場(chǎng)又在更遠(yuǎn)的區(qū)域產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。因此，變化著的電磁場(chǎng)就會(huì)在空間以一定的速度由近及遠(yuǎn)地傳播出去，形成電磁波。圖中的振蕩偶極子可由LC振蕩電路演變而來(lái)。低頻LC電路中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的能量被局限在電容器和自感線圈中，不利于發(fā)射。理論證明：電磁波的輻射功率與頻率的四次方成正比。為提高輻射能力：(1) 使電磁能量分散于空間；(2) 提高電路的振蕩頻率。設(shè)電荷在振蕩偶極子上按余弦規(guī)律變化：則振蕩偶極子的電偶極矩：p0 = q0 l 稱為電矩振幅?？梢?jiàn)，振蕩偶極子相當(dāng)于一個(gè)隨時(shí)間變化的電流元，由它產(chǎn)生的迅變磁場(chǎng)可在空間激發(fā)渦旋

2、電場(chǎng)。在離波源很遠(yuǎn)處（波場(chǎng)區(qū)），電磁波為球面波。而波面上小范圍內(nèi)可看作平面波。此處的電磁場(chǎng)主要由渦旋電場(chǎng)和渦旋磁場(chǎng)組成。波場(chǎng)區(qū)中任一點(diǎn)P附近，電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的表達(dá)式分別為：2電磁波的性質(zhì)：(1) 電磁波是橫波，電磁波中的電場(chǎng)E、磁場(chǎng)H和電磁波的傳播方向r相互垂直。(2) 在波場(chǎng)區(qū)，電場(chǎng)強(qiáng)度E、磁場(chǎng)強(qiáng)度H的振動(dòng)相位相同。真空中： 介質(zhì)中： (3) E、H的振動(dòng)狀態(tài)以相同波速c向前傳播。真空中： 介質(zhì)中： 上式中 稱為介質(zhì)的折射率。(4) 電磁波的頻率等于振蕩偶極子的振動(dòng)頻率。3電磁波的能量：電磁波的傳播過(guò)程也就是電磁能量的傳播過(guò)程。以電磁波的形式傳播出去的能量稱為輻射能。電磁波的波場(chǎng)中單位體

3、積內(nèi)的電磁波能量，即電磁波的能量密度為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向單位面積的輻射能稱為電磁波的能流密度（或輻射強(qiáng)度），用S表示：因?yàn)椋?所以： 用矢量形式表示電磁波的能量密度為： 稱為坡印廷矢量將電場(chǎng)和磁場(chǎng)的表達(dá)式代入上式得：由上式求電磁波能流密度在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即得電磁波的平均能流密度（或平均輻射強(qiáng)度）為：討論(1) 即振蕩偶極子的電矩振幅越大，電磁波的輻射越強(qiáng)； (2) 平均能流密度與場(chǎng)點(diǎn)到波源距離的平方成反比； (3) （稱為方向因子）可見(jiàn)，沿振蕩偶極子方向，電磁波的平均能流密度為零；而垂直于振蕩偶極子方向，電磁波的平均能流密度最大：極軸上： 赤道平面上： 最大(4) 可見(jiàn)頻率越高（通常 105Hz）越利于輻射。例題16-3-1：已知發(fā)射電磁波的點(diǎn)波源平均輸出功率為800W，求離開(kāi)點(diǎn)波源3.5m處的：(1) 平均能流密度；(2) 電場(chǎng)E和磁場(chǎng)B的最大值。解：(1) 設(shè)電磁波波源發(fā)射的電磁波沿各方向均勻分布，則在r=3.5m處電磁波的平均能流密度為：(2) 可以證明，電磁波的平均能流密度為電磁波最大能流密度的二分之一，即：式