电磁场与电磁波张洪欣

电磁场与电磁波张洪欣

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【专家解析】电磁场与电磁波张洪欣

【优秀范文】电磁场与电磁波张洪欣

范文一:电磁场与电磁波运用

电磁场与电磁波在生活中的应用

【摘要】:磁是人类生存的要素之一。地球本身就是一个磁场,由于地球自身运动导致 的两极缩短、赤道拉长、冰川融化、海平面上升等原因,地球的磁场强度正逐渐 衰减。外加高楼林立、高压电网增多,人为地对地球磁力线造成干扰和破坏。所以,现在地球的磁场强度只有 500 年前的 50%了,许多人出现种种缺磁症状。科学家研究证实,远离地球的宇航员在太空中所患的“太空综合症’就是因缺磁而 ’ 造成的。由此可见磁对于生命的重要性。 磁场疗法,又称“磁疗法” “磁穴疗法” 是让磁场作用于人体一定部位或穴位,使磁力线透人人体组织深处,以治疗疾病的一种方法。磁疗的作用机制是加速细胞 的复活更新,增强血细胞的生命力,净化血液,改善微循环,纠正内分泌的失调 和紊乱,调节肌体生理功能的阴阳平衡。

【关键词】: 磁疗 磁疗保健 生物电磁学 电磁对抗 电磁环境 运用 发展

引言: 生物电磁学是研究非电离辐射电磁波(场)与生物系统不同层次相互作用规律及其应用的边缘学科,主要涉及电磁场与微波技术和生物学。其意义在开发电 磁能在医学、生物学方面的应用以及对电磁环境进行评价和防护。电磁对抗主要是运用在军事方面,利用电磁波的特性制造出一系列的战争武器或战略武器。主要涉及各种频段的电磁波的运用。

【正文】:

一、电磁学在医疗上的应用

生物电磁学在医疗上的应用,简称磁疗。是 20 世纪九十年代才广泛兴起的一种自然疗法,用磁能作用于人体,通过磁的一系列生物与生物电磁学效应达到 调整人体生理活动、实现身体保健和治疗疾病的目的。确切地说,磁疗是一种物 理能量疗法。由于磁疗安全、方便、简捷、省时、无毒副作用、疗效肯定受到人们的认可和喜爱, 被世界卫生组织推荐为最有前途的绿色疗法。 从严格意义上说, 磁疗还未真正地走进现代生命科学的殿堂,尚处于研究、探索、试用阶段,属于 生命科学中一门崭新的边缘学科。本文所述的磁生物与生物电磁生理学效应是对 近十年来人们使用磁性保健产品临床效果的总结和理性思考,也是第一次提出 “磁生物与生物电磁生理学效应”这一概念, 有关人体这一弱电磁生物体与磁场相互作用的具体细节及其量化表述有待进一步实验结果的充实。

在科学上,称超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射为电磁污染。电磁辐射分二大类,一类是天然电磁辐射,如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等,除对电气设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏外,还会在广大地区产生严重电磁干扰。另一类是人工电磁辐射,主要是微波设备产生的辐射,微波辐射能使人体组织温度升高,严重时造成植物神经功能紊乱。但是对电磁辐射,要正确认识,而且要科学防护。事实上,电磁波也如同大气和水资源一样,只有当人们规划、使用不当时才会造成危害。一定量的辐射对人体是有益的,医疗上的烤电、理疗等方法都是利用适量电磁波来治病健身

生物电磁场保健

将人体置于姜氏场导舱内接受载有青春信息的植物幼苗发射的生物电磁波。结果发现:人体红细胞膜的渗透脆性降低,韧性增强;甲状腺素、 性激素分泌增加;免疫功能提高;肾上腺皮质激素分泌无明显变化。提示:植物幼苗电磁波有助于红细胞功能的发挥,促进机

体新陈代谢,增加青春活力,提高性功能,增强免疫力从而对人体发挥返老还青和医疗保健作用。

激光治疗

激光是60年代初出现的一种新光源。已广泛应用于国防、农业、卫生医疗和科学研究,也是治疗肿瘤的一种新方法。用它既能切割组织,又能同时止血,能使肿瘤组织迅速气化和雾化,从而使肿瘤在瞬间消失。激光对组织具有热、压、光和电磁场效应的作用。

1、热效应:激光能使肿瘤组织在几秒种的短时间内,局部温度高达200-1000摄氏度,使其变性、凝固坏死,继而气化消失。

2、压力效应:激光本身的光压和由高热导致的组织膨胀引起的二次冲击波,加深了肿瘤组织破坏。

3、光效应:激光被肿瘤组织吸收后,可增强热效应,使肿瘤组织被破坏。

4、电磁场效应:激光是一种电磁波。能产生电磁场,可使肿瘤组织离化、核分解而被破坏死亡,如有残癌也可自行消退,这可能与免疫有关。激光制造成激光器、激光手术刀用于治疗体表肿瘤,眼耳鼻咽喉肿瘤、神经肿瘤等。

EMF系统

EMF系统是由(株)日本MDM公司开发研究生产的新一代脑外科手术器械。根据其作用原理,我们俗称之为“电磁刀”。EMF系统利用高频电磁能对机体组织进行汽化,切割和凝固。因该系统外周围优良组织的热损伤小且不需要对极板,因此尤其使用于脑外等精密外科。对硬性及深部微小脑瘤的去除极为有效。

EMF系统与常规的电刀相比,在原理和设计上都有很大区别。EMF系统用于汽化,切割和凝固的输出功率很小(49W以下),为一般电刀所不及。不需要对极板这一特点使单极手术刀用于脑外手术成为可能。没有烧伤感电和破坏神经系统的危险,安全性高,使用方便。与激光刀相比,不需要眼球保护镜和其它保护附件,操作时对患者和医生均无危害。手术时与患部直接接触,医生可以灵活掌握调节。与超声波刀相比,EMF系统对于硬化深部微小肿瘤的汽化治疗效果尤为显著。HandPiece非常轻便且呈弯曲状,使视野不受影响,并有利于长时间手术。刀头部分可以任意弯曲,适用于各种手术需要。

微波治疗

微波是指波长在1毫米至1米范围内的非电离辐射高频电磁波。70年代后期微波技术在医疗上得到应用。科学家研究发现,微波治疗有3种:一是大剂量高热治疗肿瘤,能抑制肿瘤细胞的蛋白质合成,降低肿瘤细胞分裂速度,增强化疗、放疗效果;二是用于局部生物体组织的凝固治疗,具有不炭化、不产生烟雾的特点;三是小剂量的温热治疗,可以解痉、止痛、消炎并促进伤恢复等。

电磁波消毒

利用电磁波的场效应和热效应,在5-l0分钟内能迅速达到国家卫生部规定的消毒要求,对成捆、成扎的纸币、成叠的毛巾、医疗器械具有穿透力强,无残留药毒性的消毒特点,是当今消毒领域的新突破

二、磁疗历史

早在古罗马时期,磁场疗法已经用于治疗痛风。2000 余年前的 古代医学文献中已有用磁止痛、治疗关节肿痛等疾病的记载。1970 年代以来磁性材料和磁疗器械、磁疗技术的研

究和应用发展较快,在一些疾病的治疗上取得 一定的疗效,磁疗成为应用较普遍的物理疗法之一。

三、磁疗的特点

治疗作用的双向性,无痛苦,无损伤,安全性好,适应争光,疗效好,省时方便, 多病兼治。

四、电磁波应用变革战争新环境

战场电磁环境的形成,是以电磁空间的发展和战场电磁应用与反应用活动的开展为基础的。它的发展依赖于电磁应用的发明及其在军事领域的广泛运用。

(1) 电磁对抗催生电子战

20世纪以来,电磁波的理论和应用不断取得重大成就。在军事领域,电磁波已经成为战场信息获取、传递、使用以及对抗的重要媒介和最佳载体。目前,军事电子技术所利用的频谱,已经覆盖了从极低频、短波、微波、毫米波、亚毫米波、红外到可见光等全部频段,已渗透和广泛运用于各级指挥系统和各种武器系统之中。

进入20世纪80年代后,随着微电子技术、计算机技术的发展及在军事上的广泛应用,电子对抗不再仅仅是干扰和破坏敌方通信、雷达等单一兵器,而且发展到攻击敌方的C4I系统。1991年海湾战争中,电子战运用的规模和层次达到了空前的程度,对战争的进程和结局产生了重大影响,标志着电子战已成长为现代战争制胜的基本手段和核心要素。在伊拉克战争中,美军电子对抗完成了从“粗放式”干扰压制,发展到在确保掌握制电磁权的同时“精确地”对对方目标实施压制的转变。而且,在电子对抗领域出现了一些新手段和新战法,神奇的GPS第一次在战场上遇到了对手—GPS干扰机,将复杂电磁环境下的电子对抗推向了新的发展阶段。

(2) 信息技术加剧电磁环境复杂化

现如今,以信息化为核心技术的军事变革正在世界各国间竞相展开,一些军事强国为了抢占未来战争的制高点,纷纷加快以信息化建设为主要内容的发展步伐,形成了以加速发展信息化武器装备为核心的竞争态势。其突出表现就是:信息化武器的迅猛发展和武器装备信息化改造的全面加强,信息系统综合集成和信息网络的无缝链接,实现对物质流、能量流的高效、定向、灵活和精确控制。

透过跨世纪以来的几场局部战争不难看出,日益复杂的战场电磁环境,已日益成为影响和制约战争进程的重要因素。随着各国军队信息化进程的加快,目前相继出现了零副瓣天线、寂静雷达、扩跳结合电台、数据链等先进技术,一系列旨在提高自身反侦察、反干扰、抗摧毁能力的电磁应用技术应运而生。由于战场电磁信号出现了“爆炸性”的增长,从而导致信息化战场电磁环境更加复杂化。

(3) 复杂电磁环境影响整体作战

从空间角度讲,电磁波可能来自地面、海上、空中或太空。从敌对属性来讲,电磁波可能来自敌方的电子设备,也可能来自己方的电子设备,还可能来自非敌对双方所属的电子设备和自然界。

从辐射源种类讲,复杂电磁环境主要由电子对抗环境、雷达环境、通信环境、光电环境、敌我识别电磁环境、导航电磁环境、民用电磁环境、自然电磁环境等构成。每一类型的电磁环境又由不同类型的电磁辐射源生成,并对不同的信息化武器装备产生影响,进而会影响到整体作战。

(4) 电磁环境表现特征变幻莫测

由于战场上大量的电磁信号是在人为控制下产生的,或者说是交战双方有目的地控制电子设备实施有意辐射所产生的。因此,在不同的作战时间,交战双方因作战目的不同,所产生的电磁信号数量、种类、密集程度将随时间而变化,而其变化的方式变幻莫测。

从时间上看,复杂电磁环境有时表现为相对静默,有时表现为非常密集;在频谱上表现为无限宽广,拥挤重叠;在能量上表现为密度不均,跌宕起伏;在样式上表现为数量繁多,波形复杂。据不完全统计,目前世界上的通信信号种类多达100种以上。而现代雷达多采用新体制和特殊体制,如相控阵雷达、脉冲多普勒雷达、频率捷变雷达、合成孔径雷达、低截获概率雷达等,使得雷达信号种类繁多且波形十分复杂。

(5) 电磁环境影响指挥控制稳定性

随着电磁应用技术广泛应用于各种武器装备之上,运行于整个作战过程之中,渗透于战场感知、指挥控制、作战协同的方方面面,对判断决策的准确、作战效能的实现等都将产生广泛而深刻的影响。

影响战场感知的真实性。在未来作战中,受复杂电磁环境的影响,可能导致侦察预警系统听不清、看不远、辨不明,全面影响各级指挥员和作战人员判断决策的准确性。

所谓战场感知,实质上是从复杂的电磁活动中筛选出有价值的电磁信号,然后加以判断。而一旦敌方实施强力干扰,电磁活动便可能陷入混乱,继而引起传感器迷茫、战场感知错乱。影响指挥控制的稳定性。在复杂电磁环境下,由于无线电通信在参与形成战场电磁环境的同时,也将严重受到多方面影响,不仅降低了信息感知和传输能力,使指挥机构难以做出正确判断和指挥,同时也会对通信网络造成严重影响。现代战场上,通信系统广泛应用于各种武器装备、作战平台和人员,据外军统计,美军1个师就有2300多部各种电台;同时,民用电台也十分众多密集,特别是个人移动通信设备的爆炸性增长,往往使各种通信辐射源相互影响。如此数量和密度的通信系统应用于相对有限的战场空间内,如果一旦失控,必然会严重影响指挥控制活动的稳定性。

结论:

电磁场和电磁波与人类的生活息息相关,它影响着我们的生活,也改善着我们的生活,电磁波的合理运用也发展了我国的国防力量,电磁波是联系陆海空天各个战场的信息纽带。未来战场,各种作战平台及其与指挥机构之间,都要依靠无线电通信来传输情报、指令和协同信息,而目前外军通过信息系统的无缝链接,正着力构建一体化的协同作战体系。 参考文献:

《生物电磁学》 国防工业出版社, 庞晓峰 编著

《实用医疗学》 国防工业出版社, 周万松 编著

《电磁场与电磁波》 北京大学出版,王善进,张涛 著

《应用电磁学与电磁兼容》 机械工业出版社 作者:(美)迪派克,维迪斯 著,沈远茂 等

电磁场与电磁波在生活中的应用

【摘要】:磁是人类生存的要素之一。地球本身就是一个磁场,由于地球自身运动导致 的两极缩短、赤道拉长、冰川融化、海平面上升等原因,地球的磁场强度正逐渐 衰减。外加高楼林立、高压电网增多,人为地对地球磁力线造成干扰和破坏。所以,现在地球的磁场强度只有 500 年前的 50%了,许多人出现种种缺磁症状。科学家研究证实,远离地球的宇航员在太空中所患的“太空综合症’就是因缺磁而 ’ 造成的。由此可见磁对于生命的重要性。 磁场疗法,又称“磁疗法” “磁穴疗法” 是让磁场作用于人体一定部位或穴位,使磁力线透人人体组织深处,以治疗疾病的一种方法。磁疗的作用机制是加速细胞 的复活更新,增强血细胞的生命力,净化血液,改善微循环,纠正内分泌的失调 和紊乱,调节肌体生理功能的阴阳平衡。

【关键词】: 磁疗 磁疗保健 生物电磁学 电磁对抗 电磁环境 运用 发展

引言: 生物电磁学是研究非电离辐射电磁波(场)与生物系统不同层次相互作用规律及其应用的边缘学科,主要涉及电磁场与微波技术和生物学。其意义在开发电 磁能在医学、生物学方面的应用以及对电磁环境进行评价和防护。电磁对抗主要是运用在军事方面,利用电磁波的特性制造出一系列的战争武器或战略武器。主要涉及各种频段的电磁波的运用。

【正文】:

一、电磁学在医疗上的应用

生物电磁学在医疗上的应用,简称磁疗。是 20 世纪九十年代才广泛兴起的一种自然疗法,用磁能作用于人体,通过磁的一系列生物与生物电磁学效应达到 调整人体生理活动、实现身体保健和治疗疾病的目的。确切地说,磁疗是一种物 理能量疗法。由于磁疗安全、方便、简捷、省时、无毒副作用、疗效肯定受到人们的认可和喜爱, 被世界卫生组织推荐为最有前途的绿色疗法。 从严格意义上说, 磁疗还未真正地走进现代生命科学的殿堂,尚处于研究、探索、试用阶段,属于 生命科学中一门崭新的边缘学科。本文所述的磁生物与生物电磁生理学效应是对 近十年来人们使用磁性保健产品临床效果的总结和理性思考,也是第一次提出 “磁生物与生物电磁生理学效应”这一概念, 有关人体这一弱电磁生物体与磁场相互作用的具体细节及其量化表述有待进一步实验结果的充实。

在科学上,称超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射为电磁污染。电磁辐射分二大类,一类是天然电磁辐射,如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等,除对电气设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏外,还会在广大地区产生严重电磁干扰。另一类是人工电磁辐射,主要是微波设备产生的辐射,微波辐射能使人体组织温度升高,严重时造成植物神经功能紊乱。但是对电磁辐射,要正确认识,而且要科学防护。事实上,电磁波也如同大气和水资源一样,只有当人们规划、使用不当时才会造成危害。一定量的辐射对人体是有益的,医疗上的烤电、理疗等方法都是利用适量电磁波来治病健身

生物电磁场保健

将人体置于姜氏场导舱内接受载有青春信息的植物幼苗发射的生物电磁波。结果发现:人体红细胞膜的渗透脆性降低,韧性增强;甲状腺素、 性激素分泌增加;免疫功能提高;肾上腺皮质激素分泌无明显变化。提示:植物幼苗电磁波有助于红细胞功能的发挥,促进机

体新陈代谢,增加青春活力,提高性功能,增强免疫力从而对人体发挥返老还青和医疗保健作用。

激光治疗

激光是60年代初出现的一种新光源。已广泛应用于国防、农业、卫生医疗和科学研究,也是治疗肿瘤的一种新方法。用它既能切割组织,又能同时止血,能使肿瘤组织迅速气化和雾化,从而使肿瘤在瞬间消失。激光对组织具有热、压、光和电磁场效应的作用。

1、热效应:激光能使肿瘤组织在几秒种的短时间内,局部温度高达200-1000摄氏度,使其变性、凝固坏死,继而气化消失。

2、压力效应:激光本身的光压和由高热导致的组织膨胀引起的二次冲击波,加深了肿瘤组织破坏。

3、光效应:激光被肿瘤组织吸收后,可增强热效应,使肿瘤组织被破坏。

4、电磁场效应:激光是一种电磁波。能产生电磁场,可使肿瘤组织离化、核分解而被破坏死亡,如有残癌也可自行消退,这可能与免疫有关。激光制造成激光器、激光手术刀用于治疗体表肿瘤,眼耳鼻咽喉肿瘤、神经肿瘤等。

EMF系统

EMF系统是由(株)日本MDM公司开发研究生产的新一代脑外科手术器械。根据其作用原理,我们俗称之为“电磁刀”。EMF系统利用高频电磁能对机体组织进行汽化,切割和凝固。因该系统外周围优良组织的热损伤小且不需要对极板,因此尤其使用于脑外等精密外科。对硬性及深部微小脑瘤的去除极为有效。

EMF系统与常规的电刀相比,在原理和设计上都有很大区别。EMF系统用于汽化,切割和凝固的输出功率很小(49W以下),为一般电刀所不及。不需要对极板这一特点使单极手术刀用于脑外手术成为可能。没有烧伤感电和破坏神经系统的危险,安全性高,使用方便。与激光刀相比,不需要眼球保护镜和其它保护附件,操作时对患者和医生均无危害。手术时与患部直接接触,医生可以灵活掌握调节。与超声波刀相比,EMF系统对于硬化深部微小肿瘤的汽化治疗效果尤为显著。HandPiece非常轻便且呈弯曲状,使视野不受影响,并有利于长时间手术。刀头部分可以任意弯曲,适用于各种手术需要。

微波治疗

微波是指波长在1毫米至1米范围内的非电离辐射高频电磁波。70年代后期微波技术在医疗上得到应用。科学家研究发现,微波治疗有3种:一是大剂量高热治疗肿瘤,能抑制肿瘤细胞的蛋白质合成,降低肿瘤细胞分裂速度,增强化疗、放疗效果;二是用于局部生物体组织的凝固治疗,具有不炭化、不产生烟雾的特点;三是小剂量的温热治疗,可以解痉、止痛、消炎并促进伤恢复等。

电磁波消毒

利用电磁波的场效应和热效应,在5-l0分钟内能迅速达到国家卫生部规定的消毒要求,对成捆、成扎的纸币、成叠的毛巾、医疗器械具有穿透力强,无残留药毒性的消毒特点,是当今消毒领域的新突破

二、磁疗历史

早在古罗马时期,磁场疗法已经用于治疗痛风。2000 余年前的 古代医学文献中已有用磁止痛、治疗关节肿痛等疾病的记载。1970 年代以来磁性材料和磁疗器械、磁疗技术的研

究和应用发展较快,在一些疾病的治疗上取得 一定的疗效,磁疗成为应用较普遍的物理疗法之一。

三、磁疗的特点

治疗作用的双向性,无痛苦,无损伤,安全性好,适应争光,疗效好,省时方便, 多病兼治。

四、电磁波应用变革战争新环境

战场电磁环境的形成,是以电磁空间的发展和战场电磁应用与反应用活动的开展为基础的。它的发展依赖于电磁应用的发明及其在军事领域的广泛运用。

(1) 电磁对抗催生电子战

20世纪以来,电磁波的理论和应用不断取得重大成就。在军事领域,电磁波已经成为战场信息获取、传递、使用以及对抗的重要媒介和最佳载体。目前,军事电子技术所利用的频谱,已经覆盖了从极低频、短波、微波、毫米波、亚毫米波、红外到可见光等全部频段,已渗透和广泛运用于各级指挥系统和各种武器系统之中。

进入20世纪80年代后,随着微电子技术、计算机技术的发展及在军事上的广泛应用,电子对抗不再仅仅是干扰和破坏敌方通信、雷达等单一兵器,而且发展到攻击敌方的C4I系统。1991年海湾战争中,电子战运用的规模和层次达到了空前的程度,对战争的进程和结局产生了重大影响,标志着电子战已成长为现代战争制胜的基本手段和核心要素。在伊拉克战争中,美军电子对抗完成了从“粗放式”干扰压制,发展到在确保掌握制电磁权的同时“精确地”对对方目标实施压制的转变。而且,在电子对抗领域出现了一些新手段和新战法,神奇的GPS第一次在战场上遇到了对手—GPS干扰机,将复杂电磁环境下的电子对抗推向了新的发展阶段。

(2) 信息技术加剧电磁环境复杂化

现如今,以信息化为核心技术的军事变革正在世界各国间竞相展开,一些军事强国为了抢占未来战争的制高点,纷纷加快以信息化建设为主要内容的发展步伐,形成了以加速发展信息化武器装备为核心的竞争态势。其突出表现就是:信息化武器的迅猛发展和武器装备信息化改造的全面加强,信息系统综合集成和信息网络的无缝链接,实现对物质流、能量流的高效、定向、灵活和精确控制。

透过跨世纪以来的几场局部战争不难看出,日益复杂的战场电磁环境,已日益成为影响和制约战争进程的重要因素。随着各国军队信息化进程的加快,目前相继出现了零副瓣天线、寂静雷达、扩跳结合电台、数据链等先进技术,一系列旨在提高自身反侦察、反干扰、抗摧毁能力的电磁应用技术应运而生。由于战场电磁信号出现了“爆炸性”的增长,从而导致信息化战场电磁环境更加复杂化。

(3) 复杂电磁环境影响整体作战

从空间角度讲,电磁波可能来自地面、海上、空中或太空。从敌对属性来讲,电磁波可能来自敌方的电子设备,也可能来自己方的电子设备,还可能来自非敌对双方所属的电子设备和自然界。

从辐射源种类讲,复杂电磁环境主要由电子对抗环境、雷达环境、通信环境、光电环境、敌我识别电磁环境、导航电磁环境、民用电磁环境、自然电磁环境等构成。每一类型的电磁环境又由不同类型的电磁辐射源生成,并对不同的信息化武器装备产生影响,进而会影响到整体作战。

(4) 电磁环境表现特征变幻莫测

由于战场上大量的电磁信号是在人为控制下产生的,或者说是交战双方有目的地控制电子设备实施有意辐射所产生的。因此,在不同的作战时间,交战双方因作战目的不同,所产生的电磁信号数量、种类、密集程度将随时间而变化,而其变化的方式变幻莫测。

从时间上看,复杂电磁环境有时表现为相对静默,有时表现为非常密集;在频谱上表现为无限宽广,拥挤重叠;在能量上表现为密度不均,跌宕起伏;在样式上表现为数量繁多,波形复杂。据不完全统计,目前世界上的通信信号种类多达100种以上。而现代雷达多采用新体制和特殊体制,如相控阵雷达、脉冲多普勒雷达、频率捷变雷达、合成孔径雷达、低截获概率雷达等,使得雷达信号种类繁多且波形十分复杂。

(5) 电磁环境影响指挥控制稳定性

随着电磁应用技术广泛应用于各种武器装备之上,运行于整个作战过程之中,渗透于战场感知、指挥控制、作战协同的方方面面,对判断决策的准确、作战效能的实现等都将产生广泛而深刻的影响。

影响战场感知的真实性。在未来作战中,受复杂电磁环境的影响,可能导致侦察预警系统听不清、看不远、辨不明,全面影响各级指挥员和作战人员判断决策的准确性。

所谓战场感知,实质上是从复杂的电磁活动中筛选出有价值的电磁信号,然后加以判断。而一旦敌方实施强力干扰,电磁活动便可能陷入混乱,继而引起传感器迷茫、战场感知错乱。影响指挥控制的稳定性。在复杂电磁环境下,由于无线电通信在参与形成战场电磁环境的同时,也将严重受到多方面影响,不仅降低了信息感知和传输能力,使指挥机构难以做出正确判断和指挥,同时也会对通信网络造成严重影响。现代战场上,通信系统广泛应用于各种武器装备、作战平台和人员,据外军统计,美军1个师就有2300多部各种电台;同时,民用电台也十分众多密集,特别是个人移动通信设备的爆炸性增长,往往使各种通信辐射源相互影响。如此数量和密度的通信系统应用于相对有限的战场空间内,如果一旦失控,必然会严重影响指挥控制活动的稳定性。

结论:

电磁场和电磁波与人类的生活息息相关,它影响着我们的生活,也改善着我们的生活,电磁波的合理运用也发展了我国的国防力量,电磁波是联系陆海空天各个战场的信息纽带。未来战场,各种作战平台及其与指挥机构之间,都要依靠无线电通信来传输情报、指令和协同信息,而目前外军通过信息系统的无缝链接,正着力构建一体化的协同作战体系。 参考文献:

《生物电磁学》 国防工业出版社, 庞晓峰 编著

《实用医疗学》 国防工业出版社, 周万松 编著

《电磁场与电磁波》 北京大学出版,王善进,张涛 著

《应用电磁学与电磁兼容》 机械工业出版社 作者:(美)迪派克,维迪斯 著,沈远茂 等

范文二:电磁场与电磁波绪论

电磁场与电磁波

绪 论

1

> 电磁场与电磁波

电 子 教 案

夏祖学 讲师

E’mail: zuxue_xia@sohu.com Phone:13547134097

高等教育出版社出版

电磁场与电磁波

绪 论

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一、课程的性质 二、电磁场理论的发展 三.电磁场理论的应用 四、内容安排 五、学习的目的、方法及其要求 六、主要参考书

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电磁场与电磁波

绪 论 一、课程的性质

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♥ ♥

电磁场(或电磁波)作为能量的一种形式,是当今世界最重 要的能源 电磁波作为信息传输的载体,成为当今人类社会发布和获取 信息、探测未知世界的重要手段

♥ ♥ ♥

电类专业学生必修的技术基础课 是电气工程师必备知识 是电磁理论的重要组成部分

高等教育出版社出版

电磁场与电磁波

绪 论

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“电磁场与电磁波”是高等学校电子信息类及电气信 息类专业本科生必修的一门技术基础课,课程涵盖的 内容是电子、电气信息类专业本科学生应具备知识结 构的重要组成部分。近代科学的发展表明,电磁场与 电磁波基本理论又是一些交叉学科的生长点和新兴边 缘学科发展的基础,而且对完善自身素质,增强适应 能力和创造能力长远地发挥作用。 本课程将在“大学物理(电磁学)”的基础上,进一 步研究宏观电磁现象和电磁过程的基本规律及其分析 计算方法。通过课程的学习,掌握基本的宏观电磁理 论,具备分析和解决基本的电磁场工程问题的能力。

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电磁场与电磁波

绪 论 二、电磁场理论的发展

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1.电磁场理论的早期研究 电、磁现象是大自然最重要的往来现象,也是最早被科学 家们关心和研究的物理现象,其中贡献最大的有来顿、富兰 克林、伏打等科学家。 19世纪以前,电、磁现象作为两个独立的物理现象,没有 发现它们之间的相互联系。但是由于这些研究特别是伏打 1799年发明了电池),为电磁学理论的建立奠定了基础。

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电磁场与电磁波

绪 论

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2.电磁场理论的建立 18世纪末期,德国哲学家谢林认为,宇宙是有活力的, 而不是僵死的。他认为电就是宇宙的活力,是宇宙的灵魂; 电、磁、光、热是相互联系的。 奥斯特 是谢林的信徒,他从1807年开始研究电磁之间的 关系。1820年,他发现电流以力作用于磁针。 安培 发现作用力的方向、电流的方向、磁针到通电导线 的垂直方向是相互垂直的,并定量建立了若干数学公式。

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电磁场与电磁波

绪 论

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法拉第 在谢林的影响下,相信电、磁、光、热是相互联系 的。奥斯特1820年发现电流以力作用于磁针后,法拉第敏锐地 意

识到,电可以对磁产生作用,磁也一定能够对电产生影响。 1821年他开始探索磁生电的实验。1831年他发现,当磁捧插入 导体线圈时;线圈中就产生电流。这表明,电与磁之间存在着 密切的联系。 麦克斯韦 深入研究并探讨了电与磁之间发生作用的问题, 发展了场的概念。在法拉第实验的基础上,总结了宏观电磁现 象的规律,引进位移电流的概念。这个概念的核心思想是:变 化着的电场能产生磁场;与变化着的磁场产生电场相对应。在 此基础上提出了一套偏微分方程来表达电磁现象的基本规律, 称为麦克斯韦方程组,是经典电磁学的基本方程。

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电磁场与电磁波

绪 论

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3.电磁场理论的发展 在麦克斯韦方程建立后的一百多年里,随着科学技术的发 展,电磁理论得到了广泛的应用和发展,尤其近三十年来,无 线电电子学、计算机和网络技术的飞速发展,生物电磁学、环 境电磁学和电磁兼容等学科的建立,向电磁理论提出了许多新 的研究课题,使现代电磁理论得到了迅速的发展。

发射天线

接收天线

馈 线 线

导行波 发射机

导行波 接收机

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电磁场与电磁波

9 绪 论 发射机末级回路产生的高频振荡电流经过馈线送 到发射天线,通过发射天线将其转换成电磁波辐射出 去;到了接收端,电磁波在接收天线上感生高频振荡 电流,再经馈线将高频振荡电流送到接收机输入回 路,这就完成了信息的传递。在这个过程中,经历了 电磁波的传输、发射、传播、接收等过程。

传输——导行电磁波 发射和接收——天线 传播——入射、反射、透射、绕射 一些常见的天线和馈线

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电磁场与电磁波

绪 论

10

中、短波发射天线

微波接力天线

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绪 论

11

对数周期天线

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绪 论

12

平行双线 矩形波导

微带线

圆波导

同轴线

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绪 论 三.电磁场理论的应用

13

1887年,德国科学家赫兹用火花隙激励一个环状天线, 用另一个带隙的环状天线接收,证实了麦克斯韦关于电磁波 存在的预言,这一重要的实验导致了后来无线电报的发明。 从此开始了电磁场理论应用与发展时代,并且发展成为当代 最引人注目的学科之一。

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电磁场与电磁波

绪 论

14

有线电话: 1876年,美国A.G. 贝尔在美国建国100周年博览会上展示 了他所发明的有线电话。 此后,有线电话便迅速普及开来。

无线电报: 1895年,意大利马可尼成功地进行了2.5公里距离的无线 电报传送实验。189

6年,波波夫进行了约250米距离的类似 试验, 1899年, 无线电报跨越英吉利海峡的试验成功;1901 年,跨越大西洋的3200公里距离的试验成功。马可尼以其在 无线电报等领域的成就,获得了1909年的诺贝尔物理学奖。 无线电报的发明,开始了利用电磁波时期。

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绪 论

15

广播: 1906年,美国费森登用50千赫频率发电机作发射机,用微 音器接入天线实现调制,使大西洋航船上的报务员听到了他从 波士顿播出的音乐。1919年,第一个定时播发语言和音乐的无 线电广播电台在英国建成。次年,在美国的匹兹堡城又建成一 座无线电广播电台。 电视: 1884年,德国尼普科夫提出机械扫描电视的设想,1927 年,英国贝尔德成功地用电话线路把图像从伦敦传至大西洋 中的船上。兹沃霄金在1923和1924 年相继发明了摄像管和显 像管。1931年,他组装成世界上第一个全电子电视系统。

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绪 论

16

雷达: 二次世界大战前夕,飞机成为主要进攻武器。英、美、 德、法等国竞相研制一类能够早期警戒飞机的装置。1936年, 英国的瓦特设计的警戒雷达最先投入了运行。有效地警戒了来 自德国的轰炸机。1938年,美国研制成第一部能指挥火炮射击 的火炮控制雷达。1940年,多腔磁控管的发明,微波雷达的研 制成为可能。1944年,能够自动跟踪飞机的雷达研制成功。 1945年,能消除背景干扰显示运动目标的显示技术的发明,使 雷达更加完善。在整个第二次世界大战期间,雷达成了电磁场 理论最活跃的部分。

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绪 论

17

卫星通信技术: 1958年, 美国发射低轨的 “斯科尔”卫星成功,这是第一颗 用于通信的试验卫星。1964年, 借助定点同步通信卫星首次实 现了美、 欧、非三大洲的通信和电视转播。1965年,第一颗商用 定点同步卫星投入运行。1969年, 大西洋、太平洋和印度洋上空 均已有定点同步通信卫星,卫星地球站已遍布世界各国,这些卫 星地球站又和本国或本地区的通信网接通。卫星通信经历10年 的发展,终趋于成熟。

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绪 论

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卫星定位技术: 1957年卫星发射成功后,人们试图将雷达引入卫星,实现 以卫星为基地对地球表面及近地空间目标的定位和导航。1958 年底,美国开始研究实施这一计划,于1964年研究成功子午仪 卫星导航系统。1973年美国提出了由24颗卫星组成的实用系统 新方案,即GPS计划。1990年最终的GPS方案是由21颗工作卫 星和3颗在轨备用卫星组成。

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绪 论

19

其它应用: 阴极射线

示波器,喷墨打印机,矿物的分选, 磁分离器,回旋加速器,磁流体发电机, 电磁泵,磁悬浮列车,变压器,电磁炉, 电磁式生物芯片,隐形飞机,电磁高速公路等等

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绪 论 四、内容安排

20

根据纸质教材,本教案也分八章 1. 矢量分析 2. 电磁场的基本规律 3. 静态电磁场及其边值问题的解 4. 时变电磁场 5. 均匀平面波在无界空间中的传播 6. 均匀平面波的反射和透射 7. 导行电磁波 8. 电磁辐射

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绪 论 五、学习的目的、方法及其要求

21

• • • • • • •

掌握宏观电磁场的基本属性和运动规律 掌握宏观电磁波的传播规律 了解电磁波的辐射原理 掌握静态场问题的基本求解方法 训练分析问题、归纳问题的科学方法 培养用数学方法解决实际问题的能力 独立完成作业

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绪 论 六、主要参考书

22

1. 谢处方,电磁场与电磁波(第三版),高等教育出版社,1999 2. Liang Chi Shen, Jin Au Kong , Applied Electromagnetism. Second Edition , PWS Publishing Company, 1987 3. John D. Kraus, Daniel A. Fleisch.,Electromagnetics With Applications. Fifth Edition(影印版),北京:清华大学出版社,2001 5. William H. Hayt, Jr. John A. Buck 著. 徐安士, 周乐柱译. 工程电磁学(第六版). 北京:电子工业出版社,2004 6. Bhag Singh Guru, Hüseyin R. Hiziroglu 著. 周克定等译. 电磁场与电磁波. 北京: 机械工业出版社,2002 7. 杨儒贵. 电磁场与电磁波. 北京:高等教育出版社,2003 8. 赵家升,杨显清,王园. 电磁场与波典型题解析及自测试题. 西安:西北工业大学 出版社,2002 9. 冯林,杨显清,王园等编著. 电磁场与电磁波. 北京:机械工业出版社,2004 10.杨显清,王园,赵家升. 电磁场与电磁波(第四版)教学指导书,高等教育出版 社,2006

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电磁场与电磁波

绪 论

23

七、内容特点 由于电磁场是矢量场,因此较多采用矢量表示和 运算。另外教材中公式推导较多,难度较大。希望同 学们从一开始就要注意。

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电磁场与电磁波

绪 论 八、教学要求

24

1、充分重视,紧跟教学节奏。注意基本概念、基本 推导思路和方法,以及基本例题。 2、由于合班较大,人数较多,为保证有一个良好的 教学环境,希望同学们自觉遵守、维护课堂纪律。 3、为了加深对教学内容的理解,每次课后都将留2-3 个习题,希望大家按时完成。 4、为督促少数喜欢旷课的同学,采用抽查点名的方 式捡查出勤情况。

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范文三:电磁场与电磁波运用

电磁场与电磁波运用

摘要:

磁是人类生存的要素之一。地球本身就是一个磁场,由于地球自身运动导致 的两极缩短、赤道拉长、冰川融化、海平面上升等原因,地球的磁场强度正逐渐 衰减。外加高楼林立、高压电网增多,人为地对地球磁力线造成干扰和破坏。所以,现在地球的磁场强度只有 500 年前的 50%了,许多人出现种种缺磁症状。科学家研究证实,远离地球的宇航员在太空中所患的“太空综合症’就是因缺磁而 ’ 造成的。由此可见磁对于生命的重要性。 磁场疗法,又称“磁疗法” “磁穴疗法” 是让磁场作用于人体一定部位或穴位,使、 , 磁力线透人人体组织深处,以治疗疾病的一种方法。磁疗的作用机制是加速细胞 的复活更新,增强血细胞的生命力,净化血液,改善微循环,纠正内分泌的失调 和紊乱,调节肌体生理功能的阴阳平衡。关键词: 生物磁场、 关键词:磁疗 、电磁生物体 、生物磁场、磁疗保健 生物电磁学简介: 生物电磁学简介: 生物电磁学是研究非电离辐射电磁波(场)与生物系统不同层次相互作用规律及其应用的边缘学科,主要涉及电磁场与微波技术和生物学。其意义在开发电 磁能在医学、生物学方面的应用以及对电磁环境进行评价和防护。 。生物电磁学 与工程电磁场与微波技术的不同主要体现在:1、后者的作用对象是具有个体差 异的生命物质;2、后者的作用对象是根据人为需要而选取并加工的电磁媒质或单元而前者的作用要让测量系统服从于作用对象。 生物电磁学的研究内容主要设 计五个方面:1、电磁场(波)的生物学效应,研究在电磁场(波)作用下生物系统产生了什么;2、生物学效应机理,研究在电磁场(波)作用下为什么会产 生什么;3、生物电磁剂量学,研究在什么条件下会产生什么;4、生物组织的电 磁特性,研究在电磁场(波)作用下产生什么的生物学本质;5、生物学效应的 作用,研究产生的效应做什么和如何做。

正文:

一、电磁学在医疗上的应用

生物电磁学在医疗上的应用,简称磁疗。是 20 世纪九十年代才广泛兴起的一种自然疗法,用磁能作用于人体,通过磁的一系列生物与生物电磁学效应达到 调整人体生理活动、实现身体保健和治疗疾病的目的。确切地说,磁疗是一种物 理能量疗法。由于磁疗安全、方便、简捷、省时、无毒副作用、疗效肯定受到人们的认可和喜爱, 被世界卫生组织推荐为最有前途的绿色疗法。 从严格意义上说, 磁疗还未真正地走进现代生命科学的殿堂,尚处于研究、探索、试用阶段,属于 生命科学中一门崭新的边缘学科。本文所述的磁生物与生物电磁生理学效应是对 近十年来人们使用磁性保健产品临床效果的总结和理性思考,也是第一次提出 “磁生物与生物电磁生理学效应”这一概念, 有关人体这一弱电磁生物体与磁场相互作用的具体细节及其量化表述有待进一步实验结果的充实。

在科学上,称超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射为电磁污染。电磁辐射分二大类,一类是天然电磁辐射,如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等,除对电气设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏外,还会在广大地区产生严重电磁干扰。另一类是人工电磁辐射,主要是微波设备产生的辐射,微波辐射能使人体组织温度升高,严重时造成植物神经功能紊乱。但是对电磁辐

射,要正确认识,而且要科学防护。事实上,电磁波也如同大气和水资源一样,只有当人们规划、使用不当时才会造成危害。一定量的辐射对人体是有益的,医疗上的烤电、理疗等方法都是利用适量电磁波来治病健身

生物电磁场保健

将人体置于姜氏场导舱内接受载有青春信息的植物幼苗发射的生物电磁波。结果发现:人体红细胞膜的渗透脆性降低,韧性增强;甲状腺素、 性激素分泌增加;免疫功能提高;肾上腺皮质激素分泌无明显变化。提示:植物幼苗电磁波有助于红细胞功能的发挥,促进机体新陈代谢,增加青春活力,提高性功能,增强免疫力从而对人体发挥返老还青和医疗保健作用。

激光治疗

激光是60年代初出现的一种新光源。已广泛应用于国防、农业、卫生医疗和科学研究,也是治疗肿瘤的一种新方法。用它既能切割组织,又能同时止血,能使肿瘤组织迅速气化和雾化,从而使肿瘤在瞬间消失。激光对组织具有热、压、光和电磁场效应的作用。

1、热效应:激光能使肿瘤组织在几秒种的短时间内,局部温度高达200-1000摄氏度,使其变性、凝固坏死,继而气化消失。

2、压力效应:激光本身的光压和由高热导致的组织膨胀引起的二次冲击波,加深了肿瘤组织破坏。

3、光效应:激光被肿瘤组织吸收后,可增强热效应,使肿瘤组织被破坏。

4、电磁场效应:激光是一种电磁波。能产生电磁场,可使肿瘤组织离化、核分解而被破坏死亡,如有残癌也可自行消退,这可能与免疫有关。激光制造成激光器、激光手术刀用于治疗体表肿瘤,眼耳鼻咽喉肿瘤、神经肿瘤等。

EMF系统

EMF系统是由(株)日本MDM公司开发研究生产的新一代脑外科手术器械。根据其作用原理,我们俗称之为“电磁刀”。EMF系统利用高频电磁能对机体组织进行汽化,切割和凝固。因该系统外周围优良组织的热损伤小且不需要对极板,因此尤其使用于脑外等精密外科。对硬性及深部微小脑瘤的去除极为有效。 EMF系统与常规的电刀相比,在原理和设计上都有很大区别。EMF系统用于汽化,切割和凝固的输出功率很小(49W以下),为一般电刀所不及。不需要对极板这一特点使单极手术刀用于脑外手术成为可能。没有烧伤感电和破坏神经系统的危险,安全性高,使用方便。与激光刀相比,不需要眼球保护镜和其它保护附件,操作时对患者和医生均无危害。手术时与患部直接接触,医生可以灵活掌握调节。与超声波刀相比,EMF系统对于硬化深部微小肿瘤的汽化治疗效果尤为显著。HandPiece非常轻便且呈弯曲状,使视野不受影响,并有利于长时间手术。刀头部分可以任意弯曲,适用于各种手术需要。

微波治疗

微波是指波长在1毫米至1米范围内的非电离辐射高频电磁波。70年代后期微波技术在医疗上得到应用。科学家研究发现,微波治疗有3种:一是大剂量高热治疗肿瘤,能抑制肿瘤细胞的蛋白质合成,降低肿瘤细胞分裂速度,增强化疗、放疗效果;二是用于局部生物体组织的凝固治疗,具有不炭化、不产生烟雾的特点;三是小剂量的温热治疗,可以解痉、止痛、消炎并促进伤恢复等。

电磁波消毒

利用电磁波的场效应和热效应,在5-l0分钟内能迅速达到国家卫生部规定的消毒要求,对成捆、成扎的纸币、成叠的毛巾、医疗器械具有穿透力强,无残留药毒性的消毒特点,是当今消毒领域的新突破

二、磁疗历史

早在古罗马时期,磁场疗法已经用于治疗痛风。2000 余年前的 古代医学文献中已有用磁止痛、治疗关节肿痛等疾病的记载。1970 年代以来磁性材料和磁疗器械、磁疗技术的研究和应用发展较快,在一些疾病的治疗上取得 一定的疗效,磁疗成为应用较普遍的物理疗法之一。

三、磁疗的特点

治疗作用的双向性,无痛苦,无损伤,安全性好,适应争光,疗效好,省时方便, 多病兼治。

四、磁疗的作用:

磁疗有益健康: 科学家经过实验和观察发现,磁疗有益健康。归纳起来有以下 几方面: 促进细胞代谢,活化细胞,从而加速细胞内废物和有害物质排泄,平衡内分泌失 调;促进血液循环,改善微循环状态; 促进炎症消退,消除炎症肿胀和疼痛; 双向调节血压,尤其能使高血压降低; 提高红细胞的携氧能力,降低血液粘度; 增强和改善人体免疫功能,提高人体对疾病的抵抗能力;有抗衰老作用,清除体内积存的自由基; 改善血脂代谢,有降低胆固醇作用; 消除疲劳、促进体力恢复; 镇静作用,消除失眠和精神紧张。 上述种种磁场效应,确实对人体健康能起到有益的促进作用,是人类理想的健康之宝。

五、磁疗的发展前景

20 世纪 90 年代初期,我国兴起了用磁化杯饮磁化水疗法,同济医科大学生物学专家马逸龙教授用 H 型强场磁化杯试验证明,磁化水有活血化淤、溶解人体内 结石、 降低血液黏稠度, 增强人体生物膜的通透量,恢复血管弹性和康复溃疡面, 提高人体免疫力之功效。磁化水被人们称为“生命之水” 有关专家亦称为离子活 , 性水。常饮可激活酶的活性,防病治病抗衰老,延年益寿。近几年人们根据远红外线和磁性对人体的作用,生产出远红外磁性寝具等,运用 远红外与磁性相结合的办法,使磁性的舒筋活络功能与远红外活血化淤、保温、 保健的温热效应协同叠加,对于风湿性关节炎、高血压、脑血栓等慢*能起到辅 助治疗的作用,具有很好的发展前景。

参考文献:

《生物电磁学》 国防工业出版社, 庞晓峰编著

《实用医疗学》 国防工业出版社, 周万松编著

《电磁场与电磁波》 北京大学出版,王善进,张涛著

范文四:电磁场与电磁波

电磁场与电磁波实验问卷答案

一、频谱特性测量演示实验问卷

1.ESPI 测试接收机所测频率范围为: 9KHz—3GHz

2.ESPI 测试接收机的RF输入端口 最大射频信号: 30dbm, 最大直流: 50v

3.是否直观的观测到电磁波的存在?(回答是/否) 否

4.演示实验可以测到的空间信号有哪些,频段分别为:

广播:531K~1602KHz GSM900:上行:890~915 MHz 下行:935~960 MHz

GSM1800:上行:1710~1755 MHz 下行:1805~1850 MHz WCDMA:上行:1920~1980MHz 下行:2110~2170MHz CDMA2000:上行:1920~1980MHz 下行:2110~2170MHz TD-SCDMA:2010~2025MHz

5.课堂演示的模拟电视和数字电视频谱图:如何判断是模拟还是数字电视?

模拟信号以残留边带调幅方式频分复用传输,有明确的载波频率,不同频道的图像有不同的载波频率。 模拟信号频谱为:每8MHz带宽即一个频道内,能量集中分布在图像载频上,在该载频附近有一个跳动的峰,为彩色副载波所在,再远一点(在8MHz内)还有一个峰,为伴音副载波的峰。

数字信号:一个数字频道的已调信号像一个抬高了的噪声平台, 均匀地平铺于整个带宽之内, 它的能量是均匀分布在整个限定带宽内的。

6.课堂演示GSM900上下行频谱图,CDMA下行频谱图,3G下行频谱图:

GSM900上行:

GSM900下行:

CDMA下行频谱图:

3G下行频谱图:

7.该频谱仪能检测的频谱范围,是否能观察到WIFI、电磁炉、蓝牙等频谱?(请分别说明,并指出其频率)

可以 该频谱仪能检测的频谱范围为9KHz—3GHz 所以,能够观察到: WIFI:2.4G

电磁炉:20KHz—30KHz

蓝牙:

2.4G

二、频谱特性测量演示实验问卷

1.矢量网络分析仪所测频段: 300KHz—3GHz

2.端口最大射频信号: 10DBM

3.矢量网络分析仪为何要校准:

首先,仪器的硬件电路需要校正,即消除仪器分析的系统误差;其次是参考面的改变,分析仪的测量精度很大程度上受分析仪外部附件的影响,测试的组成部分如连接电缆和适配器幅度和相位的变化会掩盖被测件的真实响应,必须通过用户校准去除这些附件的影响。

4.默认校准和用户校准的区别:

默认校准通过网络分析仪的套包的一系列校准标准来完成,对系统误差进行校准;用户校准时校准标准由用户制定,由用户定义的标准来完成,用于对参考面等进行精确校准。

5.使用矢量网络分析仪的注意事项 :

检查电源: 分析仪加电前,必须确认供电电源插座的保护地线已经可靠接地。

供电电源要求: 为防止或减少由于多台设备通过电源产生的相互干扰,特别是大功率设备产生的尖峰脉冲干扰可能造成分析仪硬件的毁坏,最好用220V交流稳压电源为分析仪供电。

电源线的选择: 使用随机携带的电源线,更换电源线时,最好使用同类型的电源线。

静电防护:接触器件、附件和进行测试连接时,佩戴防静电手腕带,将手腕带与桌垫相连接,桌垫和地之间串联1MΩ电阻

6.用户二端口校准的方法:

(1)将探头的输入输出短接;

(2)按cal键,则屏幕右边有显示;

(3)按F1 键,则可见显示屏幕右边第二栏由default变为measuring后变为created;

(4)按F6 键,则完成校准,此时可看幅频特性增益值为0db左右。

范文五:Ch17电磁场与电磁波

主要内容:

(1) 位移电流; (2) 麦克斯韦方程组(积分形式); (3) 电磁波的产生和传播; (4) 电磁波的能量。

设电容器极板带电q,导线中电流为: dq i= dt 通过高斯面S的电位移通量为:     ΦD =  ∫∫ D ⋅ dS = ∫∫ D ⋅ dS = q

S

S1

I

l

+ + + + + +

∴在电容器内:

dΦD dt

S2

S2

I

  d Φ ∂ D D 位移电流 : id = = ∫∫ ⋅ dS dt ∂t S2 定义:   ∂D 位移电流密度: jd = ∂t

 ∂D  dq = ∫∫ ⋅ dS = = i ∂t dt S2

讨论

(1) 在电容器极板上中断了的传导电流 i 被极板间的 位移电流id 接续了下去,两者合在一起保证了电流 的连续性。 

(2) 比较:

I

+ q0 E

+ + + + + + + + +

− q0

I

传导电流 电荷的定向移动 通过电流产生焦耳热

位移电流 电场的变化 真空中无热效应

传导电流和位移电流在激发磁场上是等效.

E B

i

r R

jc B

 ∂E ∂t

B

由麦克斯韦电磁场理论:变化的电场会在其周围产生变化的磁 场;变化的磁场又在更远的区域产生变化的电场。因此,变化 着的电磁场就会在空间以一定的速度由近及远地传播出去,形 成电磁波。

波源(振荡偶极子)

磁场 电场 磁场 电场

图中的振荡偶极子可由LC振荡电路演变而来。 低频LC电路中,电场和磁场的能量被局限在电容器和自感线 圈中,不利于发射。 理论证明:电磁波的辐射功率与频率的四次方成正比。

为提高辐射能力:

⑴ 使电磁能量分散于空间; ⑵ 提高电路的振荡频率。

电场线 磁感线

LC电路 → 减小电感L和电容C → 变为直导线(振荡偶极子) 设电荷在振荡偶极子上按余弦规律变化: q = q0 cos ωt p0 = q0l 称为 则电偶极矩: p = ql = q0 l cos ωt = p0 cos ωt 电矩振幅。 dq il = l = − q0ωl sin ωt = − p0ω sin ωt dt 可见,振荡偶极子相当于一个随时间变化的电流元,由它 产生的迅变磁场可在空间激发涡旋电场。

电磁波动方程

电磁波的特性

电磁波的能量

电磁波谱

例: 一电磁波在 εr=10 和 μr=1000 的铁氧体材料中传

播,求:(1) 电磁波的传播速率; (2) 在该材料中 频率为 100 MHz 的电磁波的波长。

解: (1)

v=

c

ε r µr

= 3 × 10 6 m

s

(2)

v 3 × 106 −2 = = × λ= 3 10 m 8 10 f

例:

某调频广播的发射天线,以功率10kw 辐射波长 为3m的电磁波,它以天线为中心,半球形均匀向 外辐射。求离天线10km处E和H幅值。

解:

1 1 S = E0 H 0 = 2 2

2 0

ε0 2 p E0 = 2π r 2 µ0

ε E = µH

µ0 p 2 −2 V ) 1 . 20 10 ( × ∴ E = = m ε0 π r2

E0 = 10.95 × 10

−2

V

m

ε0 H0 = E0 = 2.91 × 10 − 4 ( A ) m µ0

例:

一平面电磁波的波长为3.0cm,E的振幅为30V/m, 问: (1) 该电磁波的频率为多少? (2) B的振幅为多 少? (3) 该电磁波的平均能流密度为多

大?

ε E = µH

解: (1)

f =

c

λ

= 1.0 × 10 Hz

10

−7

(2)

B0 = µ0 H 0 = ε 0 µ0 E0 = 1.0 × 10 T

(3)

1 S = E0 H 0 = 1.19 W 2 m 2

范文六:电磁场与电磁波论文

电磁场与电磁波

课程论文(报告、案例分析)

院 系 理工学院电子系

专 业 通信工程

班 级 1111

学生姓名 王 建 华

学 号 11387106

任课教师 谢 志 远

2014年5月19日

导行电磁波的传播特性

摘要:电磁波除了可以在无限空间或半无限空间中遵循某种规律传播外,还可以沿着某种装置传输,这种装置起着引导电磁波传输的作用,这种电磁波称为导行电磁波,简称为导行波或导波;这些传导电磁波的装置称为导播装置,简称波导。波导通常包括平双导体传输线、同轴线和矩形波导、圆波导、微带线以及介质波导等几种结构结构,波导是工程上常用的传输电磁波的设备,通过研究导行电磁波的传输特性,有利于提高对波导传输特性的认识,促进理论联系实际,提高处理电磁波传输实际问题的能力;本文通过综述电磁波在不同波导(矩形波导、圆柱形波导、同轴波导)中的传播特性,进而了解常用的传输电磁波的方式,掌握导行电磁波的传输特性;因此研究导行电磁波传输特性具有十分重要的意义。 关键字:传输特性;矩形波导;圆柱形波导;同轴波导

1矩形波导

矩形波导是截面形状为矩形的金属波导管,如图。a,b分别表示波导管内壁宽边和窄边尺寸,管壁材料通常用铜制成,矩形波导是微波系统中最常用的传输线之一。

1.1矩形导波中波的传输特性

1)截止波长

截止波长是表征波导中传输模式的一个重要参数,在矩形波导中,TM波和TE波的截止波长具有相同的形式。根据截止波数的定义式

22mnKC,所以TM波和TE波的截止波长可,又由于ckCkTab22

以表示为c2

mnab222mnab22

由此可见,矩形波导中TM波和TE波的截止波长不仅与模有关,而且与波导尺寸有关。

2)截止频率

波导的截止特性除了可以利用截止波长来描述,也可以用截止频率来描述。 定义矩形波导中TM波和TE波的截止频率为fckc

21

2mn ,ab22

很明显,截止频率不仅与模式及波导尺寸有关,还与波导中所填充介质的电磁参数有关。

3)简并现象

根据导行波在波导中的传输条件可以知道,当电磁波的波长或频率满足一定的条件时,波导才可以在其中传播。因此,不同的模式具有不同的传输条件。根 据c2

mnab222mnab22 可以知道,当m和n不为零时,TMmn 模

和TEmn模具有相同的截止波长和截止频率,这种具有相同截止波长但模式不同的现象称为简并现象。在矩形波导中因为分别与TEm0模和TE0n模相对应的TMm0模和TM0n模并不存在,所以,TEm0模和TE0n模是非简并模式,而其余的TMmn模和TEmn模都存在简并模式。由于简并模式具有相同的传播常数,所以当波导中出现不均用性或金属壁的电阻率较大时,相互之间易发生能量交换,从而造成能量损耗和相互干扰。因此,一般情况下需要避免简并模式出现,但是某些情况下简并模式也可以得到利用。

4)主模和高次模 由式c2

mnab222mnab22可以知道,当矩形波形的a和b

一定时,m和n的值越大,截止波长越短。当a>b时,在矩形波导中可能存在的全部模式中,TE10模的截止波长最长,那么TE10模称为主模,其他模式称为高次模.当把矩形波导作为传输系统时,通常采用主模作为工作模式,即单模传输,而

抑制高次模。

下图给出了矩形波导中各种模式的临界波长分布图,在给定工作频率的条件下,可以利用此图判断有哪些模式可以在此波导中传输。

1.2 参数分析

这些参数的意义:截止波长、截止频率和截止传播常数都与电磁波的工作频率f无关,它们反映了波导本身的特性。一个具体电磁波在波导中的传播特性,取决于改电磁波的工作频率、波导的截止频率等波导结构参数。可分为以下几种情况:

⑴:工作频率大于截止频率:f>fc,这时波导中可以传播相应TMmn模式和TEmn模式的电磁波。

⑵:工作频率小于截止频率:f

⑶:工作频率等于截止频率:ffc。这时波导中不能传播相应TMmn模式和TEmn模式的电磁波。

2圆柱形波导

横截面为圆形的空心金属波导,称为圆波导。如图。

2.1圆柱形波导中波的传输特性

与矩形波导相同,圆柱形波导中TMmn模和TEmn模的传播特性有相应的传播

2常数kz确定,而传播常数kz、波数k与截止波数kc三者满足关系kc2k2。

对于给定尺寸的圆柱形波导,TMmn模和TEmn模的截止波数kc分别由式

kcmnmn(mn为m阶贝塞尔函数的第n个零点)与kcmn式确定。截止aa

频率:fcv

ckc2,截止波长c22,当电磁波的工作频率f大于 kckT

相应模式的截止频率fc时,波导中就可以传播该模式的电磁波。相应的传播特性参数如下: 相位常数mnk-mn,相速度vpa22vp0

-c2,波导波长g1-c2

与矩形波导一样,我们也可以根据模式截止波长的大小,绘出圆柱形波导中截止波长的分布图,如图所示:

2.2 参数分析

从以上的分析可知:

(1)圆柱形波导中存在无穷多个可能的传输模式----TMmn模和TEmn模;

(2)圆柱形波导中最低截止频率模式是TE11模,其截止波长为3.41a,它是圆柱形波导中的主模。

(3)圆柱形波导中存在模式的双重简并:

其一:不同模式具有相同的截止波长。

其二:从TE波和TM波的场分量表示式可知,圆柱形波导中存在特有的简并----极化简并。

3同轴波导

同轴波导是一种由内、外导体构成的双导体导播系统,也称为同轴线,其形状如图所示,同轴线中主要传播TEM波,一定尺寸的同轴线,在频率增高时除传播TEM波外还可以传播TE波和TM波,但它们均属于要避免的波形。

3.1同轴波导中TEM波的传播特性常数

传播常数iik,TEM波的相速vp11 (v0为光速), Z0C1v0

特性阻抗:由于同轴线上存在单值的电压波和电流波,定义同轴线的电压和 U电流之比为Z0,并将Z0称为同轴线的特性阻抗。 I

Q sdl tdl2同轴线单位长度的分布电容定义为 C1 U0U0U0lna容易证明分布电容与特性阻抗的关系为 Z01,式中v为电磁波的相速。 C1v0

3.2参数分析

从以上分析可知:EM波是无色散,其截止波数kc0,因此,同轴波导中的主模是TEM模。

3.3同轴线尺寸的选择

确定同轴线尺寸时,主要考虑以下几方面的因素。

1)保证同轴线中单模(TEM)传输

为了保证在同轴线中只传输TEM波,其工作波长与同轴线尺寸的关系应满足 >cH11ab

2)保证传输电磁波能量时导体损耗最小

为了保证获得最小的导体损耗,将c表达式中的b保持不变,对a求导并 b令ca0,可求得c取最小值时ba的比值为3.59 a

此尺寸相应空气同轴线的特性阻抗约为77欧姆

3)保证同轴线据有最大的功率容量

为了保证获得最大的功率容量,可将Pbr的表达式中b保持不变,对a求导 b并令Pbra0 可求得Pbr取最大值时ba的比值为1.65 a

此尺寸相应空气同轴线的特性阻抗约为33欧姆

显然,上述两种要求所对应的同轴线的特性阻抗并不相同,因此采用时有必要兼顾考虑。一般情况下同轴线的特性阻抗取50和75两个标准值,后者考虑的损耗小,前者考虑了损耗与功率容量的要求。

4总结

本文通过对导行电磁波传输特性的综述,得出如下结论:在矩形波导中,由于其是单导体波导,故不能传输TEM波,只能传播TM波和TE波。在柱形波导中,圆波导和矩形波导一样,不能传输TEM波,只能传播TM波和TE波。在同轴波导中,同轴线是多导体导波系统,电磁波在同轴线中主要以TEM波方式传播。通过此次学习,对导行电磁波有了一个更加深刻的认识,对我们今后的学习有着重大的意义,特别是在理论联系实际方面,更是让我们受益非浅。

参考文献

[1]王家礼、朱满座 电磁场与电磁波(第三版) 西安电子科技大学出版社 2009.5

[2]姚毅 电磁场与电磁波 重庆大学出版社 2003

[3]张瑜 电磁波空间传播 西安电子科技大学出版社 2007

[4]王一平、郭宏福 电磁波:传输、辐射、传播 西安电子科技大学出版社 2006

[5]卢万铮、汪文秉 电磁波理论 成都电子科技大学出版社 1991

[6]殷际杰 微波技术与天线——电磁波导性与辐射工程 电子工业出版社 2009

[7]姜宇 工程电磁场与电磁波 华中科技大学出版社 2009

[8]A.石丸 随机介质中波的传播与散射 北京科学出版社 1986

[9]楼仁海、符果行、肖书君 工程电磁理论 国防工业出版社 1991

[10]John D.Kraus、Daniel Fleisch,Electromagnetics:with applications,5th.ed,McGram Hill 1999

[11]Fawwaz T.Ulaby,Fundamentals of Applied Electromagnetics,5th.ed,Prentice Hall 2006

[12]Julius Adams Stratton,Electromagnetics Theory,Wiley-IEEE Press 2007

[13]徐俊珺、姜彦南 导行电磁波中的基于边界条件教学研究 科学资讯 2012第16期

[14](美)多布金/(译)李晋文 无线网络射频工程(硬件、天线和电波传播) 人民邮电出版社 2008

[15]张克潜、李德杰 微波与光电子中的电磁理论 电子工业出版社 2001电磁场与电磁波

课程论文(报告、案例分析)

院 系 理工学院电子系

专 业 通信工程

班 级 1111

学生姓名 王 建 华

学 号 11387106

任课教师 谢 志 远

2014年5月19日

导行电磁波的传播特性

摘要:电磁波除了可以在无限空间或半无限空间中遵循某种规律传播外,还可以沿着某种装置传输,这种装置起着引导电磁波传输的作用,这种电磁波称为导行电磁波,简称为导行波或导波;这些传导电磁波的装置称为导播装置,简称波导。波导通常包括平双导体传输线、同轴线和矩形波导、圆波导、微带线以及介质波导等几种结构结构,波导是工程上常用的传输电磁波的设备,通过研究导行电磁波的传输特性,有利于提高对波导传输特性的认识,促进理论联系实际,提高处理电磁波传输实际问题的能力;本文通过综述电磁波在不同波导(矩形波导、圆柱形波导、同轴波导)中的传播特性,进而了解常用的传输电磁波的方式,掌握导行电磁波的传输特性;因此研究导行电磁波传输特性具有十分重要的意义。 关键字:传输特性;矩形波导;圆柱形波导;同轴波导

1矩形波导

矩形波导是截面形状为矩形的金属波导管,如图。a,b分别表示波导管内壁宽边和窄边尺寸,管壁材料通常用铜制成,矩形波导是微波系统中最常用的传输线之一。

1.1矩形导波中波的传输特性

1)截止波长

截止波长是表征波导中传输模式的一个重要参数,在矩形波导中,TM波和TE波的截止波长具有相同的形式。根据截止波数的定义式

22mnKC,所以TM波和TE波的截止波长可,又由于ckCkTab22

以表示为c2

mnab222mnab22

由此可见,矩形波导中TM波和TE波的截止波长不仅与模有关,而且与波导尺寸有关。

2)截止频率

波导的截止特性除了可以利用截止波长来描述,也可以用截止频率来描述。 定义矩形波导中TM波和TE波的截止频率为fckc

21

2mn ,ab22

很明显,截止频率不仅与模式及波导尺寸有关,还与波导中所填充介质的电磁参数有关。

3)简并现象

根据导行波在波导中的传输条件可以知道,当电磁波的波长或频率满足一定的条件时,波导才可以在其中传播。因此,不同的模式具有不同的传输条件。根 据c2

mnab222mnab22 可以知道,当m和n不为零时,TMmn 模

和TEmn模具有相同的截止波长和截止频率,这种具有相同截止波长但模式不同的现象称为简并现象。在矩形波导中因为分别与TEm0模和TE0n模相对应的TMm0模和TM0n模并不存在,所以,TEm0模和TE0n模是非简并模式,而其余的TMmn模和TEmn模都存在简并模式。由于简并模式具有相同的传播常数,所以当波导中出现不均用性或金属壁的电阻率较大时,相互之间易发生能量交换,从而造成能量损耗和相互干扰。因此,一般情况下需要避免简并模式出现,但是某些情况下简并模式也可以得到利用。

4)主模和高次模 由式c2

mnab222mnab22可以知道,当矩形波形的a和b

一定时,m和n的值越大,截止波长越短。当a>b时,在矩形波导中可能存在的全部模式中,TE10模的截止波长最长,那么TE10模称为主模,其他模式称为高次模.当把矩形波导作为传输系统时,通常采用主模作为工作模式,即单模传输,而

抑制高次模。

下图给出了矩形波导中各种模式的临界波长分布图,在给定工作频率的条件下,可以利用此图判断有哪些模式可以在此波导中传输。

1.2 参数分析

这些参数的意义:截止波长、截止频率和截止传播常数都与电磁波的工作频率f无关,它们反映了波导本身的特性。一个具体电磁波在波导中的传播特性,取决于改电磁波的工作频率、波导的截止频率等波导结构参数。可分为以下几种情况:

⑴:工作频率大于截止频率:f>fc,这时波导中可以传播相应TMmn模式和TEmn模式的电磁波。

⑵:工作频率小于截止频率:f

⑶:工作频率等于截止频率:ffc。这时波导中不能传播相应TMmn模式和TEmn模式的电磁波。

2圆柱形波导

横截面为圆形的空心金属波导,称为圆波导。如图。

2.1圆柱形波导中波的传输特性

与矩形波导相同,圆柱形波导中TMmn模和TEmn模的传播特性有相应的传播

2常数kz确定,而传播常数kz、波数k与截止波数kc三者满足关系kc2k2。

对于给定尺寸的圆柱形波导,TMmn模和TEmn模的截止波数kc分别由式

kcmnmn(mn为m阶贝塞尔函数的第n个零点)与kcmn式确定。截止aa

频率:fcv

ckc2,截止波长c22,当电磁波的工作频率f大于 kckT

相应模式的截止频率fc时,波导中就可以传播该模式的电磁波。相应的传播特性参数如下: 相位常数mnk-mn,相速度vpa22vp0

-c2,波导波长g1-c2

与矩形波导一样,我们也可以根据模式截止波长的大小,绘出圆柱形波导中截止波长的分布图,如图所示:

2.2 参数分析

从以上的分析可知:

(1)圆柱形波导中存在无穷多个可能的传输模式----TMmn模和TEmn模;

(2)圆柱形波导中最低截止频率模式是TE11模,其截止波长为3.41a,它是圆柱形波导中的主模。

(3)圆柱形波导中存在模式的双重简并:

其一:不同模式具有相同的截止波长。

其二:从TE波和TM波的场分量表示式可知,圆柱形波导中存在特有的简并----极化简并。

3同轴波导

同轴波导是一种由内、外导体构成的双导体导播系统,也称为同轴线,其形状如图所示,同轴线中主要传播TEM波,一定尺寸的同轴线,在频率增高时除传播TEM波外还可以传播TE波和TM波,但它们均属于要避免的波形。

3.1同轴波导中TEM波的传播特性常数

传播常数iik,TEM波的相速vp11 (v0为光速), Z0C1v0

特性阻抗:由于同轴线上存在单值的电压波和电流波,定义同轴线的电压和 U电流之比为Z0,并将Z0称为同轴线的特性阻抗。 I

Q sdl tdl2同轴线单位长度的分布电容定义为 C1 U0U0U0lna容易证明分布电容与特性阻抗的关系为 Z01,式中v为电磁波的相速。 C1v0

3.2参数分析

从以上分析可知:EM波是无色散,其截止波数kc0,因此,同轴波导中的主模是TEM模。

3.3同轴线尺寸的选择

确定同轴线尺寸时,主要考虑以下几方面的因素。

1)保证同轴线中单模(TEM)传输

为了保证在同轴线中只传输TEM波,其工作波长与同轴线尺寸的关系应满足 >cH11ab

2)保证传输电磁波能量时导体损耗最小

为了保证获得最小的导体损耗,将c表达式中的b保持不变,对a求导并 b令ca0,可求得c取最小值时ba的比值为3.59 a

此尺寸相应空气同轴线的特性阻抗约为77欧姆

3)保证同轴线据有最大的功率容量

为了保证获得最大的功率容量,可将Pbr的表达式中b保持不变,对a求导 b并令Pbra0 可求得Pbr取最大值时ba的比值为1.65 a

此尺寸相应空气同轴线的特性阻抗约为33欧姆

显然,上述两种要求所对应的同轴线的特性阻抗并不相同,因此采用时有必要兼顾考虑。一般情况下同轴线的特性阻抗取50和75两个标准值,后者考虑的损耗小,前者考虑了损耗与功率容量的要求。

4总结

本文通过对导行电磁波传输特性的综述,得出如下结论:在矩形波导中,由于其是单导体波导,故不能传输TEM波,只能传播TM波和TE波。在柱形波导中,圆波导和矩形波导一样,不能传输TEM波,只能传播TM波和TE波。在同轴波导中,同轴线是多导体导波系统,电磁波在同轴线中主要以TEM波方式传播。通过此次学习,对导行电磁波有了一个更加深刻的认识,对我们今后的学习有着重大的意义,特别是在理论联系实际方面,更是让我们受益非浅。

参考文献

[1]王家礼、朱满座 电磁场与电磁波(第三版) 西安电子科技大学出版社 2009.5

[2]姚毅 电磁场与电磁波 重庆大学出版社 2003

[3]张瑜 电磁波空间传播 西安电子科技大学出版社 2007

[4]王一平、郭宏福 电磁波:传输、辐射、传播 西安电子科技大学出版社 2006

[5]卢万铮、汪文秉 电磁波理论 成都电子科技大学出版社 1991

[6]殷际杰 微波技术与天线——电磁波导性与辐射工程 电子工业出版社 2009

[7]姜宇 工程电磁场与电磁波 华中科技大学出版社 2009

[8]A.石丸 随机介质中波的传播与散射 北京科学出版社 1986

[9]楼仁海、符果行、肖书君 工程电磁理论 国防工业出版社 1991

[10]John D.Kraus、Daniel Fleisch,Electromagnetics:with applications,5th.ed,McGram Hill 1999

[11]Fawwaz T.Ulaby,Fundamentals of Applied Electromagnetics,5th.ed,Prentice Hall 2006

[12]Julius Adams Stratton,Electromagnetics Theory,Wiley-IEEE Press 2007

[13]徐俊珺、姜彦南 导行电磁波中的基于边界条件教学研究 科学资讯 2012第16期

[14](美)多布金/(译)李晋文 无线网络射频工程(硬件、天线和电波传播) 人民邮电出版社 2008

[15]张克潜、李德杰 微波与光电子中的电磁理论 电子工业出版社 2001

范文七:电磁场与电磁波论文

对电磁场与电磁波的发展及认识

肖江 电子103班

6100210030

关键词:电磁场、电磁波、磁偶极子、麦克斯韦

电磁场与电磁波的发展

每一门学科都有一个发展完善的过程,我们这学期学的《电磁场与电磁波》也同样经历过一段曲折而又艰辛的道路,无数们先辈用智慧与汗水的结晶给我们后人留下了无尽的财富。

虽然我们初中物理就学过电和磁之类的相关东西,但真正让我对其有一定了解的还是在高中时期,那是我们就知道了磁和电之间有着很紧密的联系,电能生磁反过来磁也能生电,最明显的例子就是导体切割磁场线能产生感应电动势,那是我们就觉得电和磁是种很神奇的东西,看不见摸不着但却真实的存在我们每个人身边。

我国是发现和使用天然磁石最早的国家,早在两千多年前的春秋战国时期我们的祖先就发现了能够吸引铁的“慈石”。在西方,磁现象首先由古希腊著名的哲学家泰勒斯发现。公元前三世纪的战国时期,在《韩非子》这部著作中,记载了用磁石指示方向的仪器——司南,后将磁针装在轴上,放在盒子里,成为罗盘。后来,指南针经阿拉伯传入欧洲,在航海领域显示出巨大的价值。由此可见,电磁现象很早就已经被发现。在磁的本质探索方面,经过了长期多次的反复曲折过程。然而真正对电磁现象的系统研究则要等到十六世纪以后,并且静电学的研究要晚于静磁学,这是由于难以找到一个能产生稳定静电场的方法,这种情况一直持续到1660年摩擦起电机被发明出来。十八世纪以前,人们一直采用这类摩擦起电机来产生研究静电场,代表人物如本杰明·富兰克林。人们在这一时期主要了解到了静电力的同性相斥、异性相吸的特性、静电感应现象以及电荷守恒原理。后来,人们曾将静电力与在当时已享有盛誉的万有引力定律做类比,发现彼此在理论和实验上都有很多相似之处,包括实验观测到带电球壳内部的球体不会带电,这和有质量的球壳内部物体不会受到引力作用(由牛顿在理论上证明,是平方反比力的一个特征)的情形类似。其间苏格兰物理学家约翰·罗比逊(1759年)和英国物理学家亨利·卡文迪什(1773年)等人都进行过实验验证了静电力的平方反比律,然而他们的实验却迟迟不为人知。法国物理学家夏尔·奥古斯丁·库仑于1784年至1785年间进行了他著名的扭秤实验,其实验的主要目的就是为了证实静电力的平方反比律,因为他认为“假说的前一部分无需证明”,也就是说他已经先验性地认为静电力必然和万有引力类似,和电荷电量成正比。库仑在其后的几年间也研究了磁偶极子之间的作用力,他也得出了磁力也具有平方反比律的结论。不过,他并未认识到静电力和静磁力之间有何内在联系,而且他一直将电力和磁力吸引和排斥的原因归结于假想的电流体和磁流体——具有正和负区别的,类似于“热质”一般的无质量物质。静电力的平方反比律确定后,很多后续工作都是同万有引力做类比从而顺理成章的结果。1813年法国数学家、物理学家西莫恩·德尼·泊松指出拉普拉斯方程也适用于静电场,从而提出泊松方程;

其他例子还包括静电场的格林函数(乔治·格林,1828年)和高斯定理(卡尔·高斯,1839年)。1826年,安培从斯托克斯定理推导得到了著名的安培环路定理,证明了磁场沿包围产生其电流的闭合路径的曲线积分等于其电流密度,这一定理成为了麦克斯韦方程组的基本方程之一。安培的工作揭示了电磁现象的内在联系,将电磁学研究真正数学化,成为物理学中又一大理论体系——电动力学的基础。麦克斯韦称安培的工作是“科学史上最辉煌的成就之一”,后人称安培为“电学中的牛顿”。法拉第发现,在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比,他由此认识到,感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的,即使没有回路没有感应电流,感应电动势依然存在。在法拉第发现电磁感应现象的那一年,英国物理学家、数学家麦克斯韦出生,他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家,他对电磁理论的贡献是里程碑式的。麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文《论法拉弟的力线》,在这篇文章中,他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念,他采用数学推论与物理类比相结合的方法,以假想流体的力学模型去模拟电磁现象。

当前,人们已经认识到,“磁”是一种普遍存在的物质,小至电子、原子、 分子,大至地球、太阳系、银河系都有或强或弱的磁场。人体内部的心、肺、大 脑和肌肉也存在着微弱的磁场,磁在探病和治病方面已经取得了大量的成就,成 为磁场应用的一个重要的分支。可以说电磁场和电磁波理论在无数先辈们的理论和实践摸索中不断发展和成熟,最终能被人们所利用,改变着我们的生活。我对电磁场与电磁波的认识还是因为一位伟人,他就是对电磁学做出了巨大贡献的麦克斯韦。

对麦克斯韦的认识

真正对麦克斯韦的认识还得到高中时期,那还得感谢我们当时的物理老师。当我们学习电磁场时他就告诉我们麦克斯韦是一位能与牛顿、爱因斯坦齐名的伟大科学家。牛顿把天上和地上的运动规律统一起来,是实现第一次大综合,成为那个时代的伟人。而麦克斯韦把电、光统一起来,是实现第二次大综合,完成了人类的一大历史性工作。爱因斯坦则将力、电与磁三者统一起来,实现了第三次大综合。那时开始我就对麦克斯韦相当的崇拜与敬仰,通过了解他的生平之后更是对他产生了无限的敬意。

麦克斯韦的《电磁学通论》发表之时,他只16岁。在当时的德国,人们依然固守着牛顿的传统物理学观念,法拉第、麦克斯韦的理论对物质世界进行了崭新的描绘,但是违背了传统,因此在德国等欧洲中心地带毫无立足之地,甚而被当成奇谈怪论。当时支持电磁理论研究的,只有波尔茨曼和赫尔姆霍茨。赫兹后来成了赫姆霍茨的学生。在老师的影响下,赫兹对电磁学进行了深入的研究,在进行了物理事实的比较后,他确认,麦克斯韦的理论比传统的“超距理论”更令人信服。于是他决定用实验来证实这一点。赫兹的实验成功后,轰动了全世界的科学界,由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论,至此取得了决定性的胜利。麦克斯韦的伟大遗愿终于实现了。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术,就是以电磁场理论为基础发展起来的。麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学,在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后,坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望,决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。他在前人成就

的基础上,对整个电磁现象作了系统、全面的研究,凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文:《论法拉第的力线》(1855年12月至1856年2月);《论物理的力线》(1861至1862年);《电磁场的动力学理论》(1864年12月8日)。对前人和他自己的工作进行了综合概括,将电磁场理论用简洁、对称、完美数学形式表示出来,经后人整理和改写,成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此,1865年他预言了电磁波的存在,电磁波只可能是横波,并推导出电磁波的传播速度等于光速,同时得出结论:光是电磁波的一种形式,揭示了光现象和电磁现象之间的联系。1888年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。

麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉,因为他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来。可惜因年早逝,不然将给人类带来更多的贡献。但同时我也认识到,那些真正的伟人都是在自己比较年轻时就能有所成就,感觉那些伟人在我们现在的这个年纪就已经有了自己的发现,感觉我们与那些伟人相比差距太大了,但我们也不能因此而自卑或堕落,而应该认识到自己的不足,朝自己的目标前进,虽然不是每个人都能成为伟人,但我们可以通过自己的付出与努力让自己做到最好,这也许是我从麦克斯韦身上得到的深刻感悟。

参考文献

1、网上资料

2、周省三、 张文灿、杨宪章的《 电磁场的应用》

3、巴兹尔·马洪编著的《麦克斯韦:改变一切的人》

范文八:电磁场与电磁波的区别

电磁场与电磁波的区别:

电磁场,有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体和总称 。随时间变化的电场产生磁场 , 随时间变化的磁场产生电场,两者互为因果,形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起,也可由强弱变化的电流引起,不论原因如何,电磁场总是以光速向四周传播,形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒递物,具有能量和动量,是物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。

电磁波是电磁场的一种运动形态。 在高频电磁振荡的情况下,部分能量以辐射方式从空间传播出去所形成的电波与磁波的总称叫做“电磁波”。在低频的电振荡中,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。然而,在高频率的电振荡中,磁电互变甚快,能量不可能全部反回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。

电磁场与电磁波是相互联系的知识点,一般把电磁场与电磁波作为一门课程来教学,要理解他们的区别还需写基础知识,这门课程先修课有高等数学,大学物理中的电磁学等。

电磁场象别的场论一样,场作为一种特殊的物质存在,象温度场,密度场等,场论是现代分析的一个重要工具。在电磁场中,变化的电场产生变化的磁场,变化的磁场产生变化的电场,相互激发,脱离了场源,以一定的速度传播的这种特殊物质就是电磁波(它是以光速C=3乘10的8次方)。研究电磁波需借助场论的分析。

电磁波是一种横波,它的传播方向是与电场和磁场相垂直的。

“电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面,变动的电会产生磁,变动的磁则会产生电。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波,电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般,因此被称为电磁波,也常称为电波。”

场是波的载体,波是场运动的一种表现!只不过电磁场和电磁波是看不见摸不着的,但又真是存在的!

范文九:电磁场与电磁波运用

电磁场与电磁波的运用

摘要:磁是人类生存的要素之一。地球本身就是一个磁场,由于地球自身运动导致 的两极缩短、赤道拉长、冰川融化、海平面上升等原因,地球的磁场强度正逐渐 衰减。外加高楼林立、高压电网增多,人为地对地球磁力线造成干扰和破坏。所以,现在地球的磁场强度只有 500 年前的 50%了,许多人出现种种缺磁症状。科学家研究证实,远离地球的宇航员在太空中所患的“太空综合症’就是因缺磁而 ’ 造成的。由此可见磁对于生命的重要性。 磁场疗法,又称“磁疗法” “磁穴疗法” 是让磁场作用于人体一定部位或穴位,使磁力线透人人体组织深处,以治疗疾病的一种方法。磁疗的作用机制是加速细胞 的复活更新,增强血细胞的生命力,净化血液,改善微循环,纠正内分泌的失调 和紊乱,调节肌体生理功能的阴阳平衡。

关键词: 磁疗 磁疗保健 生物电磁学 电磁对抗 电磁环境 运用 发展 引言: 生物电磁学是研究非电离辐射电磁波(场)与生物系统不同层次相互作用规律及其应用的边缘学科,主要涉及电磁场与微波技术和生物学。其意义在开发电 磁能在医学、生物学方面的应用以及对电磁环境进行评价和防护。电磁对抗主要是运用在军事方面,利用电磁波的特性制造出一系列的战争武器或战略武器。主要涉及各种频段的电磁波的运用。

正文:

一、电磁学在医疗上的应用

生物电磁学在医疗上的应用,简称磁疗。是 20 世纪九十年代才广泛兴起的一种自然疗法,用磁能作用于人体,通过磁的一系列生物与生物电磁学效应达到 调整人体生理活动、实现身体保健和治疗疾病的目的。确切地说,磁疗是一种物 理能量疗法。由于磁疗安全、方便、简捷、省时、无毒副作用、疗效肯定受到人们的认可和喜爱, 被世界卫生组织推荐为最有前途的绿色疗法。 从严格意义上说, 磁疗还未真正地走进现代生命科学的殿堂,尚处于研究、探索、试用阶段,属于 生命科学中一门崭新的边缘学科。本文所述的磁生物与生物电磁生理学效应是对 近十年来人们使用磁性保健产品临床效果的总结和理性思考,也是第一次提出 “磁生物与生物电磁生理学效应”这一概念, 有关人体这一弱电磁生物体与磁场相互作用的具体细节及其量化表述有待进一步实验结果的充实。

在科学上,称超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射为电磁污染。电磁辐射分二大类,一类是天然电磁辐射,如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等,除对电气设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏外,还会在广大地区产生严重电磁干扰。另一类是人工电磁辐射,主要是微波设备产生的辐射,微波辐射能使人体组织温度升高,严重时造成植物神经功能紊乱。但是对电磁辐射,要正确认识,而且要科学防护。事实上,电磁波也如同大气和水资源一样,只有当人们规划、使用不当时才会造成危害。一定量的辐射对人体是有益的,医疗上的烤电、理疗等方法都是利用适量电磁波来治病健身

生物电磁场保健

将人体置于姜氏场导舱内接受载有青春信息的植物幼苗发射的生物电磁波。结果发现:人体红细胞膜的渗透脆性降低,韧性增强;甲状腺素、 性激素分泌增加;免疫功能提高;肾上腺皮质激素分泌无明显变化。提示:植物幼苗电磁波有助于红细胞功能的发挥,促进机体新陈代谢,增加青春活力,提高性功能,增强免疫力从而对人体发挥返老还青和医疗保健作用。

激光治疗

激光是60年代初出现的一种新光源。已广泛应用于国防、农业、卫生医疗和科学研究,也是治疗肿瘤的一种新方法。用它既能切割组织,又能同时止血,能使肿瘤组织迅速气化和雾化,从而使肿瘤在瞬间消失。激光对组织具有热、压、光和电磁场效应的作用。

1、热效应:激光能使肿瘤组织在几秒种的短时间内,局部温度高达200-1000摄氏度,使其变性、凝固坏死,继而气化消失。

2、压力效应:激光本身的光压和由高热导致的组织膨胀引起的二次冲击波,加深了肿瘤组织破坏。

3、光效应:激光被肿瘤组织吸收后,可增强热效应,使肿瘤组织被破坏。

4、电磁场效应:激光是一种电磁波。能产生电磁场,可使肿瘤组织离化、核分解而被破坏死亡,如有残癌也可自行消退,这可能与免疫有关。激光制造成激光器、激光手术刀用于治疗体表肿瘤,眼耳鼻咽喉肿瘤、神经肿瘤等。

EMF系统

EMF系统是由(株)日本MDM公司开发研究生产的新一代脑外科手术器械。根据其作用原理,我们俗称之为“电磁刀”。EMF系统利用高频电磁能对机体组织进行汽化,切割和凝固。因该系统外周围优良组织的热损伤小且不需要对极板,因此尤其使用于脑外等精密外科。对硬性及深部微小脑瘤的去除极为有效。 EMF系统与常规的电刀相比,在原理和设计上都有很大区别。EMF系统用于汽化,切割和凝固的输出功率很小(49W以下),为一般电刀所不及。不需要对极板这一特点使单极手术刀用于脑外手术成为可能。没有烧伤感电和破坏神经系统的危险,安全性高,使用方便。与激光刀相比,不需要眼球保护镜和其它保护附件,操作时对患者和医生均无危害。手术时与患部直接接触,医生可以灵活掌握调节。与超声波刀相比,EMF系统对于硬化深部微小肿瘤的汽化治疗效果尤为显著。HandPiece非常轻便且呈弯曲状,使视野不受影响,并有利于长时间手术。刀头部分可以任意弯曲,适用于各种手术需要。

微波治疗

微波是指波长在1毫米至1米范围内的非电离辐射高频电磁波。70年代后期微波技术在医疗上得到应用。科学家研究发现,微波治疗有3种:一是大剂量高热治疗肿瘤,能抑制肿瘤细胞的蛋白质合成,降低肿瘤细胞分裂速度,增强化疗、放疗效果;二是用于局部生物体组织的凝固治疗,具有不炭化、不产生烟雾的特点;三是小剂量的温热治疗,可以解痉、止痛、消炎并促进伤恢复等。

电磁波消毒

利用电磁波的场效应和热效应,在5-l0分钟内能迅速达到国家卫生部规定的消毒要求,对成捆、成扎的纸币、成叠的毛巾、医疗器械具有穿透力强,无残留药毒性的消毒特点,是当今消毒领域的新突破

二、磁疗历史

早在古罗马时期,磁场疗法已经用于治疗痛风。2000 余年前的 古代医学文献中已有用磁止痛、治疗关节肿痛等疾病的记载。1970 年代以来磁性材料和磁疗器械、磁疗技术的研究和应用发展较快,在一些疾病的治疗上取得 一定的疗效,磁疗成为应用较普遍的物理疗法之一。

三、磁疗的特点

治疗作用的双向性,无痛苦,无损伤,安全性好,适应争光,疗效好,省时方便, 多病兼治。

四、磁疗的作用:

磁疗有益健康: 科学家经过实验和观察发现,磁疗有益健康。归纳起来有以下 几方面: 促进细胞代谢,活化细胞,从而加速细胞内废物和有害物质排泄,平衡内分泌失 调;促进血液循环,改善微循环状态; 促进炎症消退,消除炎症肿胀和疼痛; 双向调节血压,尤其能使高血压降低; 提高红细胞的携氧能力,降低血液粘度; 增强和改善人体免疫功能,提高人体对疾病的抵抗能力;有抗衰老作用,清除体内积存的自由基; 改善血脂代谢,有降低胆固醇作用; 消除疲劳、促进体力恢复; 镇静作用,消除失眠和精神紧张。 上述种种磁场效应,确实对人体健康能起到有益的促进作用,是人类理想的健康之宝。

磁疗的发展前景

20 世纪 90 年代初期,我国兴起了用磁化杯饮磁化水疗法,同济医科大学生物学专家马逸龙教授用 H 型强场磁化杯试验证明,磁化水有活血化淤、溶解人体内 结石、 降低血液黏稠度, 增强人体生物膜的通透量,恢复血管弹性和康复溃疡面, 提高人体免疫力之功效。磁化水被人们称为“生命之水” 有关专家亦称为离子活 , 性水。常饮可激活酶的活性,防病治病抗衰老,延年益寿。近几年人们根据远红外线和磁性对人体的作用,生产出远红外磁性寝具等,运用 远红外与磁性相结合的办法,使磁性的舒筋活络功能与远红外活血化淤、保温、 保健的温热效应协同叠加,对于风湿性关节炎、高血压、脑血栓等慢*能起到辅 助治疗的作用,具有很好的发展前景。

五、电磁波应用变革战争新环境

战场电磁环境的形成,是以电磁空间的发展和战场电磁应用与反应用活动的开展为基础的。它的发展依赖于电磁应用的发明及其在军事领域的广泛运用。

(1) 电磁对抗催生电子战

20世纪以来,电磁波的理论和应用不断取得重大成就。在军事领域,电磁波已经成为战场信息获取、传递、使用以及对抗的重要媒介和最佳载体。目前,军事电子技术所利用的频谱,已经覆盖了从极低频、短波、微波、毫米波、亚毫米波、红外到可见光等全部频段,已渗透和广泛运用于各级指挥系统和各种武器系统之中。

进入20世纪80年代后,随着微电子技术、计算机技术的发展及在军事上的广泛应用,电子对抗不再仅仅是干扰和破坏敌方通信、雷达等单一兵器,而且发展到攻击敌方的C4I系统。1991年海湾战争中,电子战运用的规模和层次达到了空前的程度,对战争的进程和结局产生了重大影响,标志着电子战已成长为现代战争制胜的基本手段和核心要素。在伊拉克战争中,美军电子对抗完成了从“粗放式”干扰压制,发展到在确保掌握制电磁权的同时“精确地”对对方目标实施压制的转变。而且,在电子对抗领域出现了一些新手段和新战法,神奇的GPS第一次在战场上遇到了对手—GPS干扰机,将复杂电磁环境下的电子对抗推向了新的发展阶段。

(2) 信息技术加剧电磁环境复杂化

现如今,以信息化为核心技术的军事变革正在世界各国间竞相展开,一些军事强国为了抢占未来战争的制高点,纷纷加快以信息化建设为主要内容的发展步伐,形成了以加速发展信息化武器装备为核心的竞争态势。其突出表现就是:信息化武器的迅猛发展和武器装备信息化改造的全面加强,信息系统综合集成和信息网络的无缝链接,实现对物质流、能量流的高效、定向、灵活和精确控制。

透过跨世纪以来的几场局部战争不难看出,日益复杂的战场电磁环境,已日益成为影响和制约战争进程的重要因素。随着各国军队信息化进程的加快,目前相继出现了零副瓣天线、寂静雷达、扩跳结合电台、数据链等先进技术,一系列旨在提高自身反侦察、反干扰、抗摧毁能力的电磁应用技术应运而生。由于战场电磁信号出现了“爆炸性”的增长,从而导致信息化战场电磁环境更加复杂化。

(3) 复杂电磁环境影响整体作战

从空间角度讲,电磁波可能来自地面、海上、空中或太空。从敌对属性来讲,电磁波可能来自敌方的电子设备,也可能来自己方的电子设备,还可能来自非敌对双方所属的电子设备和自然界。

从辐射源种类讲,复杂电磁环境主要由电子对抗环境、雷达环境、通信环境、光电环境、敌我识别电磁环境、导航电磁环境、民用电磁环境、自然电磁环境等构成。每一类型的电磁环境又由不同类型的电磁辐射源生成,并对不同的信息化武器装备产生影响,进而会影响到整体作战。

(4) 电磁环境表现特征变幻莫测

由于战场上大量的电磁信号是在人为控制下产生的,或者说是交战双方有目的地控制电子设备实施有意辐射所产生的。因此,在不同的作战时间,交战双方因作战目的不同,所产生的电磁信号数量、种类、密集程度将随时间而变化,而其变化的方式变幻莫测。

从时间上看,复杂电磁环境有时表现为相对静默,有时表现为非常密集;在频谱上表现为无限宽广,拥挤重叠;在能量上表现为密度不均,跌宕起伏;在样式上表现为数量繁多,波形复杂。据不完全统计,目前世界上的通信信号种类多达100种以上。而现代雷达多采用新体制和特殊体制,如相控阵雷达、脉冲多普勒雷达、频率捷变雷达、合成孔径雷达、低截获概率雷达等,使得雷达信号种类繁多且波形十分复杂。

(5) 电磁环境影响指挥控制稳定性

随着电磁应用技术广泛应用于各种武器装备之上,运行于整个作战过程之中,渗透于战场感知、指挥控制、作战协同的方方面面,对判断决策的准确、作战效能的实现等都将产生广泛而深刻的影响。

影响战场感知的真实性。在未来作战中,受复杂电磁环境的影响,可能导致

侦察预警系统听不清、看不远、辨不明,全面影响各级指挥员和作战人员判断决策的准确性。

所谓战场感知,实质上是从复杂的电磁活动中筛选出有价值的电磁信号,然后加以判断。而一旦敌方实施强力干扰,电磁活动便可能陷入混乱,继而引起传感器迷茫、战场感知错乱。影响指挥控制的稳定性。在复杂电磁环境下,由于无线电通信在参与形成战场电磁环境的同时,也将严重受到多方面影响,不仅降低了信息感知和传输能力,使指挥机构难以做出正确判断和指挥,同时也会对通信网络造成严重影响。现代战场上,通信系统广泛应用于各种武器装备、作战平台和人员,据外军统计,美军1个师就有2300多部各种电台;同时,民用电台也十分众多密集,特别是个人移动通信设备的爆炸性增长,往往使各种通信辐射源相互影响。如此数量和密度的通信系统应用于相对有限的战场空间内,如果一旦失控,必然会严重影响指挥控制活动的稳定性。

结论:

电磁场和电磁波与人类的生活息息相关,它影响着我们的生活,也改善着我们的生活,电磁波的合理运用也发展了我国的国防力量,电磁波是联系陆海空天各个战场的信息纽带。未来战场,各种作战平台及其与指挥机构之间,都要依靠无线电通信来传输情报、指令和协同信息,而目前外军通过信息系统的无缝链接,正着力构建一体化的协同作战体系。

参考文献:

《生物电磁学》 国防工业出版社, 庞晓峰 编著

《实用医疗学》 国防工业出版社, 周万松 编著

《电磁场与电磁波》 北京大学出版,王善进,张涛 著

《应用电磁学与电磁兼容》 机械工业出版社 作者:(美)迪派克,维迪斯 著,

沈远茂 等译

《应用电磁学》 浙江大学出版社 作者:陈抗生 编著

范文十:电磁场与电磁波的应用

本科生学年论文(课程设计)

题目:电磁场与电磁波的应用

学 院 物理科学与技术学院

学科门类 理学

专 业 应用物理

学 号 2012437019 姓 名 郭天凯

指导教师 闫正

2015年11月18

电磁场与电磁波的应用

摘 要

随着社会的不断进步与发展,科学技术的不断改革创新,电磁场与电磁波已经应用于社会生活的方方面面,受到了越来越多人的高度重视和关注。电子通信产品的随处可见,手机通信,微波通讯以及无线电视等;电磁波极化在雷达信号滤波、检测、增强、抗干扰和目标鉴别/识别等方面的应用;电磁场在金属材料加工、合成与制备中的应用;电磁波随钻遥测技术在钻井中的应用;电磁场的生物效应在电磁治疗方面的应用等都离不开电磁成与电磁波。本文将进一步对电磁场与电磁波在通讯、科技开发、工业生产、生物科学、材料科学等方面的应用展开分析和探讨。

关键词:电磁场;电磁波;极化;电子通信技术;电磁波的应用

目 录

1 电磁场与电磁波的概况„„„„„„„„„„„„„1

2 电磁场与电磁波在通讯方面的应用„„„„„„„„2

2.1 在无线电广播中的应用„„„„„„„„„„„„„„2

2.2 在电视广播中的应用„„„„„„„„„„„„„„„2

2.3 在移动通信中的应用„„„„„„„„„„„„„„„2

2.4 在卫星通信中的应用„„„„„„„„„„„„„„„2

3 电磁波极化的应用„„„„„„„„„„„„„„„3

3.1 利用极化实现最佳发射和接收„„„„„„„„„„„3

3.2 利用极化技术提高通信容量„„„„„„„„„„„„3

3.3 极化在雷达目标识别、检测和成像中的应用„„„„„„3

3.4 极化在抗干扰中的应用„„„„„„„„„„„„„„4

4 电磁波随钻遥测技术在钻井中的应用„„„„„„„5

4.1 采用数据融合技术,优化产品性能,提高传输深度„„„5

4.2 采用广播芯片技术,提高信息传输能力„„„„„„„„5 5 在生物医学中的应用„„„„„„„„„„„„„„6

5.1 电磁场的生物效应及其发展„„„„„„„„„„„6

5.2 电磁场作用的机理„„„„„„„„„„„„„„„6

6 电磁场在材料科学中的应用„„„„„„„„„„7

7 结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

1 电磁场与电磁波的概况

电磁场现象的研究发现是从十六世纪下半叶英国人吉尔伯特实验展开的,在研究过程中它采用的方法比较原始,无法完全解释出电磁场的现象原理。电磁场的近代研究要追溯到18世纪,由法国物理学家库伦以及英国物理学家卡文迪许展开研究分析,他们的主要贡献是发明了用测量仪器对电磁场现象做定量的规律,从而促使电磁场的发展得到了质的飞越。

英国著名物理学家法拉第在哲学家谢林的影响下,认为大自然中的光、电、磁之间是存在一定的联系的。

1820年,奥斯特研究发现电流以力作用于磁针后,法拉第就更加肯定电与磁之间是相互影响作用,然后在1831年他研究发现,只要把磁棒插入到导体线圈时,导体线圈中就会产生一定的电流,这种实验现象证明了电与磁两种之间是有着紧密联系的。[1]

从19世纪60年代麦克斯韦建立了完整的电磁场理论并预言了电磁波的存在, 到1887年德国科学家赫兹证实了电磁波的存在,到现在不过100多年的时间,但电磁波的应用已经渗透到人类生活的方方面面。可以说离开了电磁波人类的活动将会举步维艰。[2]

2 电磁场与电磁波在通讯方面的应用

2.1 在无线电广播中的应用

其中在无线电广播中的应用是实现最早、最普及的一种应用。这是一种发射台与接收台分离、发射台对接收台之间的单向模拟通信方式,主要是指收音机广播。按照所使用的载波的波长不同分为长波(低于535KHz)、中波(535KHZ~1605KHZ)、短波(2.3MHZ~26.1MHZ)以及调频波段(87MHZ~108MHZ)。根据其调制方式又分为调幅波(AM)和调频波(FM)。

2.2 在电视广播中的应用

上世纪50年代发明的电视系统实现了声音和图像的同步广播,即电视广播。它分为声音和图像信号的传播两部分。电视广播系统使用的频段是54MHZ~806MHZ之间,每频道电视信号占用8MHZ带宽,其中图像信号使用低端的6MHZ,以单边带方式调制,声音信号使用6.5MHz以上部分,使用调频或调幅方式调制。

2.3 在移动通信中的应用

在1920年,现代移动通信技术的研究发展正式开始。相继出现了第一(1G)、二(2G)、三(3G)、四(4G)代移动通信技术,逐步通过模拟、数字、无线网络等技术手段使移动通信具备了更加完美的抗信号衰落的功能,进一步提高了人们的上网速度,最高可达到100MB/s,实现了不同频率间的自动切换功能。

2.4 在卫星通信中的应用

他的发展离不开电磁场与电磁波的积极应用,主要通过采用人造地球卫星作为中继站,从而有效转发或者反射无线电波,它有地面通信站、海洋通信站以及地球大气通信站。其通信范围大,只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内,从任何两点之间都可进行通信;同时,它不易受陆地灾害的影响(可靠性高),同时可在多处接收,能经济地实现广播、多址通信等。[3-7]

3 电磁波极化的应用

电磁波的极化特性是指给定空间观察点电场强度的取向和幅值随时间变化的规律,是电磁场与电磁波电动力学课程中的一个重要概念[8-11],电磁波的极化在物理学中称之为偏振[12、13]。极化是除时域、频域和空域信息之外的又一可利用的重要信息,在通信、雷达信号滤波、检测、增强、抗干扰和目标鉴别/识别等方面都有广泛的应用,因此对极化理论的教学和研究有着重要的意义。

3.1 利用极化实现最佳发射和接收

无线电技术中,利用不同极化的电磁波具有不同的传播特性,结合收发天线的极化特性,可实现无线电信号的最佳发射和接收。例如,中波广播采用垂直极化波。电视调频广播和短波广播一般采用水平极化方式,我们知道,任意极化均可由一对正交极化以不同的幅度比和相位差相合成,因此,发射时,将同一信号源经功分器后,分别经过不同的幅相关系处理并送到极化正交的一对天线上,便可合成任意极化状态。接收时,用两副互相极化正交的天线,并将两个通道信号以不同幅相关系相合成,便可实现任意极化状态的最佳接收。可见对极化域的充分利用,并不要求去构造许多不同形式的天线。

3.2 利用极化技术提高通信容量

在通信中,为了在有限频带范围内尽量提高可用信道数,增加信道容量,提高频率利用率,减少波道间干扰。目前广泛采用的频率复用技术之一是在同一传输链路上,利用电波的正交极化隔离,把互相正交极化的相邻两条信道安排在同一频段上,这样使频率利用率提高了一倍。以往研究极化分集技术主要是为了抗衰落,然而多径散射的存在,却为更多信息的传输提供了可能。研究表明,在城市密集区的散射环境下,收发两点间存在多径散射,在接收端空间所有的3个方向上会产生附加的极化状态,选用三振子的复合天线系统[14],3副天线正交放置,相比于传统的使用双极化天线,可以获得3倍的信道容量,也即散射的存在使得我们可以利用3个电场极化信道进行无线通信。从应用极化技术抗衰落到应用极化技术来提高信道容量,极化技术的应用出现了质的飞跃。

3.3 极化在雷达目标识别、检测和成像中的应用

雷达回波信号中除了幅度、相位信息外,还有一个重要的信息资源,极化信息,电磁波照射目标后,其极化状态将发生改变,它与目标的形状、结构材料以及姿态等因素有关,

[15]还与照射到目标的极化状态有关,因此,可以利用目标回波中的极化特征来识别目标。

在气象雷达中可利用雨滴的散射极化的不同响应来识别目标,采用轮流发射正交极化波的方法,并相继接收水汽凝结物回波的正交极化分量,从而研究目标的性质.

3.4 极化在抗干扰中的应用

通信、雷达、导航等信息电子设备常会遇到来自其他设备的干扰。对于单一极化的干扰,一般来说,只要将接收天线的极化改变成与干扰电波极化相正交,即可在很大程度上抑制干扰。对于极化正交的双通道系统,采用复加权对两路极化正交信号进行求和,合成的等效极化状态可以抑制干扰,采用的电路称为极化滤波器。运动中的干扰源,发射的干扰电波的极化状态可能有变化,可采用极化滤波器组,组成一个极化抑制带,也可采用自适应极化滤波器抗干扰。在多路微波分配系统当中,交替采用不同的极化方式发射,可减少在覆盖区域中同频干扰问题。采用圆极化波可以抗气象干扰,其机理是,气象微粒近似呈球形,对圆极化波的反射是反旋的,不会被雷达天线所接收;而雷达目标一般是非简单

[16]对称体,其反射波是椭圆极化波,必有同旋向的圆极化成分,因而能收到回波。

4 电磁波随钻遥测技术在钻井中的应用

1991年美国石油协会随钻测量论坛专门讨论了泥浆脉冲传输能力不足的问题,这促使人们考虑研制其他井下信息遥传技术[17]。电磁波随钻遥测技术很快发展起来,一般理论分析认为:实际磁天线的有效作用系数一般远小于电天线的有效作用系数[18]。常见的电磁波随钻测量发射天线按其电磁特性又可分为垂直磁场法和垂直电场法。垂直磁场法是纯粹通过地层传输信号的方法,而垂直电场法是通过地层钻杆(或套管)体系传播信号的方法[19]。

4.1 采用数据融合技术,优化产品性能,提高传输深度[20]

为适应深部能源勘探的需要,美国能源部国家能源技术实验室深部探测项目与圣安东尼奥e-Spectrum技术公司合作,经过3a努力,研制成高级电磁波随钻遥测技术,即把深空探测导航与导弹制导相关技术应用于EM-MWD系统。

4.2 采用广播芯片技术,提高信息传输能力[21]

如前所述,电磁波传播主要依靠钻杆地层系统,为使电磁波有效穿过地层,只好采用超低频或极低频波段,其传输信息量与传输距离都受到限制。由于电磁波在油基泥浆中传输损失较小,可以把油基泥浆作为电磁波传输介质。采用中频或高频波段作为载波传输钻井信息,可以达到几kB/s节甚至更高的传输速度,将比现在的泥浆脉冲技术快数百倍。

5 在生物医学中的应用

随着生物医学工程学发展,物理疗法已经成为当前疾病治疗一个重要手段,因此电磁场治疗及生物电磁的研究成为当前热点,特别是在骨病等相关领域的研究。

5.1 电磁场的生物效应及其发展

1953年Yasuda首次发现骨骼的压电效应,1977年Bas-sett等提出了极低频脉冲电磁场治疗骨不连接取得肯定的疗效,以及Bassett[22]总结了半个世纪脉冲电磁场的研究成果,预言脉冲电磁场有治疗骨质疏松的前景以来,引起了医学界对这一疗法的关注,使得电磁场在骨质疏松方面的研究经历了从临床到实验动物再到细胞水平,然后从细胞水平到实验动物再到临床的一个循序发展的过程 至今电磁场骨质疏松的临床治疗及其研究方面已经取得一定的进展。

5.2 电磁场作用的机理

低频电磁场与细胞作用的初始位点是胞膜,随后触发的一切反应都是由胞膜介导的[23]细胞膜在静息电位下产生了“微孔”,只不过此时孔半径很小,并且在动作电位的作用下会修复,呈现瞬态性,由于细胞膜对离子或带电分子的势垒作用,此时离子很难通过在低频,低强度电磁场作用下,即使是小能量也可以导致电流体不稳定性的产生,逐步扩大这些“微孔”从而形成能让离子大量穿过细胞膜的“通道”,导致细胞膜的导电能力增加,引起更强的电流通过细胞膜,诱发一系列生化反应,甚至产生细胞膜性质变异。[24]

6 电磁场在材料科学中的应用[25]

由于电磁场具有许多电热技术无法比拟的优点,例如,可在无接触情况下直接传递热能和动能给材料、能极大减少杂质、可选择性大、能大大提高效率、显著降低成本、节约能源、保护环境等,近年来,电磁场在材料,特别是金属材料的加工、合成与制备中得到越来越广泛的应用。

因为熔融金属是电的良导体,在电磁场作用下,金属熔体内产生感应电流和电磁力,利用感应电流的焦耳热和电磁力可对熔融金属进行加热、非接触性搅拌、传输和形状控制。随着人们对电磁场功能认识的不断加深和超电导强磁场的出现,电磁场应用的范围也将不断扩大,它已从开始的改进传统的工艺过程发展成为开发新材料、新工艺的重要源泉。 材料科学中应用的电磁场主要有:(1)由传统线圈产生的普通强度的直流磁场:主要用于控制液体金属的流动。例如,作为电磁制动抑制连铸结晶器内钢液的流动、抑制中间包内钢液的紊流等;作为电磁“坝”用于薄带连铸的侧封等。(2)由超导线圈产生的高强度的直流磁场:主要用于控制液体金属的流动。例如,作为电磁制动抑制连铸、特别是高速连铸时结晶器内钢液的流动;控制液体金属的形核、生长等凝固过程。(3)频率从几赫兹到数十兆赫兹的交流磁场:交流磁场是材料加工过程中应用最广泛的一种电磁场,通过电磁场频率的选择,将其应用于感应加热、电磁搅拌、电磁加压、电磁传输等工艺过程。

(4)其他特殊磁场:如移动磁场、脉冲磁场、变幅磁场等,用于高效、节能等新技术工艺的开发[26、27]。

7 结束语

综上所述,对于电磁场和电磁波的应用是至关重要的,它们的应用贯穿了人类社会的众多领域,从通讯到科技开发到工业到生物科学再到材料科学等等。直接关系到社会的发展,人类的生存。因此,人类要不断创新改革有关电磁场和电磁波的工程技术,充分发挥出它们在社会发展中的作用。

河北大学2012届本科生学年论文(课程设计)

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