电磁波的产生及特性

电磁波的产生及特性 1.电磁波的产生: 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。 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: (1) 使电磁能量分散于空间; (2) 提高电路的振荡频率。 设电荷在振荡偶极子上按余弦规律变化: 则振荡偶极子的电偶极矩: p = ql 称为电矩振幅。 00 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。 在离波源很远处(波场区)，电磁波为球面波。而波面上小范围内可看作平面波。此处的电磁场主要由涡旋电场和涡旋磁场组成。 波场区中任一点P附近，电场强度和磁场强度的达式分别为: 2(电磁波的性质: (1) 电磁波是横波，电磁波中的电场E、磁场H和电磁波的传播方向r相互垂直。 (2) 在波场区，电场强度E、磁场强度H的振动相位相同。 真空中: 介质中: (3) E、H的振动状态以相同波速c向前传播。 真空中: 介质中: 上式中称为介质的折射率。 (4) 电磁波的频率等于振荡偶极子的振动频率。 3(电磁波的能量: 电磁波的传播过程也就是电磁能量的传播过程。以电磁波的形式传播出去的能量称为 辐射能。 电磁波的波场中单位体积内的电磁波能量，即电磁波的能量密度为: 单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的辐射能称为电磁波的能流密度(或辐射强 度)，用S表示: 因为: 所以: 用矢量形式表示电磁波的能量密度为: 称为坡印廷矢量 将电场和磁场的表达式代入上式得: 由上式求电磁波能流密度在一个周期内的平均值，即得电磁波的平均能流密度(或平 均辐射强度)为: 讨论 (1) 即振荡偶极子的电矩振幅越大，电磁波的辐射越强; (2) 平均能流密度与场点到波源距离的平方成反比; (3) (称为方向因子) 可见，沿振荡偶极子方向，电磁波的平均能流密度为零;而垂直于振荡偶极子方向， 电磁波的平均能流密度最大: 极轴上: 赤道平面上:最大 (4) 5可见频率越高(通常ν >10Hz)越利于辐射。 例16-3-1:已知发射电磁波的点波源平均输出功率为800W，求离开点波源3.5m处 的:(1) 平均能流密度;(2) 电场E和磁场B的最大值。 解:(1) 设电磁波波源发射的电磁波沿各方向均匀分布，则在r=3.5m处电磁波 的平均能流密度为: (2) 可以证明，电磁波的平均能流密度为电磁波最大能流密度的二分之一，即: 式中E0和H和磁场强度的最大值。 0为电场强度 因为: 所以: 得电场强度的最大值为: 又: 所以磁感强度的最大值为: