無線電波傳播第二講電波傳播基本理論第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月PrincipleofEMwavesPropertiesofEMwavesMaxwell’sequationsWaveequationsTankcircuitAMandFM第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月幾個重要的人物：麥克斯韋：1831年6月出生于英國愛丁堡。

麥克斯韋是繼法拉第之后，集電磁學大成的偉大科學家。他依據(jù)庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實驗成果，1873年建立了第一個完整的電磁理論體系，不僅科學地預言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學的又一次大綜合。這一理論自然科學的成果，奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無線電工業(yè)的基礎。PrincipleofEMwaves第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月赫茲：德國物理學家，生于漢堡。赫茲對人類最偉大的貢獻是用實驗證實了電磁波的存在。1888年1月，赫茲將他的研究成果總結在《論動電效應的傳播速度》一文中。赫茲實驗公布后，轟動了全世界的科學界。由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋總結的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。

1888年，成了近代科學史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，它不僅證實了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是開創(chuàng)了無線電電子技術的新紀元。

赫茲對人類文明作出了很大貢獻，正當人們對他寄以更大期望時，他卻于1894年元旦因血中毒逝世，年僅36歲。為了紀念他的功績，人們用他的名字“赫茲”來命名各種波動頻率的單位。PrincipleofEMwaves第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月馬可尼：人類無線電通信的創(chuàng)始人——意大利的馬可尼（Marconi,G.W.,1874～1937）與俄國的波波夫（Πoπoβ,A.C.1859～1906）成功地進行了世界上最早的無線電通訊活動，開創(chuàng)了人類通訊的新紀元。

意大利人馬可尼1901年向新來臨的20世紀奉獻上的珍貴禮品是一項科技創(chuàng)新與發(fā)明——成功地進行了首次無線電通訊，無線電技術的大發(fā)展從而成為20世紀的熱門事情。1906年，美國物理學家費森登發(fā)明無線電廣播，使無線電波進入千家萬戶，預示著一個信息時代的肇始。PrincipleofEMwaves第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

無線電通訊是利用電磁波的輻射和傳播、經(jīng)過空間傳送信息的通信方式。1831年，英國法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應。1865年，英國麥克斯韋從理論上預言了電的任何波動可以在遠處產(chǎn)生感應即電磁波的存在、并且電磁波能夠從產(chǎn)生的地方以光的速度輻射出去，但他本人未能親自作出實驗驗證。1887年，德國物理學家赫茲（Hertz,H.R.,1857～1894）利用靜電的火花放電實驗，證明了電磁波的存在，激起了人們利用電磁波的念頭，而赫茲卻英年早逝，未能在電磁波的應用技術方面開展科研工作。敏感的發(fā)明家們已經(jīng)意識到電磁波可以用于無線電通訊。以意大利的馬可尼和俄國的波波夫為代表的科學家、發(fā)明家，在前人已掌握的電磁學和電磁波知識的基礎上，大膽探索、奮勇實踐，開啟了電磁波應用的大門并開創(chuàng)了無線電通信這門新技術。

意大利人馬可尼1901年向新來臨的20世紀奉獻上的珍貴禮品是一項科技創(chuàng)新與發(fā)明——成功地進行了首次無線電通訊，無線電技術的大發(fā)展從而成為20世紀的熱門事情。1906年，美國物理學家費森登發(fā)明無線電廣播，使無線電波進入千家萬戶，預示著一個信息時代的肇始。PrincipleofEMwaves第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月PropertiesofEMWavesTransversewavesPropagatesinvacuum&mediumWidefrequencyrangePropagatesatspeedoflightc=3x108m/s(invacuum)PrincipleofEMwaves第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月TransverseEMWavePrincipleofEMwaves第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月LongitudinalWaves?Longitudinalwaves–displacement

inthesamedirectionaswavemotion?Example:soundwavesPrincipleofEMwaves第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月麥克斯韋方程組(Maxwell’sequations)以上四個方程式是普遍情況下電磁場所滿足的基本方程式，稱為麥克斯韋方程組。電磁感應定理磁場的高斯定理電場的高斯定理安培環(huán)路定理PrincipleofEMwaves第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月麥克斯韋方程組的微分形式電磁波的實驗事實表明，麥克斯韋方程組不僅適用于恒定的和緩變的電磁場，也適用于快速變化的電磁場。PrincipleofEMwaves式中E、H、D和B分別是電場強度、磁場強度、電位移矢量和磁感應強度，ρ和J分別是傳導電流密度和自由電荷密度。第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)性方程運動的電荷形成電流。連續(xù)性方程規(guī)定電荷密度和電流密度之間的關系PrincipleofEMwaves第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月PrincipleofEMwaves第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月ConstitutiveRelationsPrincipleofEMwaves第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月PrincipleofEMwaves第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月PrincipleofEMwaves第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場周期性變化的電場（磁場）叫振蕩電場（磁場）PrincipleofEMwaves第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月非均勻變化磁場激發(fā)變化電場均勻變化激發(fā)穩(wěn)定磁場不再激發(fā)若非均勻變化激發(fā)變化磁場均勻變化激發(fā)穩(wěn)定電場非均勻變化電場和磁場的變化關系PrincipleofEMwaves第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波電磁場：如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場,那么這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場;這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場……變化的電場和變化的磁場相互聯(lián)系,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場。電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播就是電磁波。第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波在真空中的波動方程PrincipleofEMwaves真空中先討論無源的情況第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月則電場的波動方程可寫為：PrincipleofEMwaves類似地可以得到磁場的波動方程：第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月亥姆霍茲方程有多種解：平面波解，球面波解，高斯波解等等。其中最簡單、最基本的形式為平面波解。平面電磁波：傳播方向一定，波陣面與傳播方向垂直的一種波設電磁波沿z軸傳播，此時可用一維模型替代：它的一個解是：平面波解PrincipleofEMwaves第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月可見，電磁波中電場和磁場矢量沿傳播方向(縱向)的分量Ez和Bz是不隨時間和空間變化的常量，故可認為Ez=0，Bz=0。這樣得到電磁波的第一條性質(zhì)：電磁波是橫波。假設平面電磁波沿z軸方向傳播，則E和B都只是z和t的函數(shù)，麥克斯韋方程組具體寫為PrincipleofEMwaves第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

電磁波的橫波性質(zhì)說明：電磁波沿z方向傳播，則電場矢量和磁場矢量只能處于xy平面內(nèi)。若選擇電場矢量沿x方向，所以Ey=0。可以得到如果電場矢量沿x方向，則磁場矢量的x分量必定等于零，也就是磁場矢量只能沿y方向。于是得到電磁波的第二條性質(zhì)：電磁波的電場矢量E與磁場矢量B是互相垂直的，并與傳播方向k滿足右螺旋關系。PrincipleofEMwaves第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月平面電磁波在無限大均勻介質(zhì)中的傳播示意圖：PrincipleofEMwaves第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一般坐標系下平面電磁波的表示式PrincipleofEMwaves第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月波長周期同一時刻相位差的兩個等相面間的距離λ是波長波長與周期空間的一點相位改變所需要的時間定義為周期PrincipleofEMwaves第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月TankCircuitInductor&CapacitorshareenergyChargeflowsbackandforththroughinductorEnergyshiftsbackandforthbetweenthetwodevicesPrincipleofEMwaves第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月TankCircuitsinRadioTanksareresonantdevicesTanksbuildupenergyataspecificfrequencyTankshelpradiosemitradiowavesTankshelpradiosdetectradiowavesPrincipleofEMwaves第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月EmittingRadioWavesAtransmitterusesatankcircuitto“slosh”chargeupanddownitsantennaAreceiverusesatankcircuittodetectcharge“sloshing”onitsantennaTransmitterantennachargeaffectsreceiverantennachargePrincipleofEMwaves第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月用電磁波傳遞聲音和圖像信號的原理先將信號載在電磁波上，再把載有信號的電磁波發(fā)射出去，到達接收處設法從電磁波上把信號檢出來。電磁波傳遞聲音和圖像信號打個比方就象鴿子送信一樣。PrincipleofEMwaves第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波的發(fā)射過程由高頻振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩電流（養(yǎng)鴿子）把要傳遞的聲音和圖像信號變成電流信號(寫信)將振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩電流和聲音、圖像的信號電流一同輸入到調(diào)制器中，使高頻振蕩電流隨著傳遞的聲音圖像信號發(fā)生相應的變化（綁信）把隨著聲音圖像信號而變化的高頻振蕩電流送到發(fā)射天線，發(fā)射出電磁波（放飛信鴿）PrincipleofEMwaves第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波的發(fā)射過程PrincipleofEMwaves第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波的接收過程用天線接收電磁波（抓信鴿）用調(diào)諧器即收音機或電視機中選臺的電路選出所需要的電信號（選出信鴿）讓高頻振蕩電流經(jīng)過檢波器，就能將要傳遞的聲音信號和圖像信號從高頻振蕩電流中“檢”出（取信）把聲音信號和圖象信號分別送到揚聲器和電視機，就能聽到聲音、看到圖像（讀信）PrincipleofEMwaves第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁波的接收過程PrincipleofEMwaves第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月AMModulationInformationisencodedinthefluctuatingamplitudeofthewavePressurevariationscausechangesintheamountofchargemovingontheantennaPrincipleofEMwaves第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月FMModulationInformationisencodedintheexactfrequencyofthechargemotionPressurevariationscauseslightshiftsinthefrequencyofchargemotionontheantennaPrincipleofEMwaves第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月LC傳輸線上的波動方程第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月LC傳輸線上的波動方程第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月基本關系LC傳輸線上的波動方程第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月LC傳輸線上的波動方程第41頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓滿