电磁场微波技术与天线宋铮

第 1 章 电 磁 场 与 电 磁 波 的 基 本 原 理

电 磁 场 的 基 本 方 程

一、电磁场中的基本场矢量

电磁场中的基本场矢量有四个:电场强度E,电位移矢量D,磁感应强度B和磁场强度H。

(一) 电场强度E F 场中某点的电场强度E定义为单位正电荷在该点所受的力,即 ： E q电场强度E的单位为伏/米(V/m)。

(二) 电位移矢量D

如果电解质中存在电场,则电介质中分子将被极化,极化的程度用极化强度P来表示。此时电介质中的电场必须用电位移矢量D来描写。它定义为 ： D 0E P

在SI单位制中,D的单位为库仑/米2(C/m2)。

P： xe 0E对于线性媒质中某点的电极化强度P正比于该点的电场强度E。在各向同性媒质中某点的P和E方向相同,即

0E xe 0E 0(1 xe)E 0 rE E，故D 式中ε=ε0(1+χe)称为介质的介电常数,而εr=1+χe称为介质的相对介电常数。

(三) 磁感应强度B

磁感应强度B是描写磁场性质的基本物理量。它表示运动电荷在磁场中某点受洛仑兹力的大小。磁感应强度B定

F qv B义为：

(四) 磁场强度H

如果磁

《电磁场理论与微波技术》教学大纲

课程英文译名：Electromagnetic Theory and Microwave Technology 课内总学时：50 学时 学分：3 学分

开课学院：通信工程学院 开课教研室：网络通信教研室 编号：B0801020 课程类别：限选 面向专业：通信工程

一、课程的任务和教学目的

课程任务：讲授电磁场的基本理论，即静电场，稳恒电流场和磁场，以及时变电磁场的理论。

教学目的：本课程是一门有关麦克斯韦电磁理论基础的主干课程，在以《大学物理》为先修课程的基础上,通过本课程学习,使学生进一步了解宏观电磁场与电磁波的基本性质和基本规律以及基本分析方法，为后续专业课程《微波技术与天线》的学习或进一步研究电磁场与电磁波打下必要的理论基础，并能自觉地运用于工程实践之中。

二、课程的内容与基本要求：

电磁场与电磁波理论揭示了宏观电磁场分布以及电磁波辐射和传播的基本规律和特性，课程介绍了工程应用中电磁场和电磁波问题的基本分析和计算方法，它是电路理论的一个生长点，是解决实际电磁问题的基础。 基本内容：

第一章，矢量分析与场论

《电磁场微波技术与天线》习题及参考答案

一、填空题：

1、静止电荷所产生的电场，称之为_静电场_；电场强度的方向与正电荷在电场中受力的方向__相同_。

2、电荷之间的相互作用力是通过 电场 发生的，电流与电流之间的相互作用力是通过磁场发生的。

???3、矢量场基本方程的微分形式是：??A??V和 ??A?J ；说明矢量场的散度 和 旋度 可以描述矢量场在空间中的分布和变化规律。 4、矢量场基本方程的积分形式是：?S?A?dS???A?dl??sJ??dS；说明矢

?V?VdV和

?l量场的环量和 通量 可以描述矢量场在空间中的分布和变化规律。

5、矢量分析中的两个重要定理分别是高斯定理和斯托克斯定理, 它们的表达式分别是：

???v??AdV??SA?dS和?l?A?dl??srotA?dS 。

??6、静电系统在真空中的基本方程的积分形式是：∮sD·dS=q和????E·d?=0。

7、静电系统在真空中的基本方程的微分形式是：??D??V和??E?0。

8、镜象法的理论依据是静电场的唯一性定理 。基本方法是在所求场域的外部放置镜像电荷以等效的取代边界表面的感应电荷或极化电荷 。

??9、在两种媒质分界面的两侧，电

特别提示：请诚信应考,考试违纪或作弊将带来严重后果！

成都理工大学工程技术学院 2009 － 2010学年第2学期

《 电磁场理论与微波技术 》通信工程 专业期末试卷A

注意事项：1. 考前请将密封线内的各项内容填写清楚； 2. 所有答案请直接答在答题纸上； 3．考试形式：闭 卷；

4. 本试卷共 二 大题，满分100分， 考试时间120分钟。

题号 分数 一 二 总分 阅卷人

一．简答题 （第1题20分，第2--7题各5分，第8题各10分 共60分）

1，分别写出麦克斯韦方程组的微分和积分形式，并解释每个积分方程的含义。

2，静电场的电力线是不闭合的，为什么？在什么情况下电力线可以构成闭合回

路，它的激励源是什么？

3，试从产生的原因、存在的区域以及引起的效应等方面比较传导电流和位移电

流。 4，“如果空间中某一点的电场强度为零，则该点的电位为零”，这种说法正确吗？

为什么？。

5，安培环路定理应用到时变场时会出现什么矛盾？这一矛盾又是如何解决的?

6，什么是坡印廷定理？它的物理意义是什么？

7，沿均匀波导传播的波有哪三种基本模式？

8，由电磁场理论知

特别提示：请诚信应考,考试违纪或作弊将带来严重后果！

成都理工大学工程技术学院 2009 － 2010学年第2学期

《 电磁场理论与微波技术 》通信工程 专业期末试卷A

注意事项：1. 考前请将密封线内的各项内容填写清楚； 2. 所有答案请直接答在答题纸上； 3．考试形式：闭 卷；

4. 本试卷共 二 大题，满分100分， 考试时间120分钟。

题号 分数 一 二 总分 阅卷人

一．简答题 （第1题20分，第2--7题各5分，第8题各10分 共60分）

1，分别写出麦克斯韦方程组的微分和积分形式，并解释每个积分方程的含义。

2，静电场的电力线是不闭合的，为什么？在什么情况下电力线可以构成闭合回

路，它的激励源是什么？

3，试从产生的原因、存在的区域以及引起的效应等方面比较传导电流和位移电

流。 4，“如果空间中某一点的电场强度为零，则该点的电位为零”，这种说法正确吗？

为什么？。

5，安培环路定理应用到时变场时会出现什么矛盾？这一矛盾又是如何解决的?

6，什么是坡印廷定理？它的物理意义是什么？

7，沿均匀波导传播的波有哪三种基本模式？

8，由电磁场理论知

电磁场与电磁波（天线部分）实验报告

实验二

班级：2010211110班 姓名：谢牧彤 学号： 10210289 日期： 20130503

1

实验二网络分析仪测试八木天线方向图

1.实验目的

1.掌握网络分析仪辅助测试方法； 2.学习测量八木天线方向图方法；

3.研究在不同频率下的八木天线方向图特性。

注：重点观察不同频率下的方向图形状，如：主瓣、副瓣、后瓣、零点、前后比等。

2.实验原理

实验中用的是七单元八木天线，包括一个有源振子，一个反射器，五个引向器（在此图中再加2个引向器即可）

图2.1 八木天线原理图

引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号叠加，得到加强。反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用，一个方向加强，一个方向削弱，便有

一、单项选择题（本大题共15小题，每小题2分，共30分） 在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。

???1．设一个矢量场 xi?(2y?1)j?3zk，则散度为( )

A. 0 B. 3 C. 6 D. 9

2．在半径为a的一个半圆弧线上均匀分布有电荷Q，求圆心处的电场强度。( ) A.

Q12??0aQ2??0a2222 B.

Q6??0aQ22

C. D.

??0a22

?????3.电矩为p?ql的电偶极子在均匀电场E中所受的作用力F和库仑力矩L为( ) ?????? A. F?0,L?0 B. F?0,L?p?E

C. F?qE,L?0 D. F?qE,L?p?E

4．C1和C2两个电容器，其上分别标明200PF500V（耐压值）和300PF900V。把它们串起来，在两端加上1000V电压，则( ) A．C1被击穿，C

一、单项选择题（本大题共15小题，每小题2分，共30分） 在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。

???1．设一个矢量场 xi?(2y?1)j?3zk，则散度为( )

A. 0 B. 3 C. 6 D. 9

2．在半径为a的一个半圆弧线上均匀分布有电荷Q，求圆心处的电场强度。( ) A.

Q12??0aQ2??0a2222 B.

Q6??0aQ22

C. D.

??0a22

?????3.电矩为p?ql的电偶极子在均匀电场E中所受的作用力F和库仑力矩L为( ) ?????? A. F?0,L?0 B. F?0,L?p?E

C. F?qE,L?0 D. F?qE,L?p?E

4．C1和C2两个电容器，其上分别标明200PF500V（耐压值）和300PF900V。把它们串起来，在两端加上1000V电压，则( ) A．C1被击穿，C

《电磁场微波技术与天线》习题及参考答案

一、填空题：

1、静止电荷所产生的电场，称之为_静电场_；电场强度的方向与正电荷在电场中受力的方向__相同_。

2、电荷之间的相互作用力是通过 电场 发生的，电流与电流之间的相互作用力是通过磁场发生的。

3、矢量场基本方程的微分形式是：V A ρ=??ρ和 J A ρρ=?? ；说明矢量场的散度

和 旋度 可以描述矢量场在空间中的分布和变化规律。

4、矢量场基本方程的积分形式是：dV dS A V V S ρ??=??ρ和 dS J s dl A l ?=???ρρ；说明矢量场的环量和 通量 可以描述矢量场在空间中的分布和变化规律。

5、矢量分析中的两个重要定理分别是高斯定理和斯托克斯定理, 它们的表达式分别是： dS A dV A S v ??=???ρ和dS rotA dl A s l ?=????ρ 。

6、静电系统在真空中的基本方程的积分形式是：∮D s ?·d S ?=q 和?λ

E ?·d λ?=0。 7、静电系统在真空中的基本方程的微分形式是：V D ρ=??和0=??E 。

8、镜象法的理论依据是静电场的唯一性定理 。基本方法是在所求场域的外部放置镜像电荷以等效的取代边界表面的感应电荷或极化电荷 。

9、在

《电磁场微波技术与天线》习题及参考答案

一、填空题：

1、静止电荷所产生的电场，称之为_静电场_；电场强度的方向与正电荷在电场中受力的方向__相同_。

2、电荷之间的相互作用力是通过 电场 发生的，电流与电流之间的相互作用力是通过磁场发生的。

3、矢量场基本方程的微分形式是：V A ρ=??ρ和 J A ρρ=?? ；说明矢量场的散度

和 旋度 可以描述矢量场在空间中的分布和变化规律。

4、矢量场基本方程的积分形式是：dV dS A V V S ρ??=??ρ和 dS J s dl A l ?=???ρρ；说明矢量场的环量和 通量 可以描述矢量场在空间中的分布和变化规律。

5、矢量分析中的两个重要定理分别是高斯定理和斯托克斯定理, 它们的表达式分别是： dS A dV A S v ??=???ρ和dS rotA dl A s l ?=????ρ 。

6、静电系统在真空中的基本方程的积分形式是：∮D s ?·d S ?=q 和?λ

E ?·d λ?=0。 7、静电系统在真空中的基本方程的微分形式是：V D ρ=??和0=??E 。

8、镜象法的理论依据是静电场的唯一性定理 。基本方法是在所求场域的外部放置镜像电荷以等效的取代边界表面的感应电荷或极化电荷 。

9、在