微波课件基础一

1500km)。因 为c31086106m6000km
f 50
绕地球一圈只有三个波长。
图1-7 波长长的情况 图1-8 波长短的情况
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二、波动的客观性和主观性
［例2］光波是Newton和Huygens 的著名争论。Newton一方强调光的 粒子性，事实上对于日常所见的物体， 光确实表现为粒子直线性。但是，随 着显微镜的发展，要观察极小物体时， 即所观察的物体大小与波长可比拟时， 无法观察成功。这是因为光学显微镜 的基础是光以直线传播的——于是人 类发明了电子显微镜。
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图 1-2
一、Maxwell方程组的物理意义
值得指出：人类对于电磁的相互转化在认识上走了很 多弯路。其中Faraday起到关键的作用。Oersted首先 发现电可转化为磁(即线圈等效为磁铁)，而Faraday坚 信磁也可以转化为电。但是无数次实验均以失败而告 终。只是在10年无效工作后，沮丧的Faraday鬼使神 差地把磁铁一拔，奇迹出现了，连接线圈的电流体中的衰减
z
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二、波动的客观性和主观性
现象是客观存在的，客观存在的事物一定能表现出 来吗?未必。它的表现与观察者及环境有关。地球是 一个圆球(严格地说是似椭圆球)。但直至麦哲伦发现 新大陆才算最后解决。因为人与地球上的尺寸比太微 小了。现在，宇航员通过航天飞机清晰地看到了地球。
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一、Maxwell方程组的物理意义
于是，历史选择了Maxwell，一批年青的学者总结 出电磁运动规律，即Maxwell方程组。同时，提出了 Newton力学所没有的崭新概念——场(Field的概念)。
Maxwell方程组中独立方程主要表现为前面二个，
即
H E
D t B t
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(1-6)
一、Maxwell方程组的物理意义
所以，也可以说是 和 之 间的矛盾，这一对矛盾主要
反映媒质情况。当 ＜＜ 称为 导体，这种情况下波动性
降为次要矛盾，其情况是波长缩短，波速减慢，且迅
速衰减。波一进入导体会“短命夭折”，这一问题将
在波导理论中作详尽讨论。波动性不仅与ω有关，还
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一、Maxwell方程组的物理意义
2. 进一步研究Maxwell方程两边的运算，从物理 上看，运算反映一种作用(Action)。方程的左边是 空间的运算(旋度)；方程的右边是时间的运算(导数)， 中间用等号连接。它深刻揭示了电(或磁)场任一地点 的变化会转化成磁(或电)场时间的变化；反过来，场 的时间变化也会转化成地点变化。正是这种空间和 时间的相互变化构成了波动的外在形式。用通俗的 一句话来说，即一个地点出现过的事物，过了一段 时间又在另一地点出现了。
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一、Maxwell方程组的物理意义
t
z 0
Wave 图 1-5
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一、Maxwell方程组的物理意义
3. Maxwell方程还指出：电磁转化有一个重要条件， 即频率ω。让我们写出单色波频域的Maxwell方程
EHjjEHJ
(1-4) (1-5)
只有较或者说任何形式的信号高频分量都包含很少 高的ω，才能确保电磁的有效转换，直流情况没有 转换。可以这样说，在高频时封闭电路才有可能变 成开放电路。不过很有意思的是频率愈高，越难出 功率，这也是一个有趣的矛盾。
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一、Maxwell方程组的物理意义
4. 在Maxwell方程中还存在另一对矛盾对抗，即
H D J t
方程(1-2)右边两项，而方程(1-3)右边一项，这就
构找成其了对M 称性ax而w一ell直方在程探本索质磁的流不M 对的称存性在。，尽但管到为目了前
为D止和t始终构J未成果一。对矛盾，在时域中 D tJ(j)E
Einstein也精辟地说过：如果存在假想的“电影银 幕二维人”，这些人类能设想第三维吗?同样，波动 性客观存在。但是，观察波动性却与主观和仪器有关， 与尺寸有关，与时间有关。
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二、波动的客观性和主观性
［例1］50周市电，要做1∶1示波器看相位90°变化 的1/4波长，示波器幅面要从西安到北京(约
图 1-3
电磁振荡 2020/8/19
图 1-4
单摆
一、Maxwell方程组的物理意义
这一实验不仅证实了电磁转换，而且知道了只有 动磁才能转换为电。
还需要提到：电磁转换为电磁波的出现提供了可 能，但不一定是现实。例如电磁振荡也是典型的电 磁转换。而没有引起波(Wave)。
作为力学类比，电磁转换犹如单摆问题中的动能 与势能的转化。
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一、Maxwell方程组的物理意义
从理论上讲，一切电磁波(包括光波)在宏观媒质 中都服从Maxwell方程组。因此，深入研究和考察 它，将有助于了解电磁波动的深入含义。
人类首次实现的Hertz电磁波试验，从现在的眼 光来看，只是一个极近距离上的电火花收发实验，完 全不足为奇。然而，当时却轰动了学术界。人们不得 不坐下来认真思索：电磁波这个东西没有“脚”是怎 么走过去的。用学术性的语言则可以说是如何实现超 距作用的。
第1章
微波概念
Microwave Concept
对电磁场与微波专业，《微波技术》是一门最重要 的基础课程。
究竟什么是微波？这是我们关心的首要问题。
从现象看，如果把电磁波按波长(或频率)划分，则 大致可以把300MHz—3000GHz，(对应空气中波长 λ是1m —0.1mm)这一频段的电磁波称之为微波。 纵观“左邻右舍”它处于超短波和红外光波之间。
J
(1-2) (1-3)
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一、Maxwell方程组的物理意义
这里，首先让我们来探讨一下上面方程内含的哲学思想: 1. 这两个方程左边物理量为磁(或电)，而右边物理量 则为电(或磁)。这中间的等号深刻揭示了电与磁的相互 转化，相互依赖，相互对立，共存于统一的电磁波中。 正是由于电不断转换为磁，而磁又不断转成为电，才 会发生能量交换和贮存。
2020/8/19 超 短 波
红 外 光图 1-1
一、Maxwell方程组的物理意义
作为注记：对于任何波，波长和频率与波速相关
v f
(1-1)
因此，只用一个波长λ(或频率f)不能确定是何种
波。例如，可以注意到声波也有波长，这样就可构 成声波与微波的相互作用。把微波波段单独列出来， 必然有它的独特原因，也必然构成它独特的研究方 法。这正是本讲要解决的主要问题。