电磁场在射频波段的应用

濮荣强

电磁场在射频波段的应用

濮荣强

（芜湖职业技术学院信息工程学院，安徽芜湖，241003）

电子信息工程的专业课程《电子线路》诠释了低、高频波段的信号放大与变换，而专业课程《电磁场》则诠释了射频波段的信号传输、辐射，两门课程的教学内容构成了全波段信号处理的理论基础。为提高专业师生针对《电磁场》这门课程特征问题的理解，在引入Maxwell电磁场方程组的基础上，通过分析静电磁、动电磁与变辐射及导出相应的公式，凝炼并总结了电磁场在射频波段的应用和发展。

信息通信技术；电磁场；静电磁场；动电磁场；变辐射

历史车轮缓缓向前，人类社会的通信经历了了烽火旗语、击鼓鸣金、驿站书文等方式。这些通信手段虽然落后，但是推动了人类文明的进步。随着电磁波动理论的出现和成熟应用，通信领域终于迎来了信息通信技术的跨越式发展[1]。在基础自然科学研究领域，牛顿的贡献是把天上与地上的运动规律统一起来，实现了第一次物理大综合；而詹姆斯•克拉克•麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831— 1879）把电、磁、光的运动规律统一起来，实现了第二次物理大综合。为提高专业师生针对《电磁场》这门课程特征问题的理解，在引入Maxwell电磁场方程组的基础上，通过分析静电磁、动电磁与变辐射及导出相应的公式，凝炼、总结了电磁场在射频波段的应用和发展。

1 电磁场的特性

电磁场在介质里的麦克斯韦（Maxwell）方程组如下：

2 Maxwell方程组的应用

2.1 静电磁

2.2 动电磁

2.3 导体的反射

导体对入射电磁波的反射系数可被分为TE模与TM模，其具体情况如下所述[2]。

2.4 电偶极辐射

电偶极子指相距很近，由正负的振荡电荷组成如图1所示。电偶极矩EDM（Electric Dipole Moment）的存在也反映了系统内部的正、负电荷分布的不对称性。电偶极辐射的特点是垂直于电偶极方向的辐射最强而平行于电偶极方向的辐射为零[2]。

图1 电偶极辐射

电偶极辐射的电磁场能流密度：

由于电磁波的极化特性，垂直极化的AM无线信号在贴近地面传播时会在大地表面产生极化电流，从而使电场信号迅速衰减，因此接受天线只能以竖直方向安装；而电视无线信号与fm无线信号的水平极化方式则不易在大地表面产生极化电流，从而保证了信号的有效传播，接受天线只需以水平方向安装即可，因此手机大都采用了柔性电路板（Flexible Printed Circuits）的内置天线工艺。手机发出的高频无线电波信号传播到附近的信号塔，高频信号被降频、调制并通过光纤传播到其他手机附近的信号塔，经再次解调、升频后传播给接收信息的手机。

2.5 变辐射

图2 变动辐射

低速回旋辐射：

代入得同步辐射功率：

即直线加速的粒子辐射功率与能量无关；

即同步加速的粒子辐射功率与粒子能量成正比。

2.6 电磁散射与激发

3 总结

[1] 濮荣强. 信息通信技术的发展与应用[j]. 苏州市职业大学学报, 2019,30(4):16-18.

[2] 郭硕鸿. 电动力学(第二版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1997:155-156,197-198.

[3] 濮荣强,黄文平. msps单向传输性能在光学隔离上的应用研究[j]. 南通大学学报(自然科学版), 2017,16(3):2-4.

[4] Lujun Hong, Sanshui Xiao, Xiaohua Deng, etc.High-Efficiency Tunable T-Shaped Beam Splitter Based on One-Way Waveguide[J]. Journal of Optics, 2018,20(12).

[5] 濮荣强,余红英,沈林放. 二维介质柱正方复合周期结构光子晶体禁带研究[j]. 量子电子学报, 2012,29(6):735-740.

[6] 封小超.《推导高速带电粒子辐射功率的一点改进》一文的补充[j]. 四川师范学院学报(自然科学版), 1985,25(1):82.

[7] 赵玉民. 电动力学教程[m]. 北京: 科学出版社, 2016: 211.

On the Application of Electromagnetic Field in Radio Frequency Band and Its Development

PU Rongqiang

, one professional course of Electronic Information Engineering, interprets signal amplification and transformation in low and high frequency band, while, another professional course of Electronic Information Engineering, interprets signal transmission and radiation in radio frequency band. The teaching contents of these two courses constitute the theoretical basis for signal processing in full band. Based on the introduction of Maxwell electromagnetic field equations, by analyzing static electromagnetic field, dynamic electromagnetic field and variable radiation as well as deriving formulas, the researcher refined and summarized the application of electromagnetic field in radio frequency band and its development.

communication technologies; electromagnetic field; static electromagnetic field; dynamic electromagnetic field; variable radiation

TN710

A

1009-1114（2020）04-0024-04

2020-09-07

濮荣强（1962—），安徽马鞍山人，芜湖职业技术学院教授，研究方向为信息通信技术。

研究项目：芜湖职业技术学院教授科研启动基金（jsgc201609）。

文稿责编 余红英