第一篇：電磁場(chǎng)論文

電 磁 場(chǎng) 論 文

072202H

王焱

200722070223

電子

高新技術(shù)與電磁場(chǎng)理論

摘 要 本文就最近發(fā)展的高新技術(shù)中有關(guān)電磁場(chǎng)和電磁波問題展開探討,并在此基礎(chǔ)上對(duì)當(dāng)前高新技術(shù)的發(fā)展與電磁場(chǎng)理論的關(guān)系進(jìn)行了較全面的概括,同時(shí)提出了作者的個(gè)人看法。電磁場(chǎng)理論是電工學(xué)和電子學(xué)的一門十分重要的基礎(chǔ)課程。無(wú)論是電機(jī)、電器、高壓輸電、測(cè)量?jī)x表以及一切無(wú)線電工程系統(tǒng),例如,通信、廣播、雷達(dá)、導(dǎo)航等的無(wú)線收發(fā)、訊號(hào)傳輸、電波傳播等等,大到宇宙空間的星體輻射,小到集成電路的布線位置都牽涉到電磁場(chǎng)理論的問題,這一點(diǎn)大家都已很清楚了。這里我準(zhǔn)備就最近發(fā)展的高新技術(shù)中有關(guān)電磁場(chǎng)和電磁波的問題談?wù)勛约旱囊稽c(diǎn)認(rèn)識(shí)。

1.電子學(xué)方面的高新技術(shù)在1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中得到了最集中和最充分的表演。

在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中號(hào)稱世界第四大軍事強(qiáng)國(guó)的伊拉克在以美國(guó)為首的多國(guó)部隊(duì)的電子戰(zhàn)的打擊下,一開始整個(gè)電子指揮系統(tǒng),包括通信,武器裝備,重要設(shè)防等就遭到嚴(yán)重的干擾和破壞,呈現(xiàn)癱瘓挨打的被動(dòng)局面。因此只打了42天戰(zhàn)爭(zhēng)就損失兵員30萬(wàn),財(cái)產(chǎn)1000～2000億美元,最后不得不答應(yīng)無(wú)條件投降。相反,多國(guó)部隊(duì)在這場(chǎng)投下炸彈為當(dāng)年在日本投下的原子彈幾十倍的激烈戰(zhàn)爭(zhēng)中,在80萬(wàn)兵員中只死亡149人。這一奇跡,充分顯示出電子戰(zhàn)的重大威力。因而有人稱海灣戰(zhàn)爭(zhēng)是一場(chǎng)“頻譜戰(zhàn)爭(zhēng)”,是“電子戰(zhàn)爭(zhēng)”,是“信息戰(zhàn)爭(zhēng)”。這場(chǎng)電子戰(zhàn)的主要手段包括電子偵察與精確定位(包括全球定位系統(tǒng)(ＧＰＳ)和輻射源定位),電子干擾、精密制導(dǎo)、隱身飛機(jī)、Ｃ3Ｉ系統(tǒng)等等。這些高新技術(shù)都牽涉到電波與天線的問題。與過去不同的是地空一體化,把遙遠(yuǎn)分開的作戰(zhàn)分部統(tǒng)一指揮控制,統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來(lái)。對(duì)武器的性能指標(biāo)要求精密度更高,響應(yīng)時(shí)間更短,抗干擾的能力更強(qiáng)。因此對(duì)自適應(yīng)天線,相控陣天線、毫米波天線、微帶天線、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信等等提出了更高的要求。而這些研究課題的基礎(chǔ)離不開電磁場(chǎng)理論。

2.隱身技術(shù)是目前國(guó)防軍事的熱門話題。

在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美軍使用Ｆ-117Ａ隱身飛機(jī)成功地突破伊拉克的空防線完成了許多危險(xiǎn)性最大的戰(zhàn)略性攻擊任務(wù),占攻擊目標(biāo)的40%,命中率高達(dá)85%。參戰(zhàn)的44架Ｆ117Ａ型隱身飛機(jī)共出動(dòng)1300次,飛行6900小時(shí),沒有一架被擊落 ,可見其隱身的有效性。飛機(jī)在鼻錐方向?qū)ξ⒉ɡ走_(dá)的ＲＣＳ只有 0.0 2 5ｍ2 ,為常規(guī)戰(zhàn)斗機(jī)的 1 / 2 0 0。隱身技術(shù)的很重要一個(gè)方面的內(nèi)容是電磁波的散射問題。電磁波投射到飛行目標(biāo)上將發(fā)生散射。散射回來(lái)的電磁波究竟有多大場(chǎng)強(qiáng) ,怎樣減少回波的強(qiáng)度以達(dá)到隱身的目的 ,這些問題引起了廣大從事電磁場(chǎng)研究工作人員的關(guān)注。因此目前大量的研究工作集中在如何計(jì)算電磁波投射到各種不同材料組成的各種形狀物體的散射場(chǎng)上。根據(jù)最近報(bào)導(dǎo) ,用碳化硅燒結(jié)出來(lái)的陶瓷 ,能有效地吸收頻率從 1 0ＭＨｚ到 10.2Ｇｚ的電磁波 ,吸收率達(dá)到 99.2 %。電磁散射的研究不只是為了隱身的目的 ,對(duì)地下資源和地層結(jié)構(gòu)的勘探 ,對(duì)目標(biāo)識(shí)別 ,對(duì)天線輻射 ,對(duì)電磁兼容等都有非常重要的意義。逆散射是由已知散射場(chǎng)的分布反過來(lái)確定波源和散射體的位置形狀和組成。目標(biāo)識(shí)別形狀重建和微波成像都是逆散理論的具體應(yīng)用。

3.核爆炸產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁脈沖 ,這種沖擊波將摧毀在其周圍的電子儀器的正常工作。研究這種瞬時(shí)暴發(fā)的沖擊波的傳播規(guī)律、作用距離、場(chǎng)強(qiáng)大小和散射特性等無(wú)疑會(huì)對(duì)保護(hù)人身安全 ,保護(hù)儀器設(shè)備 ,采用屏蔽措施等等起到重要的指導(dǎo)作用。這種具有強(qiáng)大摧毀力的脈沖現(xiàn)在又被試圖用作戰(zhàn)爭(zhēng)中的殺傷武器 ,即所謂高功率微波彈 ,其單個(gè)輸出脈沖峰值功率可到 15ＧＷ。如果輻射的能量密度達(dá)到 3～ 13ｍＷ/ｃｍ2 ,就可使人產(chǎn)生神經(jīng)紊亂 ,心力衰竭并致盲。而對(duì)于電子儀器只要有 0.01～ 1μＷ /ｃｍ2 的能量密度 ,儀器就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外 ,人們發(fā)現(xiàn) ,利用沖擊脈沖的寬廣頻譜 ,可以從散射波形中提取大量的信息 ,從而可以識(shí)別目標(biāo)。大功率的脈沖源可以利用光導(dǎo)開關(guān)和集成陣列達(dá)到空間合成的一致性要求。小功率的沖擊波雷達(dá) ,由于設(shè)備簡(jiǎn)單 ,成本低 ,已在諸如地下探測(cè) ,汽車防撞和機(jī)場(chǎng)管制等方面得到應(yīng)用。因此 ,最近人們對(duì)瞬變電磁波的傳播 ,輻射、傳輸、散射等問題產(chǎn)生了濃厚的興趣。和經(jīng)典分析正弦時(shí)諧波的方法不一樣 ,這是一個(gè)全新的等待開拓的領(lǐng)域。

4.由于計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展 ,計(jì)算電磁場(chǎng)邊值問題時(shí)出現(xiàn)的積分方程和微分方程均可用數(shù)值方法來(lái)求解。

人們提出了許許多多方法 ,如矩量法、有限差分法、有限元法、邊界元法、共軛梯度和快速付里葉變換法、時(shí)域有限差分法、多重多極展開法等等。關(guān)于電磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法已經(jīng)有專門的著作 ,1994年在北京還專門召開了一次計(jì)算電磁學(xué)的國(guó)際會(huì)議。另外一個(gè)新提出來(lái)的方法是小波理論(亦稱子波理論)。我們知道 ,從目標(biāo)散射回來(lái)的電磁能量提供了識(shí)別目標(biāo)的信息?；夭梢杂妙l域法分析 ,也可以用時(shí)域法分析。全面掌握目標(biāo)的特征 ,應(yīng)該采用時(shí)間－頻率合一法來(lái)表示回波。過去是采用ＳＴＦＴ(Ｓｈｏｒｔ-ＴｉｍｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ)來(lái)獲得時(shí)間－頻率表征圖 ,它的缺點(diǎn)是分辯率固定不變。如果采用小波變換 ,則在時(shí)間上有可變的分辨率 ,而在頻率上又有多個(gè)分辨率。小波表示法比通常的ＳＴＦＴ表示法有更完善的表示目標(biāo)散射回波的時(shí)間－頻率表征圖 ,因此藉助這種方法可以獲得更高的精確度。此外 ,小波變換理論又為大規(guī)模并行計(jì)算和信號(hào)實(shí)時(shí)處理提供了可能。由于小波變換作為運(yùn)算工具有著十分看好的前景 ,它已受到人們愈來(lái)愈多的關(guān)注。英國(guó)皇家數(shù)學(xué)會(huì)并把它列為 90年代重點(diǎn)發(fā)展的十個(gè)方向之一。分形(或分?jǐn)?shù)維)理論是近十多年才發(fā)展起來(lái)的一種數(shù)學(xué)方法 ,它在電磁場(chǎng)理論中的應(yīng)用剛剛起步。我們知道 ,微波遙感器接收到的信息總是把地物目標(biāo)的幾何特性與電磁特性混合在一起。采用分形理論可以把幾何特性進(jìn)行量化 ,從而可將表征電磁特性的量分離開來(lái) ,這是目前遙感工作者十分關(guān)注的問題。5.人們已經(jīng)進(jìn)入了信息時(shí)代 ,無(wú)論是戰(zhàn)時(shí)或平時(shí) ,占有信息對(duì)我們都是非常重要的事情。為此 ,從 1993年 9月起各國(guó)為了盡快占有信息 ,確保競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì) ,紛紛提出要投入大量人力、物力建設(shè)“信息高速公路”。美國(guó)準(zhǔn)備投資 4000億美元用 20年時(shí)間建成全美信息高速公路。所謂“信息高速公路”主要是大力發(fā)展光纖網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信 ,建立遍布全國(guó)的雙向大容量高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。目前一根光纖已可同時(shí)傳輸 30240條話路和 300多套數(shù)字彩色電視節(jié)目。超大容量的光纖通信系統(tǒng) ,其傳輸速率在 2.5Ｇｂ/ｓ以上 ,實(shí)現(xiàn)的途徑一是采用量子階激光器;另外就是在終端采用ＷＤＭ波分復(fù)用技術(shù)并用摻鉺光纖放大器(ＥＤＦＡ)作中繼器。長(zhǎng)距離高比特率傳輸?shù)闹饕系K是光纖的色散與非線性問題。因此又有人提出利用光弧子傳輸?shù)目赡苄?。為了減低光纖傳輸?shù)膿p耗 ,一方面是在材料上想辦法 ,例如,采用金屬鹵化物玻璃作光纖;另一方面是試圖在亞毫米波段實(shí)現(xiàn)自由空間低損耗無(wú)線“光纖”傳輸 ,這只是在約瑟夫森(ＳＩＳ)器件發(fā)展之后提供了在亞毫米波段有大的輸出功率和高的信噪比之后才有可能實(shí)現(xiàn)。

6.高新技術(shù)的發(fā)展對(duì)天線和電波傳播提出了許多新的研究課題。例如,由于固體微波源已經(jīng)發(fā)展到可以用微處理機(jī)按預(yù)定方式控制其幅度與相位(頻率),也由于高速數(shù)字處理器已經(jīng)可以對(duì)及其復(fù)雜的信號(hào)進(jìn)行加工和實(shí)時(shí)圖象識(shí)別 ,自適應(yīng)天線得到了快速發(fā)展。隨著要求雷達(dá)能面對(duì)多目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行搜索和跟蹤 ,以及在復(fù)雜電子對(duì)抗環(huán)境下照常工作的需要 ,數(shù)字波束形成(ＤＢＦ)技術(shù)日益受到重視。它不但可以提供多個(gè)低副瓣密集波束,而且具有精確高速處理多個(gè)目標(biāo)的能力,因?yàn)橹挥性跀?shù)字系統(tǒng)中才能實(shí)現(xiàn)快速、復(fù)雜的控制算法。結(jié)合衛(wèi)星通信的發(fā)展 ,地面站和衛(wèi)星上多波束天線的研究受到關(guān)注。在遙感技術(shù)中合成孔徑雷達(dá)(ＳＡＲ)的分辨力已可達(dá)到 1ｍ× 1ｍ。新的研究方向是 3Ｄ-ＳＡＲ和動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)問題。微帶天線的問題仍然是加大帶寬 ,雙極化與圓極化、以及多層互耦的問題。在Ｋｕ波段(1 2ＧＨｚ)衛(wèi)星直播(ＤＢＳ)中采用的天線已由拋物面轉(zhuǎn)向平面型。過去用微帶 ,現(xiàn)已改用徑向開槽天線(ＲＬＳＡ),具有低增耗、高增益、低成本 ,高效率等優(yōu)點(diǎn)。移動(dòng)通信的發(fā)展要求對(duì)電磁波在城市、山區(qū)以及隧道中的傳播進(jìn)行研究。

7.隨著電子科學(xué)的飛速發(fā)展 ,電子設(shè)備的數(shù)量大大增加。根據(jù)統(tǒng)計(jì) ,差不多每 4～ 5年增加一倍。舉一個(gè)簡(jiǎn)單例子就可說明 :美軍一個(gè)步兵師就至少擁有 70部雷達(dá) ,2800部電臺(tái)。這些電子設(shè)備占有很寬的頻譜 ,加上發(fā)射功率年年增大(最近10-15年增加了 20-30倍),同時(shí)接收機(jī)的靈敏度又提高到 10-12Ｗ ,因此電臺(tái)之間的干擾愈來(lái)愈嚴(yán)重。電磁兼容的問題已經(jīng)到了非解決不可的時(shí)代了。這里也牽涉到電磁場(chǎng)和電磁波的輻射、傳播、散射、耦合等等問題。例如 ,電磁波的泄漏與安全問題、移動(dòng)通信網(wǎng)的電磁兼容問題、空中飛行器的電磁兼容問題、雷電干擾、屏蔽及測(cè)量以及最近發(fā)展的地震電磁學(xué)等等。

8.高新技術(shù)的發(fā)展也對(duì)材料和工藝提出了新的要求、手征(ｃｈｉｒａｌ)材料涂敷于散射體可以減小散射。如將它填充于波導(dǎo)中可產(chǎn)生極化旋轉(zhuǎn)和模式變換。此外 ,還可以作為微帶天線的襯底以加強(qiáng)輻射 ,由于這些獨(dú)特的特性 ,引起了人們對(duì)電磁場(chǎng)與手征媒質(zhì)的相互作用產(chǎn)生了濃厚了興趣。超導(dǎo)是另外一個(gè)高新技術(shù)的前沿學(xué)科。早在 1911年荷蘭物理學(xué)家翁尼斯就發(fā)現(xiàn)汞在低于 4.15Ｋ溫度時(shí)電阻下降了 1010 倍。超導(dǎo)的應(yīng)用日益受到關(guān)注。例如 ,超導(dǎo)磁體被用在磁浮列車上 ,用在粒子加速器上等等。將兩段超導(dǎo)導(dǎo)線用一薄層絕緣材料(如ＡＬ2Ｏ3)連接起來(lái)構(gòu)成的約瑟夫森結(jié)可用作電子開關(guān) ,它的轉(zhuǎn)換速度可在 1 μμｓ內(nèi)完成 ,另外 ,利用超導(dǎo)量子干涉儀(ＳＱＵＩＤ)可以測(cè)出極其微弱的磁場(chǎng)強(qiáng)度。其它新開發(fā)的材料 ,例如 ,一種高μ(5000)、高飽和磁通密度和高居里溫度的材料具有良好的寬頻帶抗干擾的能力;利用微波 /毫米波集成電路(ＭＩＭＩＣ)技術(shù)可以在 50ｎｓ之內(nèi)改變相控陣單元的相位等等。

9.另外一個(gè)反映高新技術(shù)的重要發(fā)展是邊沿交叉科學(xué)的崛起。生物電磁學(xué)是一門新生的邊緣科學(xué)。例如磁共振成像(ＭＲＩ)是利用強(qiáng)大磁場(chǎng)使人體內(nèi)氫原子產(chǎn)生磁共振 ,由此產(chǎn)生的信號(hào)成像后(如血流的變化狀態(tài))可以幫助醫(yī)療分析。手持收發(fā)機(jī)對(duì)人體的影響也是目前人們關(guān)注的一個(gè)課題。大多數(shù)的效應(yīng)是在人體內(nèi)感應(yīng)電流 ,由此產(chǎn)生熱效應(yīng)使體溫上升。據(jù)說手持機(jī)除場(chǎng)致熱效應(yīng)外 ,還有非熱效應(yīng)的危害 ,關(guān)于這方面的研究還剛開始。根據(jù)最近報(bào)導(dǎo) ,有一種新的醫(yī)療儀器 ,將它的電極插入人的腦部可以消除帕金森患者的顫抖;反過來(lái)用 ,這種電極的電磁脈沖刺激肌肉 ,可以使癱瘓病人恢復(fù)活動(dòng)起來(lái)。其它如微波治癌、用同步加速器產(chǎn)生Ｘ射線等等都是利用電磁場(chǎng)和電磁波的理論產(chǎn)生出來(lái)的一些醫(yī)療設(shè)備。微波化學(xué)是另一門新生的邊緣科學(xué) ,1 992年 1 0月在荷蘭召開了第一屆世界微波化學(xué)會(huì)議 ,標(biāo)志著這一新的交叉科學(xué)的誕生。微波化學(xué)是利用微波進(jìn)行介質(zhì)加熱 ,改變化學(xué)鍵 ,加速化學(xué)反應(yīng)速度或產(chǎn)生一些新的化學(xué)反應(yīng) ,以獲得獨(dú)特特性的產(chǎn)物。目前微波化學(xué)已應(yīng)用到工業(yè)、食品、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、石油化工及環(huán)境工程等多個(gè)領(lǐng)域。1993年秋俄羅斯科學(xué)家建議用強(qiáng)大功率的微波掃描大氣層使其放電 ,從而瓦解氟利昂分子以防止它進(jìn)入臭氧層 ,使后者可以得到保護(hù) ,這是想利用微波來(lái)凈化環(huán)境。最近新興起來(lái)的一門科學(xué)—可視化技術(shù)(Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ)就可以用來(lái)幫助我們進(jìn)行電磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算。可視化技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的迅猛發(fā)展 ,結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與人工智能技術(shù)、圖像處理等多門學(xué)科綜合形成的又一門新興的交叉科學(xué)。采用這一技術(shù)可以將二維、三維標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)繪制出來(lái) ,由此了解電磁場(chǎng)的分布 ,并據(jù)此調(diào)整設(shè)計(jì)。另外采用這種技術(shù)還可動(dòng)態(tài)地顯示波在波導(dǎo)中的傳播、衰減、反射和散射等過程。結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能技術(shù)可以通過一個(gè)學(xué)習(xí)與記憶的過程 ,幫助我們針對(duì)不同的電磁場(chǎng)邊值問題 ,選擇一種或幾種最好的數(shù)值方法。并且在這些最優(yōu)方法中自動(dòng)采取最佳方案。這種技術(shù)還可能對(duì)求解逆散射問題有幫助。利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)對(duì)復(fù)雜目標(biāo)采用參數(shù)曲面(如ＮＵＲＢＳ)來(lái)建模具有劃分曲面片少而精度高的優(yōu)點(diǎn)。一架飛機(jī)只需幾百個(gè)ＮＵＲＢＳ曲面片就可把它復(fù)雜的外形細(xì)節(jié)表示出來(lái) ,擬合精度達(dá)到毫米級(jí)。用圖解電磁計(jì)算法(ＧＲＥＣＯ)予估復(fù)雜目標(biāo)的ＲＣＳ更充分體現(xiàn)出將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、可視化技術(shù)與電磁場(chǎng)理論相結(jié)合的突出成果。另外一個(gè)例子是“智能電磁波技術(shù)” ,利用這一技術(shù)可以在頻域、空域和時(shí)域進(jìn)行電臺(tái)自適應(yīng)控制 ,使無(wú)線電臺(tái)站能最大限度地利用電磁波技術(shù) ,例如 ,天線頻道控制的自適應(yīng)信道分配以解決電臺(tái)擁擠的問題 10.以上是我在參閱國(guó)內(nèi)外一些期刊報(bào)導(dǎo) ,有關(guān)高新技術(shù)的發(fā)展 ,就其與電磁場(chǎng)理論的關(guān)系提出自己的一些看法。這些內(nèi)容不可能概括全面 ,有許多問題因限于篇幅而未能一一涉及。例如 ,有關(guān)利用大功率ＨＦ電磁波使電離層人工變態(tài)以實(shí)現(xiàn)(或破壞)通信、制造假目標(biāo)和產(chǎn)生能量隧道的問題;用混沌動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算電磁場(chǎng)的問題;用微波功率驅(qū)動(dòng)直升飛機(jī);在空間建立太陽(yáng)能發(fā)電站 ,以微波型式將能量輸送到地面的問題;超光速下的量子隧道效應(yīng);納米科學(xué)中原子、分子團(tuán)簇體的超導(dǎo)性 ,金屬鐵氧體超微粉的吸波性和頑磁性等等驚人的特性將會(huì)對(duì)未來(lái)的科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生巨大的影響?？傊?,通過這篇文章的介紹 ,我想說明兩個(gè)問題 :一是電磁場(chǎng)與電磁波所牽涉的范圍非常廣闊 ,二是需要研究和解決的電磁波的課題也非常廣闊.

第二篇：電磁場(chǎng)小論文

摘要

隨著電力電子技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、微機(jī)等高新技術(shù)的發(fā)展, 磁懸浮技術(shù),特別是可控磁懸浮技術(shù)取得較大發(fā)展, 顯示出廣闊的應(yīng)用前景, 可控磁懸浮技術(shù)已由宇航軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用開始向一般工業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)化。本論文簡(jiǎn)要介紹了磁懸浮技術(shù)原理的分類方式和應(yīng)用范疇，首先對(duì)電磁吸引控制懸浮（EMS），永久磁鐵斥力懸?。≒RS），感應(yīng)斥力方(EDS)三方面對(duì)其原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，然后對(duì)磁懸浮技術(shù)的在生活中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。

關(guān)鍵字：磁懸浮原理 EMS PRS EDS 磁懸浮的應(yīng)用

1.磁懸浮技術(shù)原理

磁懸浮裝置由傳感器、控制回路電磁鐵、功率放大器等部份組成(圖1)利用電磁力, 將某些物體無(wú)機(jī)械接觸地懸浮起來(lái), 由傳感器檢測(cè)懸浮體偏差信號(hào), 通過反饋控制回路調(diào)節(jié), 發(fā)出控制信號(hào), 經(jīng)功率放大器控制電磁鐵中的電流, 從而控制電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)和作用于懸浮體的電磁力, 使之保持在正確位置。

圖（1）磁懸浮原理圖

2磁懸浮技術(shù)的分類

2.1按電磁鐵種類可以分為常導(dǎo)吸引型和超導(dǎo)排斥型兩大類。

2.1.1常導(dǎo)吸引型

常導(dǎo)吸引型磁懸浮列車是以常導(dǎo)磁鐵和導(dǎo)軌作為導(dǎo)磁體，用氣隙傳感器來(lái)調(diào)節(jié)列車與線路之間的懸浮間隙大小，在一般情況下，其懸浮間隙大小在10 mm 左右，這種磁懸浮列車的運(yùn)行速度通常在300~500 km/h 范圍內(nèi)，適合于城際及市郊的交通運(yùn)輸。2.1.2超導(dǎo)排斥型 超導(dǎo)排斥型磁懸浮列車是利用超導(dǎo)磁鐵和低溫技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)列車與線路之間懸浮運(yùn)行，其懸浮間隙大小一般在100 mm 左右，這種磁懸浮列車低速時(shí)并不懸浮，當(dāng)速度達(dá)到100 km/h時(shí)才懸浮起來(lái)。它的最高運(yùn)行速度可以達(dá)到1 000km/h，當(dāng)然其建造技術(shù)和成本要比常導(dǎo)吸引型磁懸浮列車高得多。

2.2按懸浮方式磁懸浮列車按懸浮方式有電磁吸引式懸浮(EMS)和永磁力懸浮(PRS)及感應(yīng)斥力懸浮方式(EDS)2.2.1電磁吸引控制懸浮方式EMS(Electromagnetic Suspension)電磁吸引控制懸浮方式,如圖2(a)。這種方式利用了導(dǎo)磁材料與電磁鐵之間的吸引力,幾乎絕大部分磁懸浮技術(shù)采用該方式。雖然原理上這種吸引力是一種不穩(wěn)定的力,但通過控制電磁鐵電流的大小,可以將懸浮氣隙保持在一定的數(shù)值上。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和驅(qū)動(dòng)元器件的高性能、低價(jià)格化, EMS方式得到了廣泛的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上,也有眾多的研究人員提出了把需要大電流勵(lì)磁的電磁鐵部分替換成可控型永久磁鐵的方案,并深入地進(jìn)行了研究和開發(fā)工作。該方案可以大幅度地降低勵(lì)磁損耗,甚至在額定懸浮高度時(shí)幾乎不需要能量,是一種非常值得注目的新技術(shù)。

圖2（a）EMS方式 2.2.2永久磁鐵斥力懸浮方式(Permanent Repulsive Suspension)如圖2(b),這是最簡(jiǎn)單的一種方案,它利用永久磁鐵同極間的斥力, 一般產(chǎn)生的斥力為1kg /cm2 ,所以被稱為永久磁鐵斥力懸浮方式。當(dāng)然,根據(jù)所用的磁性材料的不同, 其產(chǎn)生的斥力相應(yīng)變化。但是,由于橫向移位的不穩(wěn)定因素,需要從力學(xué)角度安排磁鐵的位置。近年來(lái),開始出現(xiàn)了一些采用PRS方式的產(chǎn)品,例如日本1999年4月公開的專利中,就有關(guān)于PRS配置方案的內(nèi)容。隨著稀土材料的普及, PRS方式將會(huì)被更多地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

圖2（b）PRS方式

2.2.3感應(yīng)斥力方式EDS(ElectrodynamicsSuspension)此方式利用了磁鐵或勵(lì)磁線圈和短路線圈之間產(chǎn)生的斥力,簡(jiǎn)稱感應(yīng)斥力方式。如圖2(c),為了得到斥力,勵(lì)磁線圈和短路線圈之間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。EDS方式的斥力來(lái)自相對(duì)運(yùn)動(dòng),相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度越快斥力就越大。而另一方面,斥力又隨懸浮氣隙變化,氣隙越大斥力就越小。因此,在相對(duì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定速度以上時(shí),斥力與重力會(huì)自然地平衡在某個(gè)氣隙上這種方式主要被應(yīng)用于超導(dǎo)磁懸浮列車的懸浮裝置上。但是,在低速時(shí)由于得不到足夠的懸浮力,因而需要有車輪來(lái)支撐停止或低速時(shí)的車身。從原理上而言, EDS很少被應(yīng)用于低速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

圖2（c）EDS方式

3電磁吸引控制懸浮方式EMS列車的運(yùn)行方式

利用裝在車輛兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的常導(dǎo)電磁鐵(懸浮電磁鐵)和鋪設(shè)在線路導(dǎo)軌上的磁鐵，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的吸引力使車輛浮起，見圖3所示。車輛和軌面之間的間隙與吸引力的大小成反比。為了保證這種懸浮的可靠性和列車運(yùn)行的平穩(wěn)，使直線電機(jī)有較高的功率，必須精確地控制電磁鐵中的電流，使磁場(chǎng)保持穩(wěn)定的強(qiáng)度和懸浮力，使車體與導(dǎo)軌之間保持大約10 mm 的間隙。通常采用測(cè)量間隙用的氣隙傳感器來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的反饋控制。這種懸浮方式不需要設(shè)置專用的著地支撐裝置和輔助的著地車輪，對(duì)控制系統(tǒng)的要求也可以稍低一些。

圖3 電磁吸引控制懸浮原理圖

在圖2(a)所示的典型電磁懸浮系統(tǒng)中,懸浮物體的上下運(yùn)動(dòng)方程式可用式(1)表示。

d2Wi? M2?Mg?ki????fd（1）

dt?W?2同時(shí),勵(lì)磁電路的電路方程式如式(2)所示

e?d(Li)?Ri（2）dt式中 M—— 懸浮物體質(zhì)量 W—— 懸浮氣隙長(zhǎng)度 i— — 勵(lì)磁電流

ki— — 電磁鐵吸引力系數(shù)

fd —— 外力 e—— 外加電壓 R— — 勵(lì)磁繞組電阻 L—— 勵(lì)磁繞組電感

4磁懸浮在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用

4.1磁懸浮軸承

磁懸浮軸承(Magnetic Bearing)是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，使轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機(jī)械接觸。其原理是磁感應(yīng)線與磁浮線成垂直，軸芯與磁浮線是平行的，所以轉(zhuǎn)子的重量就固定在運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道上，利用幾乎是無(wú)負(fù)載的軸芯往反磁浮線方向頂撐，形成整個(gè)轉(zhuǎn)子懸空，在固定運(yùn)轉(zhuǎn)軌道上.與傳統(tǒng)的滾珠軸承、滑動(dòng)軸承以及油膜軸承相比，磁軸承不存在機(jī)械接觸，轉(zhuǎn)子可以運(yùn)行到很高的轉(zhuǎn)速，具有機(jī)械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長(zhǎng)、無(wú)需潤(rùn)滑、無(wú)油污染等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中。磁懸浮事實(shí)上只是一種輔助功能，并非是獨(dú)立的軸承形式，具體應(yīng)用還得配合其它的軸承形式，例如磁懸浮+滾珠軸承、磁懸浮+含油軸承、磁懸浮+汽化軸承等等 4.2磁懸浮列車

對(duì)于磁懸浮列車的研究由來(lái)已久，其依靠電磁吸力或電磁斥力將列車懸浮于空中并進(jìn)行導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)列車與地面軌道間的無(wú)機(jī)械接觸。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，行走時(shí)不同于其他列車需要接觸地面，因此只受來(lái)自空氣的阻力。磁懸浮列車的速度可達(dá)每小時(shí)400公里以上，比輪軌高速列車的380多公里還要快。4.3磁懸浮隔振器

由于磁懸浮隔振器的磁場(chǎng)力大小與兩個(gè)極板之間的距離呈非線性關(guān)系，從而使得磁懸浮隔振具有良好的非線性隔振性能。

4.4磁懸浮工作臺(tái)

隨著對(duì)加工和測(cè)量裝備精度要求的不斷提高，有關(guān)長(zhǎng)行程、超精密運(yùn)動(dòng)控制的研究引起了人們?cè)絹?lái)越多的興趣。已有研究表明，影響長(zhǎng)行程、超精密運(yùn)動(dòng)控制精度的最主要因素是摩擦力非線性。而磁懸浮正是一種實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)行程、超精密運(yùn)動(dòng)控制的較為理想的方式。

5磁懸浮技術(shù)的發(fā)展前景

隨著電子元件的集成化以及控制理論和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)磁懸浮技術(shù)的研究均取得了很大的進(jìn)展。但不論是在理論上，還是在產(chǎn)品化的過程中，此技術(shù)都還存在著很多的難題。其中，磁懸浮列車的技術(shù)難題是懸浮與推進(jìn)以及一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)。但是磁懸浮技術(shù)具有無(wú)接觸、無(wú)摩擦磨損、無(wú)需潤(rùn)滑和密封等優(yōu)點(diǎn)，符合未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，使其在許多工程領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著超導(dǎo)磁體的發(fā)現(xiàn)，磁懸浮技術(shù)必將具有更為美好的發(fā)展前景。

第三篇：電磁場(chǎng)與電磁波論文

《電磁場(chǎng)與電磁波論文》

學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)：電子信息工程 班級(jí)：電子0902班 學(xué)號(hào)：20092712 姓名：++++++++

電磁場(chǎng)與電磁波的實(shí)際應(yīng)用

電磁波是電磁場(chǎng)的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。電與磁可說是一體兩面，電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變動(dòng)的磁場(chǎng)則會(huì)產(chǎn)生電流。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)，而變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了電磁波，電磁的變動(dòng)就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一般，因此被稱為電磁波，也常稱為電波。電磁場(chǎng)與電磁波在實(shí)際生產(chǎn)、生活、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，具有不可替代的作用。如果沒有發(fā)現(xiàn)電磁波，現(xiàn)在的社會(huì)生活將是無(wú)法想象的。

（一）在生產(chǎn)、生活上的應(yīng)用

靜電場(chǎng)的最常見的一個(gè)應(yīng)用就是帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，這樣象控制電子或是質(zhì)子的軌跡。很多裝置，例如陰極射線示波器，回旋加速器，噴墨打印機(jī)以及速度選擇器等都是基于這一原理的。陰極射線示波器中電子束的電量是恒定的，而噴墨打印機(jī)中微粒子的電量卻隨著打印的字符而變化。在所有的例子中帶電粒子的偏轉(zhuǎn)都是通過兩個(gè)平行板之間的電位差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1.磁懸浮列車

列車頭部的電磁體N極被安裝在靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體S極所吸引，同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體N極所排斥。列車前進(jìn)時(shí)，線圈里流動(dòng)的電流方向就反過來(lái)，即原來(lái)的S極變成N極，N極變成S極。循環(huán)交替，列車就向前奔馳。

穩(wěn)定性由導(dǎo)向系統(tǒng)來(lái)控制?！俺?dǎo)型磁吸式”導(dǎo)向系統(tǒng)，是在列車側(cè)面安裝一組專門用于導(dǎo)向的電磁鐵。列車發(fā)生左右偏移時(shí)，列車上的導(dǎo)向電磁鐵與導(dǎo)向軌的側(cè)面相互作用，產(chǎn)生排斥力，使車輛恢復(fù)正常位置。列車如運(yùn)行在曲線或坡道上時(shí)，控制系統(tǒng)通過對(duì)導(dǎo)向磁鐵中的電流進(jìn)行控制，達(dá)到控制運(yùn)行目的。

“常導(dǎo)型”磁懸浮列車的構(gòu)想由德國(guó)工程師赫爾曼·肯佩爾于1922年提出。

“常導(dǎo)型”磁懸浮列車及軌道和電動(dòng)機(jī)的工作原理完全相同。只是把電動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)子”布置在列車上，將電動(dòng)機(jī)的“定子”鋪設(shè)在軌道上。通過“轉(zhuǎn)子”，“定子”間的相互作用，將電能轉(zhuǎn)化為前進(jìn)的動(dòng)能。我們知道，電動(dòng)機(jī)的“定子”通電時(shí)，通過電磁感應(yīng)就可以推動(dòng)“轉(zhuǎn)子”轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)向軌道這個(gè)“定子”輸電時(shí)，通過電磁感應(yīng)作用，列車就像電動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)子”一樣被推動(dòng)著做直線運(yùn)動(dòng)。2.電磁泵

利用磁場(chǎng)和導(dǎo)電流體中電流的相互作用，使流體受電磁力作用而產(chǎn)生壓力梯度，從而推動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)的一種裝置。實(shí)用中大多用于泵送液態(tài)金屬，所以又稱液態(tài)金屬電磁泵。電磁泵按電源形式可分為交流泵和直流泵；按液態(tài)金屬中電流饋給的方式可分為傳導(dǎo)式電磁泵和感應(yīng)式電磁泵；按結(jié)構(gòu)不同可分為平面泵和圓柱泵等。傳導(dǎo)式泵中，電流由外部電源經(jīng)泵溝兩側(cè)的電極直接傳導(dǎo)給液態(tài)金屬；感應(yīng)泵中，電流則由交變磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生。電磁泵沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性好，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，因此在化工、印刷行業(yè)中用于輸送一些有毒的重金屬，如汞、鉛等；在原子能動(dòng)力工業(yè)中用于輸送化學(xué)性質(zhì)特別活潑的金屬，如鈉、鉀、鈉鉀合金；在鑄造企業(yè)中可以用來(lái)做鋁、鎂等活潑金屬的定量泵，但現(xiàn)在主要為軍工等大型企業(yè)使用。

3.磁流體發(fā)電機(jī)

磁流體發(fā)電中的帶電流體，它們是通過加熱燃料、惰性氣體、堿金屬蒸氣而得到的。在幾千攝氏度的高溫下，這些物質(zhì)中的原子和電子的運(yùn)動(dòng)都很劇烈，有些電子甚至可以脫離原子核的束縛，結(jié)果，這些物質(zhì)變成自由電子、失去電子的離子以及原子核的混合物，這就是等離子體。將等離子體以超音速的速度噴射到一個(gè)加有強(qiáng)磁場(chǎng)的管道里面，等離子體中帶有正電荷、負(fù)電荷的高速粒子，在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用，分別向兩極偏移，于是在兩極之間產(chǎn)生電壓，用導(dǎo)線將電壓接入電路中就可以使用了。

磁流體發(fā)電的另一個(gè)好處是產(chǎn)生的環(huán)境污染少。利用火力發(fā)電，燃燒燃料產(chǎn)生的廢氣里含有大量的二氧化硫，這是造成空氣污染的一個(gè)重要原因。利用磁流體發(fā)電，不僅使燃料在高溫下燃燒得更加充分，它使用的一些添加材料還可以和硫化合，生成硫酸鉀，并被回收利用，這就避免了直接把硫排放到空氣中，對(duì)環(huán)境造成污染。

利用磁流體發(fā)電，只要加快帶電流體的噴射速度，增加磁場(chǎng)強(qiáng)度，就能提高發(fā)電機(jī)的功率。人們使用高能量的燃料，再配上快速啟動(dòng)裝置，就可以使發(fā)電機(jī)功率達(dá)到1000萬(wàn)kW，這就滿足了一些需要大功率電力的場(chǎng)合。目前，中國(guó)，美國(guó)、印度、澳大利亞以及歐洲共同體等，都積極致力于這方面的研究。4.微波爐

微波爐（microwave oven/microwave），顧名思義，就是用微波來(lái)煮飯燒菜的。微波爐是一種用微波加熱食品的現(xiàn)代化烹調(diào)灶具。微波是一種電磁波。微波爐由電源，磁控管，控制電路和烹調(diào)腔等部分組成。電源向磁控管提供大約4000伏高壓，磁控管在電源激勵(lì)下，連續(xù)產(chǎn)生微波，再經(jīng)過波導(dǎo)系統(tǒng)，耦合到烹調(diào)腔內(nèi)。在烹調(diào)腔的進(jìn)口處附近，有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的攪拌器，因?yàn)閿嚢杵魇秋L(fēng)扇狀的金屬，旋轉(zhuǎn)起來(lái)以后對(duì)微波具有各個(gè)方向的反射，所以能夠把微波能量均勻地分布在烹調(diào)腔內(nèi)。微波爐的功率范圍一般為500～1000瓦。從而加熱食物。

（二）電磁場(chǎng)與電磁波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

1.電磁波在醫(yī)療上的應(yīng)用

在科學(xué)上，稱超過人體承受或儀器設(shè)備容許的電磁輻射為電磁污染。電磁輻射分二大類，一類是天然電磁輻射，如雷電、火山噴發(fā)、地震和太陽(yáng)黑子活動(dòng)引起的磁暴等，除對(duì)電氣設(shè)備、飛機(jī)、建筑物等可能造成直接破壞外，還會(huì)在廣大地區(qū)產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾。另一類是人工電磁輻射，主要是微波設(shè)備產(chǎn)生的輻射，微波輻射能使人體組織溫度升高，嚴(yán)重時(shí)造成植物神經(jīng)功能紊亂。但是對(duì)電磁輻射，要正確認(rèn)識(shí)，而且要科學(xué)防護(hù)。事實(shí)上，電磁波也如同大氣和水資源一樣，只有當(dāng)人們規(guī)劃、使用不當(dāng)時(shí)才會(huì)造成危害。一定量的輻射對(duì)人體是有益的，醫(yī)療上的烤電、理療等方法都是利用適量電磁波來(lái)治病健身 2.生物電磁場(chǎng)保健

將人體置于姜氏場(chǎng)導(dǎo)艙內(nèi)接受載有青春信息的植物幼苗發(fā)射的生物電磁波。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：人體紅細(xì)胞膜的滲透脆性降低，韌性增強(qiáng)；甲狀腺素、性激素分泌增加；免疫功能提高；腎上腺皮質(zhì)激素分泌無(wú)明顯變化。提示：植物幼苗電磁波有助于紅細(xì)胞功能的發(fā)揮，促進(jìn)機(jī)體新陳代謝，增加青春活力，提高性功能，增強(qiáng)免疫力從而對(duì)人體發(fā)揮返老還青和醫(yī)療保健作用。

3.激光治療

激光是60年代初出現(xiàn)的一種新光源。已廣泛應(yīng)用于國(guó)防、農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生醫(yī)療和科學(xué)研究，也是治療腫瘤的一種新方法。用它既能切割組織，又能同時(shí)止血，能使腫瘤組織迅速氣化和霧化，從而使腫瘤在瞬間消失。激光對(duì)組織具有熱、壓、光和電磁場(chǎng)效應(yīng)的作用。

（1）、熱效應(yīng)：激光能使腫瘤組織在幾秒種的短時(shí)間內(nèi)，局部溫度高達(dá)200-1000攝氏度，使其變性、凝固壞死，繼而氣化消失。

（2）、壓力效應(yīng)：激光本身的光壓和由高熱導(dǎo)致的組織膨脹引起的二次沖擊波，加深了腫瘤組織破壞。

(3)、光效應(yīng)：激光被腫瘤組織吸收后，可增強(qiáng)熱效應(yīng)，使腫瘤組織被破壞。(4)、電磁場(chǎng)效應(yīng)：激光是一種電磁波。能產(chǎn)生電磁場(chǎng)，可使腫瘤組織離化、核分解而被破壞死亡，如有殘癌也可自行消退，這可能與免疫有關(guān)。激光制造成激光器、激光手術(shù)刀用于治療體表腫瘤，眼耳鼻咽喉腫瘤、神經(jīng)腫瘤等。4.EMF系統(tǒng)

EMF系統(tǒng)是由（株）日本MDM公司開發(fā)研究生產(chǎn)的新一代腦外科手術(shù)器械。根據(jù)其作用原理，我們俗稱之為“電磁刀”。EMF系統(tǒng)利用高頻電磁能對(duì)機(jī)體組織進(jìn)行汽化，切割和凝固。因該系統(tǒng)外周圍優(yōu)良組織的熱損傷小且不需要對(duì)極板，因此尤其使用于腦外等精密外科。對(duì)硬性及深部微小腦瘤的去除極為有效。EMF系統(tǒng)與常規(guī)的電刀相比，在原理和設(shè)計(jì)上都有很大區(qū)別。EMF系統(tǒng)用于汽化，切割和凝固的輸出功率很小（49W以下），為一般電刀所不及。不需要對(duì)極板這一特點(diǎn)使單極手術(shù)刀用于腦外手術(shù)成為可能。沒有燒傷感電和破壞神經(jīng)系統(tǒng)的危險(xiǎn)，安全性高，使用方便。與激光刀相比，不需要眼球保護(hù)鏡和其它保護(hù)附件，操作時(shí)對(duì)患者和醫(yī)生均無(wú)危害。手術(shù)時(shí)與患部直接接觸，醫(yī)生可以靈活掌握調(diào)節(jié)。與超聲波刀相比，EMF系統(tǒng)對(duì)于硬化深部微小腫瘤的汽化治療效果尤為顯著。HandPiece非常輕便且呈彎曲狀，使視野不受影響，并有利于長(zhǎng)時(shí)間手術(shù)。刀頭部分可以任意彎曲，適用于各種手術(shù)需要。5.微波治療

微波是指波長(zhǎng)在1毫米至1米范圍內(nèi)的非電離輻射高頻電磁波。70年代后期微波技術(shù)在醫(yī)療上得到應(yīng)用?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，微波治療有3種：一是大劑量高熱治療腫瘤，能抑制腫瘤細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成，降低腫瘤細(xì)胞分裂速度，增強(qiáng)化療、放療效果；二是用于局部生物體組織的凝固治療，具有不炭化、不產(chǎn)生煙霧的特點(diǎn)；三是小劑量的溫?zé)嶂委?，可以解痙、止痛、消炎并促進(jìn)傷恢復(fù)等。6.電磁波消毒

利用電磁波的場(chǎng)效應(yīng)和熱效應(yīng)，在5－l0分鐘內(nèi)能迅速達(dá)到國(guó)家衛(wèi)生部規(guī)定的消毒要求，對(duì)成捆、成扎的紙幣、成疊的毛巾、醫(yī)療器械具有穿透力強(qiáng)，無(wú)殘留藥毒性的消毒特點(diǎn)，是當(dāng)今消毒領(lǐng)域的新突破。

（三）在軍事上的應(yīng)用

1.雷達(dá)

雷達(dá)是利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備。發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。

雷達(dá)所起的作用和眼睛和耳朵相似，當(dāng)然，它不再是大自然的杰作，同時(shí)，它的信息載體是無(wú)線電波。事實(shí)上，不論是可見光或是無(wú)線電波，在本質(zhì)上是同一種東西，都是電磁波，傳播的速度都是光速C, 差別在于它們各自占據(jù)的頻率和波長(zhǎng)不同。其原理是雷達(dá)設(shè)備的發(fā)射機(jī)通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息(目標(biāo)物體至雷達(dá)的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。

測(cè)量距離實(shí)際是測(cè)量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成目標(biāo)的精確距離。測(cè)量目標(biāo)方位是利用天線的尖銳方位波束測(cè)量。測(cè)量仰角靠窄的仰角波束測(cè)量。根據(jù)仰角和距離就能計(jì)算出目標(biāo)高度。

測(cè)量速度是雷達(dá)根據(jù)自身和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)原理。雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波頻率與雷達(dá)發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離變化率。當(dāng)目標(biāo)與干擾雜波同時(shí)存在于雷達(dá)的同一空間分辨單元內(nèi)時(shí)，雷達(dá)利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測(cè)和跟蹤目標(biāo)。2.電磁炮

電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)的動(dòng)能殺傷武器．與傳統(tǒng)的大炮將火藥燃?xì)鈮毫ψ饔糜趶椡璨煌?，電磁炮是利用電磁系統(tǒng)中電磁場(chǎng)的作用力，其作用的時(shí)間要長(zhǎng)得多，可大大提高彈丸的速度和射程．因而引起了世界各國(guó)軍事家們的關(guān)注．自80年代初期以來(lái)，電磁炮在未來(lái)武器的發(fā)展計(jì)劃中，已成為越來(lái)越重要的部分。3.電子對(duì)抗 電子對(duì)抗也稱“電子戰(zhàn)”或“電子斗爭(zhēng)”。敵對(duì)雙方利用電子技術(shù)進(jìn)行的作戰(zhàn)行動(dòng)。目的是削弱、破壞敵方電子設(shè)備的使用效能，以保護(hù)己方電子設(shè)備效能得到

充分發(fā)揮。包括雷達(dá)對(duì)抗、無(wú)線電通信對(duì)抗、光電對(duì)抗等。基本內(nèi)容有電子對(duì)抗偵察、電子干擾和電子防御。電子對(duì)抗是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的重要作戰(zhàn)手段。

電子對(duì)抗就是敵對(duì)雙方為削弱、破壞對(duì)方電子設(shè)備的使用效能、保障己方電子設(shè)備發(fā)揮效能而采取的各種電子措施和行動(dòng)，又稱電子戰(zhàn)。電子對(duì)抗分3個(gè)方面：電子對(duì)抗偵察、電子干擾和電子防御。電子對(duì)抗按電子設(shè)備的類型可分為雷達(dá)對(duì)抗、無(wú)線電通信對(duì)抗、導(dǎo)航對(duì)抗、制導(dǎo)對(duì)抗、光電對(duì)抗和水聲對(duì)抗等；按配置部位又可分為外層空間對(duì)抗、空中對(duì)抗、地面(包括海面)對(duì)抗和水下對(duì)抗。機(jī)載電子對(duì)抗系統(tǒng)是現(xiàn)代電子對(duì)抗的主要手段。隨著彈道導(dǎo)彈和衛(wèi)星的發(fā)展，外層空間是一個(gè)新的戰(zhàn)場(chǎng)，電子對(duì)抗在未來(lái)的現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中，將對(duì)戰(zhàn)略攻防起到重要作用。

電磁場(chǎng)與電磁波在實(shí)際中應(yīng)用廣泛，以上所寫只是實(shí)際應(yīng)用中的一小部分。電磁場(chǎng)與電磁波有著強(qiáng)大的生命力和蓬勃的朝氣，人們對(duì)它進(jìn)行不斷探索，創(chuàng)造出一個(gè)又一個(gè)具有強(qiáng)大功能的新工具。

++++++++ 2011.5.21

第四篇：工程電磁場(chǎng)學(xué)習(xí)心得

《工程電磁場(chǎng)》學(xué)習(xí)心得

班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)：

在開始學(xué)習(xí)“工程電磁場(chǎng)”之前，當(dāng)我聽到其學(xué)科名稱的時(shí)候就產(chǎn)生了一種高深莫測(cè)的感覺，覺得電磁場(chǎng)應(yīng)該是比較難的。但是出于對(duì)知識(shí)的渴望我懷著一顆求知的心投入了這個(gè)“新奇的”知識(shí)海洋。工程電磁場(chǎng)是電氣專業(yè)的必修課程，對(duì)于我們電氣專業(yè)的學(xué)生而言，其重要意義不言而喻。

電磁場(chǎng)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，在我們的培養(yǎng)計(jì)劃中起到很重要的作用。但由于電磁現(xiàn)象的抽象性和工程電磁場(chǎng)問題的復(fù)雜性，所以定性分析與定量計(jì)算都不易為我們所掌握。因此，這往往會(huì)造成我們的畏難情緒，缺乏興趣，學(xué)習(xí)被動(dòng)。為克服我們的上述問題，我覺得教材能起很大作用。教材的編排是我心目中的好教材。

1)教材能在我們已有的理淪基礎(chǔ)上由淺人深，及時(shí)總結(jié)提高，讓我們感到經(jīng)過努力可以掌握所學(xué)內(nèi)容，從而增加我們的學(xué)習(xí)信心。

2)教材能從各個(gè)不同角度反復(fù)強(qiáng)調(diào)基本理論和計(jì)算公式的適用條件，幫助我們建立清晰的物理概念和培養(yǎng)我們良好的科學(xué)習(xí)慣，避免我們盲目套用公式。

3)教材能處處以基本理論為指導(dǎo)，對(duì)現(xiàn)象和問題進(jìn)行定性分

析和定量計(jì)算，則能培養(yǎng)我們正確的思維方法和分析問題的方法，提高我們運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。4)教材能緊密聯(lián)系實(shí)際，讓我們能夠?qū)W以致用，從而重視課程內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)興趣。

5)教材能幫助我們掌握“類比”這一科學(xué)的分析方法，既能使我們復(fù)習(xí)和鞏固已學(xué)的知識(shí)內(nèi)容，又可縮短新內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程。

6)教材內(nèi)容的安排，既有從特殊到一般的歸納方法，又有從一般到特殊的演繹方法，則既能使我們易于接受新內(nèi)容，又能培養(yǎng)我們的抽象思維能力。

7)教材注重吐故納新，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，使教材緊跟時(shí)代的步伐，使我們看到科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生努力學(xué)習(xí)的緊迫感。

8)教材能安排多種環(huán)節(jié)的配合，使我們完成一定深度的認(rèn)知過程，避免我們 “考試完畢，知識(shí)歸師”的走過場(chǎng)的現(xiàn)象。

下面是我從書中具體的內(nèi)容來(lái)闡明我學(xué)到的東西: 1)在靜電場(chǎng)的編排中，從電場(chǎng)強(qiáng)度的基本定義出發(fā)，利用我已有的電場(chǎng)力做功的物理概念和線積分、面積分的數(shù)學(xué)概念，結(jié)合介紹電介質(zhì)極化的物理過程，在很自然的情況下得出了靜電場(chǎng)的兩個(gè)基本規(guī)律;又從梯度、散度和旋度的基本定義出發(fā)推導(dǎo)出了它們?cè)谥苯亲鴺?biāo)系下的數(shù)學(xué)表達(dá)

式，化解了矢量分析中的難點(diǎn)，使我較為容易地接受難以理解的上述定義，義在很自然的情況下獲得了靜電場(chǎng)中兩個(gè)基本規(guī)律的微分形式。

2)唯一性定理是解題正確與否的唯一根據(jù)。本書抓住唯一性定理這一主線，貫穿于電磁場(chǎng)問題數(shù)學(xué)模型的建立中，在幾種簡(jiǎn)潔求解方法的引入以及靜電屏蔽現(xiàn)象的應(yīng)用等方面都作了十分深刻和細(xì)致的闡明，不僅幫助我掌握了這一重要定理，而且又培養(yǎng)了我分析問題和解決問題的能力。3)編排靜電場(chǎng)的指導(dǎo)思想同樣貫徹在恒定電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的編寫中。在編寫恒定電場(chǎng)時(shí)應(yīng)用了類比這一科學(xué)方法，它不僅在理論推導(dǎo)中得到了應(yīng)用，還在測(cè)量和計(jì)算中指出了它的應(yīng)用所在。類比法在平面電磁波一章中得到了更為精彩的應(yīng)用。相對(duì)于恒定場(chǎng)來(lái)說，平面電磁波一章中有很多新的概念和表達(dá)式。本書作者將平面電磁波和均勻傳輸線相類比，不僅便于我接受新概念，而且表達(dá)式的推導(dǎo)也獲得了大量的簡(jiǎn)化，同時(shí)還指出了類比雙方的重要區(qū)別。4)本書在介紹基本規(guī)律的微分形式時(shí)，在恒定場(chǎng)中從梯度、散度和旋度的基本定義出發(fā)，雖然花了較多的篇幅，但便于我接受。而在時(shí)變場(chǎng)中卻利用了幾個(gè)數(shù)學(xué)恒等式，方便地獲得了基本規(guī)律的微分形式。后者培養(yǎng)了我的數(shù)學(xué)推理能力，這體現(xiàn)出本書作者的精心安排。

5)在全書的各章中，在介紹理論以后，引人了很多實(shí)例，不

但幫助我們消化理論，而且又培養(yǎng)了我的計(jì)算能力。此外，又將一些基本理論計(jì)算的結(jié)果引入到實(shí)際應(yīng)用中，如涉及到架空地線的屏蔽效應(yīng)、電纜絕緣、一相工作電容、開關(guān)熄弧、擊穿電壓、接地電阻和跨步電壓等概念，又如時(shí)變場(chǎng)中的趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)及電磁波沿傳輸線傳輸時(shí)的正確認(rèn)識(shí)等。因而本書名為《工程電磁場(chǎng)》甚為恰當(dāng)。6)本書作者緊跟時(shí)代的要求，給定量計(jì)算以足夠的重視，辟專章討論，除了精選傳統(tǒng)的計(jì)算方法以外，又增加了兩種數(shù)值計(jì)算方法。

7)本書給我們提供了較多的反復(fù)鞏固的條件。如在每章末除了要點(diǎn)、思考題、習(xí)題外又增加了測(cè)驗(yàn)作業(yè)，便于我們自我檢查。

總的來(lái)說工程電磁場(chǎng)對(duì)于我們來(lái)說是一門相當(dāng)重要而且必要的課程，這學(xué)期在由王波老師教授的這門課程中，通過老師細(xì)心的講解和獨(dú)具一格的授課方式，我個(gè)人的收獲匪淺并獲得了巨大的理論知識(shí)飛躍和能力提升。

第五篇：工程電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

工程電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一.題目

有一極長(zhǎng)的方形金屬槽，邊寬1m，除頂蓋電位為100sinπx V外，其他三面的電位均為零，試用差分法求槽內(nèi)電位的分布。

二.原理

如下圖所示，用分別平行于x，y軸的兩組直線把場(chǎng)域D劃分為許多正方形網(wǎng)格，網(wǎng)格線交點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)，兩相鄰平行網(wǎng)格線間的距離h稱為步距

用表示節(jié)點(diǎn)處電位值，利用二元函數(shù)泰勒公式，與節(jié)點(diǎn)（Xi，Yj）直接相鄰的節(jié)點(diǎn)上的電位表示為

整理可得差分方程

這就是二維拉普拉斯方程的差分格式，它將場(chǎng)域內(nèi)任意一點(diǎn)的位函數(shù)值表示為周圍直接相鄰的四個(gè)位函數(shù)值的平均值。這一關(guān)系式對(duì)場(chǎng)域內(nèi)的每一節(jié)點(diǎn)都成立，也就是說，對(duì)場(chǎng)域的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以列出一個(gè)上式形式的差分方程，所有節(jié)點(diǎn)的差分方程構(gòu)成聯(lián)立差分方程組。

已知的邊界條件經(jīng)離散化后成為邊界點(diǎn)上已知數(shù)值。若場(chǎng)域的邊界正好落在網(wǎng)格點(diǎn)上，則將這些點(diǎn)賦予邊界上的位函數(shù)值。一般情況下，場(chǎng)域的邊界不一定正好落在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，最簡(jiǎn)單的近似處理就是將最靠近邊界點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)作為邊界節(jié)點(diǎn)，并將位函數(shù)的邊界值賦予這些節(jié)點(diǎn)。

如何計(jì)算：簡(jiǎn)單迭代法

先對(duì)靜電場(chǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)賦予迭代初值，其上標(biāo)（0）表示初始近似值。然后再按 下面的公式：

進(jìn)行多次迭代（k=0,1,2,3…）。當(dāng)兩次鄰近的迭代值差足夠小時(shí)，就認(rèn)為得到了電位函數(shù)的近似數(shù)值解。如何計(jì)算：超松弛迭代法

三.編程序 bc=50;%網(wǎng)格數(shù)

u=zeros(bc+1,bc+1);%步長(zhǎng)為1/bc %********附初值********* w=0;

for j=1:bc+1;

u(1,j)=100*sin((j-1)*pi/bc);w=w+u(1,j);end for i=2:bc

for j=2:bc u(i,j)=w./bc;

end end

%*************************************************** h=input('please input h(1