濮榮強(qiáng)

電磁場(chǎng)在射頻波段的應(yīng)用

濮榮強(qiáng)

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽蕪湖，241003）

電子信息工程的專業(yè)課程《電子線路》詮釋了低、高頻波段的信號(hào)放大與變換，而專業(yè)課程《電磁場(chǎng)》則詮釋了射頻波段的信號(hào)傳輸、輻射，兩門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容構(gòu)成了全波段信號(hào)處理的理論基礎(chǔ)。為提高專業(yè)師生針對(duì)《電磁場(chǎng)》這門(mén)課程特征問(wèn)題的理解，在引入Maxwell電磁場(chǎng)方程組的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析靜電磁、動(dòng)電磁與變輻射及導(dǎo)出相應(yīng)的公式，凝煉并總結(jié)了電磁場(chǎng)在射頻波段的應(yīng)用和發(fā)展。

信息通信技術(shù)；電磁場(chǎng)；靜電磁場(chǎng)；動(dòng)電磁場(chǎng)；變輻射

歷史車(chē)輪緩緩向前，人類(lèi)社會(huì)的通信經(jīng)歷了了烽火旗語(yǔ)、擊鼓鳴金、驛站書(shū)文等方式。這些通信手段雖然落后，但是推動(dòng)了人類(lèi)文明的進(jìn)步。隨著電磁波動(dòng)理論的出現(xiàn)和成熟應(yīng)用，通信領(lǐng)域終于迎來(lái)了信息通信技術(shù)的跨越式發(fā)展[1]。在基礎(chǔ)自然科學(xué)研究領(lǐng)域，牛頓的貢獻(xiàn)是把天上與地上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了第一次物理大綜合；而詹姆斯?克拉克?麥克斯韋（James Clerk Maxwell，1831— 1879）把電、磁、光的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了第二次物理大綜合。為提高專業(yè)師生針對(duì)《電磁場(chǎng)》這門(mén)課程特征問(wèn)題的理解，在引入Maxwell電磁場(chǎng)方程組的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析靜電磁、動(dòng)電磁與變輻射及導(dǎo)出相應(yīng)的公式，凝煉、總結(jié)了電磁場(chǎng)在射頻波段的應(yīng)用和發(fā)展。

1 電磁場(chǎng)的特性

電磁場(chǎng)在介質(zhì)里的麥克斯韋（Maxwell）方程組如下：

2 Maxwell方程組的應(yīng)用

2.1 靜電磁

2.2 動(dòng)電磁

2.3 導(dǎo)體的反射

導(dǎo)體對(duì)入射電磁波的反射系數(shù)可被分為T(mén)E模與TM模，其具體情況如下所述[2]。

2.4 電偶極輻射

電偶極子指相距很近，由正負(fù)的振蕩電荷組成如圖1所示。電偶極矩EDM（Electric Dipole Moment）的存在也反映了系統(tǒng)內(nèi)部的正、負(fù)電荷分布的不對(duì)稱性。電偶極輻射的特點(diǎn)是垂直于電偶極方向的輻射最強(qiáng)而平行于電偶極方向的輻射為零[2]。

圖1 電偶極輻射

電偶極輻射的電磁場(chǎng)能流密度：

由于電磁波的極化特性，垂直極化的AM無(wú)線信號(hào)在貼近地面?zhèn)鞑r(shí)會(huì)在大地表面產(chǎn)生極化電流，從而使電場(chǎng)信號(hào)迅速衰減，因此接受天線只能以豎直方向安裝；而電視無(wú)線信號(hào)與fm無(wú)線信號(hào)的水平極化方式則不易在大地表面產(chǎn)生極化電流，從而保證了信號(hào)的有效傳播，接受天線只需以水平方向安裝即可，因此手機(jī)大都采用了柔性電路板（Flexible Printed Circuits）的內(nèi)置天線工藝。手機(jī)發(fā)出的高頻無(wú)線電波信號(hào)傳播到附近的信號(hào)塔，高頻信號(hào)被降頻、調(diào)制并通過(guò)光纖傳播到其他手機(jī)附近的信號(hào)塔，經(jīng)再次解調(diào)、升頻后傳播給接收信息的手機(jī)。

2.5 變輻射

圖2 變動(dòng)輻射

低速回旋輻射：

代入得同步輻射功率：

即直線加速的粒子輻射功率與能量無(wú)關(guān)；

即同步加速的粒子輻射功率與粒子能量成正比。

2.6 電磁散射與激發(fā)

3 總結(jié)

[1] 濮榮強(qiáng). 信息通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[j]. 蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2019,30(4):16-18.

[2] 郭碩鴻. 電動(dòng)力學(xué)(第二版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1997:155-156,197-198.

[3] 濮榮強(qiáng),黃文平. msps單向傳輸性能在光學(xué)隔離上的應(yīng)用研究[j]. 南通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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] 濮榮強(qiáng),余紅英,沈林放. 二維介質(zhì)柱正方復(fù)合周期結(jié)構(gòu)光子晶體禁帶研究[j]. 量子電子學(xué)報(bào), 2012,29(6):735-740.

[6] 封小超.《推導(dǎo)高速帶電粒子輻射功率的一點(diǎn)改進(jìn)》一文的補(bǔ)充[j]. 四川師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1985,25(1):82.

[7] 趙玉民. 電動(dòng)力學(xué)教程[m]. 北京: 科學(xué)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

濮榮強(qiáng)（1962—），安徽馬鞍山人，蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，研究方向?yàn)樾畔⑼ㄐ偶夹g(shù)。

研究項(xiàng)目：蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授科研啟動(dòng)基金（jsgc201609）。

文稿責(zé)編 余紅英