電磁場深度解析

1、1、波長波長是描述信號在一個波長內的變化情況，其實就是相位和幅度變化情況，理想情況下 電壓、電流按正弦波規(guī)律變化，對應的電場和磁場也是按這個變化，在一個長的均勻平行傳 輸線中，每隔一個波長位置信號電壓是完全相同的，每隔半個波長位置信號電壓是完全相反 的2、波長和器件尺寸問題若信號的頻率是50Hz，那么它的波長就是6000Km，那么所有器件尺寸在此波長下都不足 為奇，所以信號在經過某個器件時基本上認為其相位和幅度沒有變化；如果信號頻率是 3000MHz，那么波長為10cM，如果一個兩根傳輸線同時傳輸此信號，若一根信號比另一根短 5CM，那么其信號相位差90，因該說信號頻率越高，其波長越短，其對于

2、所走路徑的尺寸 越敏感。3、信號與能量信號只是一個信息或者說事件，其本身不具備什么意義，能量是信號的載體，信號的傳 遞即為能量的傳遞，能量是以電場和磁場的形式存在的（比如在平衡傳輸線中，我們更喜歡 使用兩根平衡傳輸線上面分布了正負電荷形成的電場來分析，這個電場到哪兒了，與其相垂 直的電荷就到哪了了），電場分布于兩個導線之間（存在壓差即存在電場），磁場環(huán)繞于導線 外圍（存在電流即存在磁場）。4、導線電場理想的導線連接電池和負載時，因導線是理想導體，故其正負極的導線得電壓就等于電 池的正負極電壓，因為存在電位差，故兩導線之間存在電場。5、理想導體內部不存在電場，因為其出處等電勢，這只是針對直流電或

3、者低頻電路來說的， 對于高頻電路其實存在電壓差，即存在電場。6、在閉合電路里面電路能量形式：- 0電流方向電場方向磴場方向右手定律7、四分之一周期信號變化形式：假設一個300MHz的正弦波信號，其波長為1m，四分之一波長即為0.25m，從電壓的角度來說就是從0變到最大值的時間或者說所走的路程，如下圖:假設負載為20歐姆，Vdc電壓為20V，取電池中心點為參考點，那么正極為10V，負極 為-10V，四分之一周期后的波形如下圖所示。標識(1)處正極為10*Cos(75) =2.6V，(2)處正極為10*Cos(60)=5V,依次類推。兩導線 對稱點之間的電壓從負載20V到信號源0V依次變小深度解析

4、：(1)與(2)的線電壓差就有2.4V，因為理想導線內部是不允許有電場的，那么這 個因為電場正弦分布引起的導線線電壓差必須要由另外一個反電動勢來抵消。這個時候，必 須要降低(1)、(2)之間的導線電流(因為電場方向是從(2)到(1)，所以電流變小)，電 流對應的是磁場，變小的磁場產生一個反電動勢抵消(1)、(2)的導線線電壓差(楞次定律)， 依次類推到負載，于是導線上的電流也是按照正弦波規(guī)律從信號源的0A到負載最大值的1A。8、一個周期正弦波信號變化300MHz的正弦波信號的一周期就是電壓幅度從0到0的過程，具體變化如下:一個周期內形成了 2個方向相反的電流圈。9、兩個周期正弦波信號變化信號源

5、按300MHz正弦規(guī)則變化完整2個周期，電壓從0開始變化,也就是相位從0開始， 傳輸線長度為2米，即2個波長，負載R完全吸收傳過來的信號沒有反射的情況下，所對應 的傳輸線電場、磁場波形。這個相當于在一個周期內形成了4個電流圈，用圈表示，僅為形 象簡化，表示半個周期，緊挨著的相反的一對為一個周期。當頻率越高，圈圈的密度就越大，圈圈內包含的就是能量，電場（電壓）和磁場（電流） 的能量。一個個圈圈的從信號源傳到負載那兒去，電磁場的傳輸很像現在的高速鐵路，傳輸 線兩根導線，如同鐵軌，要均勻對齊，這樣適合電場和磁場均勻無變化的向前推進，每節(jié)車 廂里裝兩個圈圈，一正一反的，一個波長。這列火車有N節(jié)車廂，一

6、直不停的往前開。 深度解析：電磁場或者說電磁波是一種波，波的傳輸是質點在隨時間做上下正弦波的運動， 其位置是不變的，但是其同一位置在不同時刻的能量是不同的，即能量在傳輸。針對質點的 分析，如果橫坐標是時間，那么就只是針對此質點的能量變化進行分析,如果橫坐標是距離， 那么是針對此波上面所有的質點的能量變化的描述。10、電場與磁場共存導線線方向的電壓差，由垂直圍繞導線的磁場變化產生的反電動勢來抵消。同理，導 線 線方向的電流差，由垂直導線放射型的電場變化產生的反磁動勢來抵消。sou電磁場運動方向傳輸線兩導線之間的電場分布如下圖所示，當這個電場變化的時候，會產生對應垂直于 電場的磁動勢，也就產生了磁

7、場，如上右圖所示，實線為電場，虛線為磁場。變化的電場所 產生的磁場，是垂直電場的，垂直導線，圍繞導線的。這就是傳輸線里面，電磁場磁生電、 電生磁本質，都是為了一個平衡。深度解析：首先因為電壓呈現正弦波變化，所以在導體不同地方的電壓是不同的，故而形成 導體內部的電場，導體內部的電場是與電流方向相反的，因為導體內部不存在電場，所以需 要將其抵消，此電廠阻礙了電流，故其使電流將要變小，即磁場變小，由楞次定律可知，會 產生一個反向電動勢阻礙磁場變小，此電動勢就可以和導體內部電壓抵消；導線之間的電場 的變化同樣會形成磁場,傳輸線兩導線之間的電場分布如下圖所示，當這個電場變化的時候， 會產生對應垂直于電場

8、的磁動勢，也就產生了磁場，如上右圖所示，實線為電場，虛線為磁 場。變化的電場所產生的磁場，是垂直電場的，垂直導線，圍繞導線的；故磁場由兩部分產 生，即磁場由兩部分產生，一部分是電荷移動產生的電流對應的磁場，一部分是變化的電場 產生的磁場（即麥克斯韋方程（1）從1/4波長圖上我們可以看到，當電場、磁場在導線線方向都滿足正弦，磁場變化產生的 反電動勢與導線線方向上的電壓差是線性一致的，同理，電場變化產生的磁動勢跟導線線方 向上的磁壓差是線性一致的，因為線性一致，若電場強度與磁場強度之間若滿足一定的比例 關系，則反電動勢等于電壓差，反磁動勢等于磁壓差。那么這時電場強度、磁場強度的比例 關系，就叫做傳

9、輸線阻抗，它表征了能讓傳輸線傳遞電磁場所要求的電場與磁場之間強度的 關系。Z = E/H 12、傳輸線模型書本上的傳輸線模型如下圖:實際的傳輸線模型是這樣的:因為電磁場中，磁生電、電生磁，兩者是相互轉換的，這從能量守恒角度來講，電場能量必然等于磁場能量，所以有以下公式:1/2*C*U*U = 1/2*L*I*I 整理可得 Z = SQR(L/C),SQR 為根號(ryxH = J+-微分形式,qw基一m積分形式V-5 = 0h3 = q(1)伍/*+碧)亦保/=-;魯亦脾日了 = 0 DdS = q方程(1)為安培環(huán)路定律，磁場由兩部分產生，一部分是電荷移動產生的電流對應的磁場， 一部分是變化

10、的電場產生的磁場(可理解為傳輸線之間的電場)。方程(2)為法拉利電磁感應定律，因為現實中還不存在磁單極，所以電場只由變化的磁 場產生。方程(3)因為不存在磁單極，所以磁場只存在漩渦磁場。方程(4)為高斯定律，因為存在正負電荷，所以存在激勵輻射電場。深度解析：(1)我們回到傳輸線中，導線線方向存在電流差，所以存在磁壓差，這個磁壓差 由垂直于導線輻射的電場變化產生的反磁動勢來抵消，滿足方程(1)。(2)導線間電場按正弦波分布，所以導線線方向存在的電壓差，這個電壓差由垂直圍繞 導線的磁場變化產生的反電動勢來抵消，滿足方程(2)。(3)按照(1)、(2)方程基于數學推導的結果，波形只能是正弦波，并且很

11、容易導出阻 抗及傳輸速度C。14、震蕩與電磁波振蕩是L與C中的電磁能量互為轉換的過程，但不是同一時刻相互進行的。這一時刻電場能量變成磁場能量，下一時刻，磁場能量變成電場能量。若用二維坐標軸描述，它們在 軸一維上進行，震蕩是之前有能量輸入，所以才會在電能和磁能之間轉換，單純的LC是沒 辦法自主產生能量的，其能量來自于外因。電磁波是電場與磁場相互轉換，同時進行的，電場的變化引起磁場的變化，磁場的變化引起電場的變化，所以其是同時進行的，故其相位是相同的。所以無法在二維坐標軸的Y 軸上描述，必須要基于三維坐標軸空間表達，但因為電場和磁場在空間上按Y、Z軸分布，Y、Z軸本身就已經相差90度了，所以電場與

12、磁場幅度在Y、Z上就同相位了，這就是波的概念, 對于波來說只要其行進方向正交即可，而不是時域上面的正交。從擴散角度看電磁場下圖為的平板電容器的電場模型圖：紅線為正極電板，下面黑線為負極電板，藍色帶箭頭線為電場。那么，這個電場是怎么擴散 出去的呢？我們很自然的想到在我們生活中，存在各種各樣的擴散現象，比如水滴落到地面的擴散， 不同密度的氣體的擴散等等，這些擴散，都是基于一個基本理論基礎，牛頓定律：F = M*A， 在力的作用下對水分子或者氣體分子產生加速度。擴散的快慢取決于力的大小及質量的大小。我們把這個平板電容器，接上電阻負載，如下圖模型:我們試著從電荷的擴散角度解釋電路問題，正極因為缺少電子

13、而表現為正電荷，負極因為有過多的電子，而表現為負電荷。越靠近電容端，電荷密度越高，同種電荷相互排斥， 相反電荷相互吸引，所以存在擴散基礎，通過擴散電荷實現了電流。以上這個解釋，屬于經典物理的解釋，比較容易接受，實際上，這樣的觀點，也可以起很大的作用，起碼讓自己不惑，可以解釋很多現象，比單純的電路回路概念，提高了一個 等級。因為這個擴散模型表達了信號是從源端到負載的過程，更接近電磁場理論了。常規(guī)的 電路理論，腦子中，電子是從負極出來經過負載再回到正極，走一圈回去。但是，以上的電荷擴散模型存在一個致命的邏輯錯誤，那就是，電荷，也就是電子存在質量，而我們都知道，信號的建立是光速，而要想達到光速，質量

14、必須為零，所以，基于 電荷的擴散模型，跟理論沖突，不符合實際。那么這個模型中，那個東西是不存在質量的呢？那就是電場，電場是不存在質量的，所以具備達到光速的可能。但是又有一個邏輯問題，那就是，電場的質量為零，加速度應該 是無限的，最終速度應該是無限的，為什么是光速定值呢？我們再看物理學，有一個很有意思的現象，所有的公式，都是一個“等式”，自然界不存在“極點”，無窮大，那么既然電場的質量為零而導致加速度無窮大，速度無窮大，這 個不符合自然界特點，所以，自然界必須引入另一個質量也為零的場，而這個場與電場的特 性恰好相反以解決無窮大問題，這就是磁場，電場與磁場滿足安培定律和法拉第定律，相互 約束。電場與磁場是一陰一陽，相生相克的，如同男女，相互支持，相互約束，以近20年 為一代的速度繁衍生息，而電場與磁場呢，恰好以速度C向前推進的時候，電場與磁場取得 平衡，可以理解為速