【軍事百科】電子和無線電技術的理論基礎是什麼?

來源︰《中國軍事百科全書》責任編輯︰馬嘉隆
2017-11-23 11:38

電磁場理論,是電子技術和無線電技術的理論基礎,如果沒有電磁場理論的誕生,我們將不能打電話、不能上網,更不要說什麼智能生活了,是不是想想都覺得可怕?而在軍事應用中,所有與電有關的應用都離不開它,比如發電機、雷達、無線電通信、無線電遙控等等,一起來看看《中國軍事百科全書》中對電磁場理論的介紹吧!

電磁場理論 theory of electromagnetic field

電磁場理論是研究電磁場的源與場的關系及電磁波在空間傳播的基本規律的理論。是電子技術和無線電技術的理論基礎。電磁場理論在一些前沿學科,如光縴通信、超導電子學、電子對抗、電磁兼容、生物電磁學、環境電磁學等領域中,起著十分重要的作用。

研究範圍 電磁場理論的研究內容主要包括靜態電磁場、時變電磁場和工程電磁學等。

靜態電磁場。包括靜電場、恆定電流場、恆定磁場。利用微積分、矢量分析和數學物理方程,研究靜電場、導電媒質中的恆定電場和恆定磁場的基本規律及基本求值方法,是電子技術的基礎。

時變電磁場。利用麥克斯韋方程組、時變電磁場邊界條件、波動方程、時變電磁場唯一性定理等,研究時變電磁場的基本規律和基本求值方法,是無線電技術的基礎。平面電磁波是電磁波的一種基本形式,它的傳播特性包括傳播常數、波阻抗和能流密度矢量等參量。傳播常數(即波數)定義為κ=2π/λ,式中,λ=υ/?,λ為電磁波的波長;υ是電磁波的傳播速度(在自由空間為3×108/秒,與光速相等),?為電磁波的頻率,即每秒內的振動次數。波阻抗為電磁波電場強度(E)和磁場強度(H)的比值,自由空間的波阻抗為377歐姆。能流密度矢量(坡印廷矢量)S=E×H,表示單位時間穿過單位面積的電磁波能量。

工程電磁學。利用電磁場理論的研究成果,解決電磁波傳播中的工程問題,包括平面電磁波、導行電磁波、電磁輻射與天線等。隨著解析和數值技術的發展,建立了計算電磁學,推動了電磁場理論的工程應用。

軍事應用 在軍事中所有與電有關的應用都離不開電磁場理論的研究成果。在電能方面有發電機和電動機;電子裝備中離不開電阻、電容、電感等基本電子元器件;無線電技術應用中有雷達、無線電通信(包括長波通信、短波通信、甚高頻通信、超高頻通信、微波通信等)、無線電導航、無線電定位、無線電遙控、無線電遙測等;在電子對抗中有電磁炸彈、無線電干擾機、無線電干擾彈及其他的射頻武器等。

簡史與展望 電磁場理論是人類探索自然活動的結晶。早在兩千多年前,人類就有了關于磁石和摩擦起電的知識。18世紀中葉以後,對電磁現象進行了系統性的和理論上的研究。1771-1773年,英國科學家H.卡文迪什進行了靜電試驗。1785年,法國物理學家C.-A.de庫倫建立了關于靜電和靜磁的平方反比定律;其後,意大利科學家L.伽伐尼發現了電流,意大利物理學家A.伏特用電化學方法產生了穩定的電流。1820年,丹麥物理學家H.C.奧斯特發現電流可使磁針偏轉,將電和磁聯系到了一起。1825年,法國物理學家A.-M.安培提出了確定兩電流之間相互作用及載流導體所受磁力的安培定律;法國物理學家J.-B.畢奧和F.薩伐爾確定了磁場和電流之間的定量關系。1831年,英國物理學家M.法拉第發現了電磁感應現象,推動了電磁在工程中的應用。1864年,英國物理學家J.C.麥克斯韋在總結前人發現的試驗定律的基礎上,引進位移電流的概念,認為變化著的電場能產生磁場,與變化著的磁場產生電場相對應,並在此基礎上建立了麥克斯韋方程組,創立了相對完整的電磁場理論體系。1887年,德國科學家H.R.赫茲發現了電磁波,成功地用實驗為麥克斯韋方程組的正確性提供了依據。1895年,意大利科學家G.馬可尼和俄國科學家A.S.波波夫發明了無線電並實現了無線電遠距離傳播,使電磁波向頻率高端邁進了一大步。

電磁場理論的發展方向是︰發展與完善近代電磁理論學;結合應用數學、計算數學和計算機技術的快速發展,發展計算電磁學;電磁學與其他學科相結合,產生和發展一些交叉學科,如生物電磁學、環境電磁學、光電子學等。

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