电磁场与微波技术-ch2

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1、研究生课程电磁场与微波技术ElectromagneticFieldsandMicrowaveTechnology教师：孙保华学时：46学时学分：3.0学分西安电子科技大学·电子工程学院2第二章静电场1.基本概念电荷:点电荷、线电荷、体电荷、电荷密度等；电位、电势、电压等；电场强度；电容；介电常数、极化、电位移矢量；静电场的能量（带电系统总能量）。这些物理量的基本含义与初高中及大学物理没有本质区别，只是概念理解更深入、数学描述更完整和准确。西安电子科技大学·电子工程学院3静电场—基本概念我们把上述区别概括为以下两点：具有方向的对象，用矢量表示，并用矢量分

2、析方法分析。[例]位置矢量标示为：zRrRrrrrRˆ0ry连续分布的对象，用微积分方法分析。x[例]电荷与电荷密度：Qdv,Qds,QdlvslVSL西安电子科技大学·电子工程学院4静电场—库仑定律库仑定律在真空中静止的两个电荷qq12和，其相互作用力F的大小与两个电荷电量的乘积成正比；与它们距离R平方成反比，方向沿着它们连线方向，两电荷同号是为斥力，异号时为引力。qqRˆ12F[N]122F4R0Rq2q121918.8541010[F/m]036西安电子科技大学·电子工程学院5静电场—库仑定律讨论几

3、种情况：有多个电荷NqRiFqqi340i1Ri分布于体积,曲面或曲线上()rdvv1()rRFdq()rdsqs34VR0l()rdlqqq其中v()rlim，s()rlim和l()rlimv0vs0sl0l西安电子科技大学·电子工程学院6静电场—库仑定律&场强电荷作用力满足牛顿第三定律qqrrF12211234R0qqrr121234R0F21既然我们有了库仑定律，为什么还要引入电场的概念，定义电场强度强度等参量？……西安电子科技

4、大学·电子工程学院7静电场—场强[实例1]深空探测双向同时通航天器预测位置12信，当航天器在地球上一点看去的赤经/赤纬坐标系中相对接收（，）发射运动时，由于无线电波在航天器与地面站间传播存在时延，从而造成同时上下行通信时双向链路的波束指向不同。造成yyx所谓的收发波束分裂问题。接收馈源发射馈源西安电子科技大学·电子工程学院8静电场—场强[实例2]GSM无线移动通信中，由于基站与移动终端之间存在距离，上下行电波传播需要时间，若不考虑该问题可能时隙重叠，…。时隙重叠西安电子科技大学·电子工程学院9静电场—场强电场强度某一点处的电场强度（简称场强）大小等于单位电荷在该

5、点所受电场力的大小，它的方向与正电荷在该点的受力方向一致。简单地说，在前边作用力表达式基础上，去掉电荷q就是场强矢量表达式：qRˆE[NC/]或[/Vm]24R0西安电子科技大学·电子工程学院10静电场—旋度和电位静电场的旋度对静电场表达式两边直接取旋度qRE340Rq11RR3340RR01R3350RR西安电子科技大学·电子工程学院11静电场—旋度和电位静电荷产生的电场，它的旋度恒为零，即静电场是无旋场。EE0,为静电荷产生的电场！既然静电场是无旋场，那么它就可以

6、用标量函数()r的梯度表示。1rr3rrrrq1Er()()r4rr0西安电子科技大学·电子工程学院12静电场—电位函数于是，点电荷的电位函数可表示为：q()=rC4rr0常数项C的选择，不影响场强的大小和方向，仅与参考点位相关。对于其它电荷分布情况，同样有：N1q()=rCi40i1rr1()r()=rdvC等。4Vrr0西安电子科技大学·电子工程学院13静电场—电偶极子[例]:电偶极子是由相距一个小的距离?的等值异号电荷组成的系统，如图所示zr1q

7、11qrr21rPr(,,)44rrrrq012012lr22讨论远区情况（rl）l2llrr1cosrr2cosq22222lrrrcosr122西安电子科技大学·电子工程学院14静电场—电偶极子电偶极子是由相距一个小的距离?的等值异号电荷组成的系统，如图所示zr1pcospreePr(,,)44rr22qr00r2其中peqll电场强度q2ppcossinErˆeeˆ44西安电子科技大学·电子工程学院15静电场—电偶极子电力线