电磁场的动力学理论

无线系统具有极其广泛的应用范围而电磁波或微波信号的测量与接收是这类系统的关键组成部分。1864年詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 (James Clerk Maxwell) 在前人研究成果的基础上融入自己的思想和理论。在其论文《A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field》提出麦克斯韦方程组全面揭示电与磁的本质。麦克斯韦方程组由四个方程组成电场高斯定律描述电荷如何产生电场磁场高斯定律描述磁单极子不存在法拉第电磁感应定律描述时变磁场如何产生电场安培 - 麦克斯韦定律描述电流和时变电场如何产生磁场。并从这些方程中进一步推导出电磁波的存在并得出电磁波以光速传播的结论。法拉第、麦克斯韦等人的工作推动了物理学第三次理论综合揭示了光、电和磁现象的本质统一。1886年赫兹通过实验确认电磁波的存在并证明光也是一种电磁波。电磁波的发现为现代物质文明奠定了坚实基础。电磁波是电磁场的一种运动形式。电场和磁场在空间中相互激发产生交变电磁场并以波的形式传播。天线是一种用于辐射或接收电磁波的装置是无线电子系统中不可或缺的组成部分。天线的作用是将电路中的高频振荡电流或馈线上的导行波有效地转换为具有一定极化方式的空间电磁波同时保证电磁波沿预定方向传播发射天线或者将空间中从特定方向到达、具有一定极化方式的电磁波有效地转换为电路中的高频振荡电流或馈线上的导行波接收天线。电磁能量通过天线传输主要包括三个阶段在电路中的传播在天线处的相互作用以某种方式在空间中的分布。天线工作的物理基础是电磁波与大量自由电子之间的相互作用。对于发射天线受激发的时变电流产生电磁波对于接收天线电磁波在天线中感生时变电流。