天线设计工程师入门之：电磁学

一、什么是电磁波

电磁波是电磁场的一种运动形态。电可以生成磁，磁也能带来电，变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波。

二、 电磁波的产生：
 
电磁波频率低时,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时,磁电互变甚快,能量不可能全部返回原振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。

  

三、电磁波产生的条件：

1.足够高的振荡频率。频率越高，发射电磁波的本领越大。

2.开路时，振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才能有效的把电磁场的能量传播出去。
 
四、电磁波的特点：

1.电磁波在空间向各个方向传播，即不定向的传播
2.电磁波不需要依靠介质传播（这点牢记）
3.电磁波在真空中的传输速度是固定值
4.它是能量的一种,凡是能够释出能量的物体,都会释出电磁波
 
电磁波的速度、波长、频率之间满足的关系式：速度=波长*频率
   
频率：导体内每秒电流方向变化的次数。
单位：“赫兹”（Hz）
符号：

波长：电磁波振动一次在空间传播的距离。
单位：“米”（m）
符号：
  
由上面的关系式可以得出，波长越长，频率越低。  
 
电磁波在传播中携带有能量，可以作为信息的载体。既然叫电磁波，那它就应与声波和水波相似具有波的特性，比如当它通过不同介质时，会有反射、折射、绕射、散射和吸收等现象。

【小课堂：

反射：遇到障碍物返回继续传播的现象（举例：回声）；

折射：遇到障碍物后传播方向发生改变且继续向前传播的现象。（举例：凹透镜）；

衍射：沿着障碍物的边缘并进入其阴影部分继续传播的现象。所以又称绕射（举例：“隔墙有耳”）；

干涉： 两个或更多的波相遇时彼此相互作用的现象（举例：泡泡上的彩色条纹、忽强忽弱的声音）；

散射：通过不均匀媒介时，部分光偏离原方向传播的现象。举例：早晚的太阳为红色）；

】
 
总结：

频率越低，衍射能力越强，但是反射能力越弱；
频率越高，穿透能力越强，但是衍射能力越弱；
频率高的电磁波，依赖直线传播；频率高的电磁波，绕开障碍物传播能力越弱。
 
各种振动与波的关系 （ 小知识：在介质中的传播速度:  （C₀:光速）
  电波在的传播速度由物质的电容率和磁导率决定，且在物质中的传播速度小于在真空中的传播速度(ε:相对电容率；μ：磁导率)

   除了铁钴镍等容易产生磁性的金属外，其他的相对磁导率大致等于1，但是相对电容率因物质的不同，但都大于1。也就是我们经常说到的名词——收缩因子或收缩比。

这很好的解释了，实际做出来的天线尺寸与仿真时的尺寸不符。因为仿真的材料的参数值较理想化与现实中的尺寸会有所差别。

我们通常使用的聚四氟乙烯的介电常数ε≈2.1,因此在该材料中电磁波的速度C=3*108/√2.1m/s=3*108/1.45m/s）