根据麦克斯韦理论，我们知道变化的电场和磁场会由近及远地向周围传播，形成电磁波。如一根导线中存在周期性变化的电流，在它的周围就会产生周期性变化的磁场，从而形成电磁波向外辐射。电流的微观机制是导体内自由电荷的运动，因此，电磁波就和电荷的运动密切相关。经典电磁理论证明，一切具有加速度的电荷都会向外辐射电磁波。我们已了解电磁波是个大家族，不同的电磁波产生的机理和产生方式不同。无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线（以及可见光、紫外线）、X 射线、γ 射线可分别由原子的外层电子、内层电子和原子核受激发后产生。

下面我们主要以无线电波来讨论电磁波的产生与发射。无线电波可以通过电磁振荡产生，因此，我们有必要先了解电磁振荡。

什么是电磁振荡？让我们通过一个实验来认识。

将电感器、电容器与电池、单刀双掷开关、电流传感器按如图 8-6 所示的电路连接起来。把开关置于 1，先给电容器充电；然后将开关置于 2，电容器通过电感器放电，观察计算机记录的电流变化规律（图 8-7）。

图 8-6 实验电路图

图 8-7 实验记录图

通过实验可知，回路中电流的大小和方向都随时间做周期性的变化，该电流被称为振荡电流。能产生振荡电流的电路叫做振荡电路。像这种由电感器 L 和电容器 C 组成的电路叫做 LC 回路，它是一种基本的振荡电路。

研究表明，在电容器充、放电时，电容器内存在电场，贮存着电场能，电感器的线圈中存在磁场，贮存着磁场能。在振荡电路中产生振荡电流的同时，电场能和磁场能发生相应的周期性相互转化，这种现象叫做电磁振荡（electromagnetic oscillation）。在上述 LC 回路中发生电磁振荡的过程中，除了最初由电源为电容器充电时供给能量外，没有外界的作用，这样的电磁振荡叫做自由振荡。

电磁振荡的过程就是电场能与磁场能相互转化的过程，其周期性的变化如图 8-8 所示。

图 8-8 电磁振荡过程

假如电路中没有能量损失，这个过程就能永远周期性地继续下去，这就是 LC 电路中的电磁振荡。

每个振动系统都有由各自自身性质所决定的振动频率，叫做固有频率。研究表明，由电感器和电容器组成的振荡电路也有一定的固有振荡频率，称为振荡电路的频率。它是由振荡电路中电感器的电感和电容器的电容决定的。电路中线圈的电感跟线圈的形状、长短、匝数以及是否有铁芯等因素有关，表示线圈产生自感电动势的能力，用 L 表示。线圈的电感越大，电容器的电容越大，振荡电路的频率就越小。振荡电路的频率 f 跟电感 L 和电容 C 的关系是

\[f = \frac{1}{{2\pi \sqrt {LC} }}\]

式中 f、L、C 的单位分别是赫兹（Hz）、亨利（H）、法拉（F）。

由此可见，只要改变 LC 回路中电感器的电感或电容器的电容，就能改变振荡电路的频率。

理论上，只要电路中有振荡电流，就能向外辐射电磁波。但是直接利用 LC 回路向外辐射电磁波的效率是很低的，这是因为在闭合的 LC 回路中，电场、磁场几乎全集中在电容器和电感器中，向外辐射的能量很少，这不利于电磁波的发射。要想有效地将电磁波发射出去，需要具备以下条件：

1．开放电路

把闭合 LC 电路改变为开放电路，按照图 8-9（a）、（b）、（c）所示的步骤逐渐将 LC 回路拉开，形成开放电路，使原来集中在两极板之间的电场线分布到电路周围的空间中，从而有利于电磁波的辐射。

图 8-9 LC 电路的演变过程

2．提高振荡频率

图 8-10 电磁波的发射电路

理论研究表明，电磁波在单位时间内辐射的能量与频率的四次方成正比。因此，要发送较强的电磁波，必须提高振荡频率，这样才能有效地将能量辐射出去。

为了取得更好的发射效果，实际应用的电磁波发射装置如图 8-10 所示，主要由振荡器和开放电路两部分组成。振荡器的作用是产生高频振荡电流和对开放电路供给能量。开放电路由线圈 L′ 和天线、地线组成，线圈 L′ 上部接在很高的天线上，下部通过电线接地。

为了使开放电路中产生振荡电流，要使线圈 L′ 和振荡器电路中的线圈 L 绕在同一铁芯上，并且互相靠近，使 L′ 由于电磁感应而获得和 L 相同的振荡电流（这样的方法叫做感应耦合），并传送到发射天线上，天线四周空间便产生了电磁波。

发布时间：2022/6/21 20:28:14  阅读次数：1837

由于网络审查方面的原因，本网站自2019年8月起已关闭留言功能，若有什么问题可致信站长邮箱：[email protected]。

2006 - 2023，推荐分辨率1024*768以上，推荐浏览器Chrome、Edge等现代浏览器，截止2021年12月5日的访问次数：1872万9823。 站长邮箱

沪公网安备 31011002002865号