[发明专利]一种具有周向坡印廷矢量特征的源项电磁能流产生装置

说明书

本发明提供了一种具有周向坡印廷矢量特征的源项电磁能流产生装置，克服了传统的电磁波的坡印廷矢量只有直线分量、能量衰减与距离的平方呈反比的局限性，基于电场和磁场共生的坡印廷矢量分布设计理念，设计了具有周向坡印廷矢量特征的产生装置，可以将输送给装置的大部分能量集中在有效区域内，提升了电磁场/电磁能流的可控性，同时此区域尺度可以大于波长，在电大尺寸范围内依然成立。

技术领域

本发明涉及电磁学技术领域，更具体地说，涉及一种具有周向坡印廷矢量特征的源项电磁能流产生装置。

背景技术

1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象取得的成果的基础上，建立了完整的电磁波理论，即电磁波的一切特性都可用麦克斯韦方程组推导得出。

基于麦克斯韦方程而言，传统电磁波中的电场和磁场是相互激发、相互依存且随时间变化的，二者互为因果，在空间中传输形成电磁波。

1884年，坡印廷建立了能流密度的概念，即若空间中某处的电场强度为磁场强度为则该处电磁场的能流密度为

但是，对于共生的电场和磁场所形成的“电磁场”，物理学界并没有就其物理意义达成共识。费曼在其《费曼物理讲义》(R.P.Feynman，The Feynman Lectures on Physics(1964)Vol.2,27,11.)中提及了一个模型，即一个静止的电子旁边放着一个静止的磁针。在这个静止的系统中，电场和磁场是独立存在且互不相干的，而且可以看出其中的坡印廷矢量并不为零，而是呈环状围绕着磁针，暗示着这个系统中存在着能量流动，与人们认识中的“静场能流为零”的观点相反。

在美国物理学报的一篇文章(E.M.Puch，G.E.Pugh，Am.J.Phys.35,153-156(1967).)指出，在类似的电场和磁场共生的静场中的坡印廷矢量并不是没有意义的，而是对于维持系统的角动量守恒具有重要的意义。而动量与动能是同时存在的，因此共生的电场和磁场中也存在着电磁能流。

但是，传统的电磁波中的电场和磁场是相互依存的，其坡印廷矢量在均匀介质中始终只具有直线分量，沿直线传播。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种具有周向坡印廷矢量特征的源项电磁能流产生装置，技术方案如下：

一种具有周向坡印廷矢量特征的源项电磁能流产生装置，所述源项电磁能流产生装置包括：信号源、匹配结构和射频结构；

所述信号源用于输出固定频率和固定功率的电磁波能量；

所述匹配结构用于将所述电磁波能量最大化的馈入射频结构；

所述射频结构用于产生径向电场和垂直于水平面方向的磁场，或用于产生径向磁场和垂直于水平面方向的电场，或用于产生大尺寸涡旋电磁场。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

本发明提供的一种具有周向坡印廷矢量特征的源项电磁能流产生装置，包括：信号源、匹配结构和射频结构；所述信号源用于输出固定频率和固定功率的电磁波能量；所述匹配结构用于将所述电磁波能量最大化的馈入射频结构；所述射频结构用于产生径向电场和垂直于水平面方向的磁场，或用于产生径向磁场和垂直于水平面方向的电场，或用于产生大尺寸涡旋电磁场。该源项电磁能流产生装置可以使输送给装置的大部分能量集中在有效区域之内，并在有效区域边界外大幅衰减。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种具有周向坡印廷矢量特征的源项电磁能流产生装置的结构示意图；