瞬變電磁場

一切隨時間作短暫變化的電磁場，電磁脈衝是其典型實例。70年代以來，電子學有許多新的重要應用涉及到電磁場的瞬態過程，例如信號在電離層等時變媒質中的傳播、脈衝信號的發射和接收、受探測目標對脈衝電磁波的散射、核爆炸伴生的強電磁脈衝輻射引起的各種電磁效應，以及電磁脈衝作為貯能和診斷手段在受控熱核聚變和醫療方面的應用等，使瞬變電磁場成為電磁學研究的一個新的領域。

瞬變電磁場又稱脈衝電磁場、寬頻電磁場或時域電磁場，它們從不同的角度反映同一種電磁現象。這種非正弦電磁現象的特徵是：①波形具有前沿徒、后沿緩的特點。例如，核電磁脈衝前沿 10納秒，后沿卻長達1微秒；雷電電磁脈衝的前沿為1微秒，而後沿卻為1毫秒。②頻率由零伸延到超高頻（1吉赫以上）,幾乎覆蓋全部無線電頻段。信息量極為豐富。③過程是短暫的（毫微秒量級）、單次的(或雖重複但脈寬遠小於周期)。電磁響應決定於系統的瞬態特性，瞬態特性呈現“局域性”。④這類現象的觀察和分析大都在時域內進行。具有明顯的因果性。

由於脈衝信號具有上述特徵，傳統的連續波的概念、方法和技術可能不再適用，需要採用新的概念、方法和技術。從表面上看，脈衝電磁場研究的內容同連續波電磁場一樣，也是它的傳播、傳輸、輻射、散射和穿透等特性，但實質上二者的性質卻完全不同。例如，由於傳播介質或傳輸系統具有色散特性，脈衝“波包”在行進中會變形──擴散，脈衝越窄，則擴散越快。又如輻射或散射波形不但與激勵波形有關，還決定於輻射體或散射體的頻率特徵。利用散射波形，可以反推散射體的特徵。這就是逆散射技術。

瞬變電磁場問題可以在頻域或時域中進行分析。常用的方法有以下4種。①頻域分析法：先求得系統的頻率響應，再由傅里葉反變換或拉普拉斯反變換求得瞬變場的時間響應特性。②時域分析法：利用電磁過程的因果性，將時間分步依次求得時間響應。③奇點展開法：從物理上看，系統的響應是各種自然諧振的疊加。因此，只要尋找到響應像函數的奇點和相應留數（振幅），就可求得系統的時間響應。④時序展開法：按照系統脈衝響應的時序系列，將總體響應積分方程分解為結構簡單的單個脈衝的時序遞推方程。後者便於依次求解。