f第二章 無(wú)線(xiàn)電工程不是旋度方程所為

第二章無(wú)線(xiàn)電工程不是旋度方程所為PAGEPAGE70第二章無(wú)線(xiàn)電工程不是旋度方程所為麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的核心內(nèi)容是自由空間里的倆個(gè)旋度方程，即在自由空間里，時(shí)變磁場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)，而時(shí)變電場(chǎng)又產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)，如此同生共死，使得波能流密度在以太媒質(zhì)中振蕩傳播。不得不承認(rèn)，麥克斯韋是第一個(gè)預(yù)言電波存在性的物理學(xué)家。但是百多年來(lái)，人們?cè)谧杂煽臻g的電波實(shí)踐中，似乎是舉著麥克斯韋旋度理論的偉大旗幟卻未真正使用旋度場(chǎng)理論。輻射場(chǎng)不是旋度方程所為。假如輻射場(chǎng)是旋度理論所為，那么：家用(或)的電源，取，若按照麥克斯韋旋度場(chǎng)理論(2-2式)去計(jì)算，其輻射場(chǎng)強(qiáng)約，而空氣的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度約，豈能居住人；當(dāng)逐漸趨近于零頻時(shí)，旋度場(chǎng)理論確定的=，這就不客觀了，按理說(shuō)，麥克斯韋理論依據(jù)是來(lái)源于直流的安培環(huán)路定律改造和電磁感應(yīng)，理應(yīng)在零頻附近連續(xù)，即當(dāng)趨近時(shí)，才合理，反而趨近于。可見(jiàn)由旋度場(chǎng)理論得到的輻射方程沒(méi)有自恰性；旋度場(chǎng)理論的波能量密度是距離的多項(xiàng)式函數(shù)，流出球面的電磁能量不等于流出球面的電磁能量，而且還是負(fù)值能量，這意味著能量來(lái)自無(wú)窮遠(yuǎn)處而進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)，顯然與客觀實(shí)踐不符?？梢则?yàn)算，由旋度理論得出的場(chǎng)量與所謂的波能量都不滿(mǎn)足距離平方反比律。誰(shuí)真正使用了自由空間的旋度場(chǎng)？我看沒(méi)有人。接收?qǐng)霾皇切确匠趟鶠椤Ｐ壤碚摰木枋请妶?chǎng)與磁場(chǎng)同生共死地交織在一起，從而以能流密度在自由空間中傳播。從概念上講，接收不是波能流流進(jìn)了天線(xiàn)這個(gè)“口袋”，而是半波振子天線(xiàn)接收了獨(dú)立矢量場(chǎng)，獨(dú)立矢量場(chǎng)在洛侖茲力的作用下形成了信號(hào)電流。從計(jì)算上講，因?yàn)槭蔷嚯x的高階多項(xiàng)式，而且是“負(fù)能量”，顯然不是接收了。同樣地，接收天線(xiàn)也不是接收了由旋度理論傳播的，因?yàn)槠涫沟眯盘?hào)強(qiáng)度違背距離平方成反比律，這與工程實(shí)踐不符。這就是說(shuō)，人們接收到的電波并非旋度理論的電波，而是獨(dú)立輻射的電波(第四章有詳細(xì)論述)。傳輸場(chǎng)不是旋度方程所為。對(duì)于介質(zhì)波導(dǎo)(如光纖通訊和潛水員通訊)中的傳輸場(chǎng)均為獨(dú)立矢量場(chǎng)的斯耐爾定理和菲涅耳原理，卻不是旋度理論的波能流原理。對(duì)于金屬波導(dǎo)，基于旋度理論的傳輸場(chǎng)模型，定義波能量卻違背能量守恒原則，而且是傳輸負(fù)能量或者說(shuō)能量來(lái)自無(wú)窮遠(yuǎn)處向著振蕩源傳輸，顯然與客觀事實(shí)不符。人們雖然舉著麥克斯韋理論旗幟，而微波工程師在實(shí)際工作中卻有另一套實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。本書(shū)從不同角度解釋了這種實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的物理過(guò)程。波束形成不是旋度方程所為。雷達(dá)口徑天線(xiàn)可按照幾何光學(xué)原理聚焦成波束，其面電流的形成正是廣義洛侖茲磁力之作用原理卻不是旋度理論的波能流原理。縫隙天線(xiàn)和相控陣波束的形成原理是的獨(dú)立矢量場(chǎng)疊加而成，接收信號(hào)的幅度與距離平方成反比，不是旋度理論的場(chǎng)量疊加，更不是同生共死的之能量疊加。百多年來(lái)，微波專(zhuān)家在實(shí)踐中總結(jié)出獨(dú)立矢量場(chǎng)的幾何光學(xué)法、斯耐爾定理、惠更斯原理、菲涅耳原理、洛侖茲磁力、契比雪夫多項(xiàng)式等等實(shí)現(xiàn)方法。因此我們可以說(shuō)，人們沒(méi)有真正使用了旋度場(chǎng)理論。簡(jiǎn)單的講，基于以太媒質(zhì)的互生場(chǎng)理論(場(chǎng)產(chǎn)生場(chǎng)的理論)，根本就無(wú)法形成波束。此外，電子感應(yīng)加速器真空環(huán)中的時(shí)變磁場(chǎng)卻無(wú)法使用旋度理論而得到加速電場(chǎng)，原點(diǎn)處線(xiàn)性時(shí)變，在自由空間點(diǎn)并不滿(mǎn)足。本章結(jié)論是：自由空間的電波之輻射、傳輸、接收和波束形成不是旋度場(chǎng)理論所為。2.1輻射場(chǎng)不是旋度方程所為麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的核心內(nèi)容是自由空間里的倆個(gè)旋度方程，即在自由空間里，時(shí)變磁場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)，而時(shí)變電場(chǎng)又產(chǎn)生事變磁場(chǎng)，如此交替產(chǎn)生，使得波能流密度在以太媒質(zhì)中振蕩傳播，其場(chǎng)強(qiáng)和均是和的高階多項(xiàng)式。不得不承認(rèn)，麥克斯韋是第一個(gè)預(yù)言電波存在性的物理學(xué)家。但是百多年來(lái)，人們?cè)谧杂煽臻g的電波實(shí)踐中，可以說(shuō)是舉著麥克斯韋理論的旗幟卻未真正使用自由空間旋度場(chǎng)理論。讓我們先看看輻射場(chǎng)問(wèn)題。以電流元的輻射場(chǎng)為例，由麥克斯韋方程組求解的結(jié)果是[4]：(2-1)(2-2)式中。若再考慮一個(gè)球面積分，見(jiàn)圖2-1，由于目前的能流密度是：＋(2-3)上式表明：從面流出來(lái)的能量既是角頻率的多項(xiàng)式，又是的的多項(xiàng)式。從上述公式，我們不難看出以下幾個(gè)問(wèn)題：1．住房和辦公室都有許多輻射場(chǎng)，現(xiàn)在設(shè)取(即市電)、米、米、安培，可以算出伏/米。然而空氣的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度只有伏/米。顯然，由式(2-2)得來(lái)的與客觀事實(shí)不符?？諝饩捅畸溈怂鬼f旋度場(chǎng)擊穿了，豈能居住人。2．當(dāng)逐漸趨近于零頻時(shí)，由式(2-2)決定的=，這就不客觀了。按理說(shuō)，麥克斯韋理論依據(jù)是來(lái)源于直流的安培環(huán)流定律的改造和電磁感應(yīng)定律，理應(yīng)在零頻附近連續(xù)，即當(dāng)趨近時(shí)，才合理，可見(jiàn)由麥克斯韋電動(dòng)力學(xué)得到的輻射方程沒(méi)有自恰性。3．由式(2-3)可看出，從面輻射出來(lái)的能量是的多項(xiàng)式，而且是的復(fù)雜函數(shù)，見(jiàn)圖2-2。誰(shuí)能證明圖2-2是客觀自然規(guī)律呢？恐怕誰(shuí)都不能。因?yàn)榇罅繉?shí)驗(yàn)(如光電效應(yīng)、量子假設(shè)等等)已經(jīng)表明，光微波作用于物質(zhì)所轉(zhuǎn)化的能量與頻率的一次方成正比，卻不是高階函數(shù)的多項(xiàng)式。而且，波粒二相性表明光波作用效應(yīng)與頻率成線(xiàn)性關(guān)系，卻不是非線(xiàn)性。4．由式(2-3)還可看出，因它是距離的多項(xiàng)式函數(shù)，則意味著流出面的電磁能量不等于流出面的電磁能量，這意味著在自由空間()存在能量損失。這與事實(shí)不符。這種基于波能量的觀點(diǎn)而得出來(lái)的波理論卻違背能量守恒定律，難道我們?nèi)匀弧暗眠^(guò)且過(guò)”嗎。5．即便是近似計(jì)算，當(dāng)(距離)(振子)時(shí)，對(duì)能量密度求取球面積分得到，即從球面?zhèn)鞑コ鰜?lái)的能量是負(fù)值。實(shí)難理解負(fù)能量的傳播，似乎遙遠(yuǎn)的自由空間是個(gè)發(fā)射源、發(fā)射天線(xiàn)成為接收設(shè)備。顯然,這與客觀事實(shí)不符。正如洛侖茲指出的那樣“麥克斯韋也從不問(wèn)及電磁場(chǎng)是怎么產(chǎn)生的，在他的理論中，似乎電磁場(chǎng)來(lái)自無(wú)窮遠(yuǎn)處，一種不需要源的場(chǎng)”。6．即便使用來(lái)計(jì)算，但是從面上流出來(lái)的能量，也存在上述類(lèi)似的問(wèn)題。由此可見(jiàn)，輻射理論與工程應(yīng)用不符、與客觀事實(shí)不符，至少說(shuō)人們使用的電場(chǎng)波和磁場(chǎng)波不是麥克斯韋的旋度理論的波，盡管寫(xiě)文章時(shí)戴上“麥克斯韋旋度理論”的帽子。圖2-1球面積分圖2-1球面積分WW圖2-2傳播能量與頻率關(guān)系7．從(2-1)式～(2-2)式不難看出，、都不滿(mǎn)足距離平方反比律這個(gè)準(zhǔn)則，也就是說(shuō)流出面的場(chǎng)量不等于流出面的場(chǎng)量，即違背了場(chǎng)量的守恒性，似乎自由空間吞食了場(chǎng)量或無(wú)中生有的誕生了場(chǎng)量。而百年來(lái)無(wú)線(xiàn)電工程已經(jīng)證實(shí)“距離平方反比律是真理”。總之，輻射場(chǎng)并非旋度理論所為。假如輻射場(chǎng)是旋度理論所為，那么：家用(或)的電源，取，若按照麥克斯韋旋度場(chǎng)理論計(jì)算，其輻射場(chǎng)強(qiáng)高達(dá)，而空氣的電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度只有，豈能居??；當(dāng)逐漸趨近于零頻時(shí)，旋度場(chǎng)理論決定的=，這就不客觀了，按理說(shuō)，麥克斯韋理論依據(jù)是來(lái)源于直流的安培環(huán)流定律改造和電磁感應(yīng)，理應(yīng)在零頻附近連續(xù)，即當(dāng)趨近時(shí)，才合理，可見(jiàn)由旋度場(chǎng)理論得到的輻射方程沒(méi)有自恰性；旋度場(chǎng)理論的波能量密度是距離的多項(xiàng)式函數(shù)，流出球面的電磁能量不等于流出球面的電磁能量，而且還是負(fù)值能量，這意味著能量來(lái)自無(wú)窮遠(yuǎn)處而進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)，顯然與客觀實(shí)踐不符?？梢则?yàn)算旋度理論得出的結(jié)論，場(chǎng)量與所謂的波能量都不滿(mǎn)足距離平方反比律。誰(shuí)真正使用了自由空間的旋度場(chǎng)理論？我看沒(méi)有人。如上所言，如果說(shuō)輻射電場(chǎng)是麥克斯韋旋度理論所為，那么我們都被高電場(chǎng)擊死了。麥克斯韋傳播的電波存在以上7個(gè)致命問(wèn)題，它是無(wú)線(xiàn)電工程中的電波嗎？不是！2.2接收?qǐng)霾皇切确匠趟鶠榘凑整溈怂鬼f旋度理論，時(shí)變電場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)，而時(shí)變磁場(chǎng)又產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)，如此交替產(chǎn)生，使得波能量在以太媒質(zhì)中振蕩傳播，于是有能流密度，和總是交織在一起，難分難舍，同時(shí)出現(xiàn)。因此，麥克斯韋關(guān)于自由空間的旋度場(chǎng)理論的最終結(jié)論是波能流密度。我們要討論的是，接收天線(xiàn)上的信號(hào)形成機(jī)理是接收了獨(dú)立輻射的矢量場(chǎng)或是接收了旋度理論的互生場(chǎng)？本節(jié)指出無(wú)線(xiàn)電工程應(yīng)用中不是接收了麥克斯韋的互生場(chǎng)。2.2.1廣義洛侖茲磁力形成接收信號(hào)的電流先見(jiàn)4.4節(jié)，設(shè)有一個(gè)發(fā)射振子和一個(gè)接收振子，如圖2-3所示。收發(fā)天線(xiàn)平行且相距很遠(yuǎn)，即。設(shè)發(fā)射天線(xiàn)輻射了獨(dú)立矢量場(chǎng)，并以速度對(duì)著接收天線(xiàn)輻射，則根據(jù)廣義洛侖茲磁力，接收天線(xiàn)上的金屬電子在洛侖茲電力和廣義洛侖茲磁力的作用下作上下移動(dòng)，從而形成時(shí)變電流，時(shí)變電流的大小與成電壓放大電壓放大幅度顯示接收發(fā)射×距離圖2-3電波發(fā)、收簡(jiǎn)圖場(chǎng)矢量傳播×××××××正比，即它與距離平方成反比，于是經(jīng)過(guò)放大后在示波器上顯示的電壓幅度也與距離平方成反比。這就是接收信號(hào)的電流形成原理。詳見(jiàn)4.4節(jié)。2.2.2設(shè)有一個(gè)發(fā)射振子和一個(gè)接收振子，如圖2-4所示。參見(jiàn)(2-3)式，當(dāng)收發(fā)天線(xiàn)相距很遠(yuǎn)，時(shí)，即在通信應(yīng)用中，按照麥克斯韋理論推導(dǎo)出來(lái)的結(jié)論是波能量在以太媒質(zhì)中振蕩傳播[4]：注意到，到達(dá)接收天線(xiàn)上有三個(gè)參量：、、。對(duì)于信號(hào)電流的形成，到底(2-4)(2-5)(2-6)電壓放大電壓放大幅度顯示接收發(fā)射圖2-4坡印亭能流能量傳播是和的作用結(jié)果呢？或是的作用結(jié)果？本書(shū)第4.4節(jié)已經(jīng)用廣義洛侖茲力正明了接收信號(hào)的作用機(jī)理，但考慮到麥克斯韋波動(dòng)方程之波能量振蕩傳播觀點(diǎn)，所以在這里用他的波能量之觀點(diǎn)來(lái)批判他的旋度理論。1.在式(2-6)中出現(xiàn)了負(fù)號(hào)，輻射負(fù)能量是可笑的。如果把上式的能流密度寫(xiě)成（2-7）式中是求坐標(biāo)中的單位矢量，表示輻射的方向。這意味著電流源向外輻射“負(fù)能量”。顯然，輻射負(fù)能量是可笑的。如果把上式的能流密度寫(xiě)成(2-8)式中表示與反方向。它意味著能流在倒流，顯然與客觀事實(shí)不符。其實(shí)，嚴(yán)格的講，從旋度理論得出的結(jié)論(2-3)式來(lái)看，所謂的能量是距離的多項(xiàng)式，場(chǎng)量和所謂的波能量都不滿(mǎn)足距離平方反比律。2.假如有人認(rèn)為：輻射理論是麥克斯韋的，而接收理論是洛侖茲的。那么請(qǐng)參見(jiàn)圖2-3。金屬電子在電場(chǎng)力作用下形成了信號(hào)電流，則：、(是輸入阻抗)、屏幕上顯示的信號(hào)幅度。它未滿(mǎn)足距離平方反比律，所以它與客觀事實(shí)不符，可見(jiàn)由麥克斯韋旋度方程得出的結(jié)論式(2-4)與客觀事實(shí)不符，因?yàn)楣こ虒?shí)踐中是。3.如果基于麥克斯韋的(2-5)式，由于，那么即使運(yùn)用廣義洛侖茲磁力，那么由于，乘以輸入阻抗便是信號(hào)的電壓幅度(是輸入阻抗)，屏幕上顯示的信號(hào)幅度。這仍然與客觀事實(shí)也不符，因?yàn)橥ㄐ爬走_(dá)業(yè)已證明信號(hào)幅度與距離平方成反比?？梢?jiàn)由麥克斯韋方程得出的結(jié)論式(2-5)還是與事實(shí)不符。4.如果基于(2-6)式，即能流密度作用接收天線(xiàn)(一根細(xì)導(dǎo)線(xiàn))而形成了信號(hào)電流，這似乎在遠(yuǎn)區(qū)式(2-6)“約等于”距離平方反比律。但是，由于的方向與天線(xiàn)上信號(hào)電流的方向垂直，其信號(hào)形成的物理過(guò)程實(shí)難理喻。況且，如果認(rèn)為接收天線(xiàn)是接收了電磁能量，那么接收天線(xiàn)就該做成一個(gè)“口袋”狀才能使能量流進(jìn)這個(gè)口袋。然而通信工程證明收發(fā)天線(xiàn)平行最佳。提醒的微波專(zhuān)家注意，請(qǐng)您思考物理概念和物理本質(zhì)。由此可見(jiàn)，接收旋度場(chǎng)與信號(hào)電流的形成機(jī)理不符、違背了距離平方反比律?？梢赃@么講，式(2-4)～(2-6)沒(méi)有立足之地。至少這樣說(shuō)，工程實(shí)踐中并未接收麥克斯韋的旋度場(chǎng)。到此，大家可以想一想，自由空間的電波不是旋度理論所為，接收的電波不是旋度理論所為，這意味著什么呢？這就是說(shuō)，舉著麥克斯韋理論的旗幟卻未使用自由空間的旋度場(chǎng)。總之接收?qǐng)霾⒎切壤碚撍鶠椤Ｐ壤碚摰木枋请妶?chǎng)與磁場(chǎng)同生共死地交織在一起，從而以能流密度在自由空間中傳播。從概念上講，接收不是波能流流進(jìn)了天線(xiàn)這個(gè)“口袋”，而是半波振子天線(xiàn)接收了獨(dú)立矢量場(chǎng)，獨(dú)立矢量場(chǎng)在洛侖茲力的作用下形成了信號(hào)電流。從計(jì)算上講，因?yàn)槭蔷嚯x的高階多項(xiàng)式，而且是“負(fù)能量”，顯然不是接收。同樣地，接收天線(xiàn)也不是接收了由旋度理論傳播的，因?yàn)槠涫沟眯盘?hào)強(qiáng)度違背距離平方成反比律。本書(shū)4.4節(jié)用廣義洛侖茲磁力解釋了接收信號(hào)的形成原理，與工程實(shí)踐一致。既然如此，則說(shuō)明無(wú)線(xiàn)電工程中接收到的場(chǎng)并不是麥克斯韋理論的旋度場(chǎng)。2.3傳輸場(chǎng)不是旋度方程所為按照麥克斯韋旋度理論，時(shí)變電場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)，而時(shí)變磁場(chǎng)又產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)，如此交替產(chǎn)生，使得波能量在以太媒質(zhì)中振蕩傳播，于是有能流密度，和總是交織在一起，難分難舍，同時(shí)出現(xiàn)。因此，麥克斯韋關(guān)于自由空間的旋度場(chǎng)理論的最終結(jié)論是波能流密度。現(xiàn)在我們必須考察電磁波傳輸是否是波能流行為？2.3.1金屬波導(dǎo)傳輸場(chǎng)問(wèn)題洛侖茲創(chuàng)建了金屬電子理論，他的結(jié)論是，電荷的運(yùn)動(dòng)是一切電磁場(chǎng)的根源。磁控管產(chǎn)生的時(shí)變電場(chǎng)和時(shí)變磁場(chǎng)就是如此，陰極發(fā)射的電子在正交恒定電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，受洛侖茲力而作時(shí)變運(yùn)動(dòng)，即時(shí)變電荷產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)，時(shí)變電流產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)。這個(gè)時(shí)變電場(chǎng)和時(shí)變磁場(chǎng)是如何通過(guò)金屬波導(dǎo)傳輸至天線(xiàn)上去的呢？我們?cè)?.7節(jié)中，根據(jù)廣義洛侖茲磁力闡述了它的物理過(guò)程。這里我們指出，工程中傳輸?shù)碾姴ú皇莻鬏旣溈怂鬼f的旋度波。目前麥克斯韋理論是這樣敘述的。以波在矩波導(dǎo)中傳輸為例，由旋度理論得到波動(dòng)方程[4]P315～325，解波動(dòng)方程得到電磁波沿著正方向的傳輸方程是(2-9)式中是磁場(chǎng)強(qiáng)度幅值，是波導(dǎo)寬邊尺寸，，但是：1．激勵(lì)源(振蕩器)輸出的一個(gè)確定的能量，被分散在波導(dǎo)中。那么、邊尺寸越大則磁場(chǎng)應(yīng)當(dāng)越分散，場(chǎng)強(qiáng)(幅值)應(yīng)當(dāng)越小，這才合理。可是，由式(2-9)所描述的和居然與邊成正比，這就不合理了。見(jiàn)圖2-5，實(shí)際匹配工作是調(diào)節(jié)波導(dǎo)長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，同一振蕩源連接較大波導(dǎo)，豈能獲得較大場(chǎng)強(qiáng)？所謂的波能量從何而來(lái)？豈不是違背能量守恒原則。振蕩源完全相同圖2-5相同的源被接上不同的波導(dǎo)振蕩源完全相同圖2-5相同的源被接上不同的波導(dǎo)波導(dǎo)尺寸僅b邊相同2．見(jiàn)圖2-6，兩波導(dǎo)的相等、截面相等，兩振蕩源的能量和也相等.差別是振蕩源的頻率分別為與。按道理講，既然兩者輸入口的能量相等、并設(shè)功率轉(zhuǎn)換相同、損耗相等，則輸出口場(chǎng)強(qiáng)幅度應(yīng)該相等才是。然而,由式(2-7)確定場(chǎng)強(qiáng)幅度不相等，那么所謂的波能量從何而來(lái)？豈不是違背能量守恒原則。波導(dǎo)截面完全相同波導(dǎo)截面完全相同振蕩源輸出能量相等圖2-6相同波導(dǎo)接入不同的源3．作為解邊界條件，式(2-7)中應(yīng)該含有窄邊尺寸參數(shù)，然而沒(méi)有，使得波導(dǎo)出口的輸出能量不是一個(gè)確定解。因此這個(gè)傳輸模型的真?zhèn)涡灾档脩岩伞?．更奇怪的是這個(gè)“旋度理論－波動(dòng)方程－能流密度”一整套方程常常出現(xiàn)能量倒流的奇怪現(xiàn)象，2.1節(jié)曾經(jīng)指出旋度理論輻射負(fù)能量之怪象，這里又發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題。即，這意味著所謂的波能量從喇叭口向著振蕩原傳輸進(jìn)來(lái)而不是傳輸出去。這顯然與客觀事實(shí)不符。由此可見(jiàn)，基于旋度理論的金屬波導(dǎo)傳輸場(chǎng)模型違背能量守恒原則，而且是傳輸負(fù)能量或者說(shuō)能量來(lái)自自由空間向著振蕩源傳輸，顯然與客觀事實(shí)不符，這能說(shuō)波導(dǎo)制造是旋度理論所為嗎？不能！人們雖然舉著麥克斯韋理論旗幟，而微波工程師在實(shí)際工作中卻有另一套經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停蛘哒f(shuō)人們無(wú)法真正使用旋度理論。第一章根據(jù)廣義洛侖茲磁力敘述了在金屬波導(dǎo)中傳輸場(chǎng)的物理過(guò)程，并論述了寬窄邊的最佳尺寸分別是和，這與工程實(shí)踐一致。既然如此，則說(shuō)明金屬波導(dǎo)中的傳輸場(chǎng)不是旋度理論所為。否則，就與客觀事實(shí)不符。2.3.2介質(zhì)波導(dǎo)傳輸場(chǎng)問(wèn)題目前已有的介質(zhì)波導(dǎo)是光纖通訊和海洋通訊。如果按照麥克斯韋旋度理論，可見(jiàn)的介質(zhì)和不可見(jiàn)的以太在電動(dòng)力扭拉下形成電位移，電位移是位移電流的先兆，位移電流產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)，而時(shí)變磁場(chǎng)又產(chǎn)生時(shí)變電場(chǎng)，如此交替產(chǎn)生，使得波能量以能流密度向空間四周傳播。假如您要真正的運(yùn)用旋度場(chǎng)理論，那么就沒(méi)有介質(zhì)波導(dǎo)，因?yàn)榻橘|(zhì)和介質(zhì)中的電位移比自由空間的電位移更大，即，，而且麥克斯韋那種場(chǎng)產(chǎn)生出場(chǎng)的觀點(diǎn)，一個(gè)電場(chǎng)圓圈在四周產(chǎn)生磁場(chǎng)圓圈，磁場(chǎng)圓圈又在其四周產(chǎn)生電場(chǎng)圓圈，使得您無(wú)法規(guī)定能流密度奔向何方。本小節(jié)的討論要點(diǎn)是：電磁波在介質(zhì)中傳輸，到底是旋度理論的波能流行為？或是獨(dú)立輻射理論的獨(dú)立矢量場(chǎng)行為？本下節(jié)則否定了麥克斯韋互生場(chǎng)的說(shuō)法。1.傳輸過(guò)程是獨(dú)立矢量場(chǎng)行為基于獨(dú)立矢量場(chǎng)迭加原理，如圖2-7所示。在入射點(diǎn)上有法向電場(chǎng),,和有切向電場(chǎng),,?？紤]邊界條件的連續(xù)性，于是有（2-10）圖2-7獨(dú)立矢量場(chǎng)行為圖2-7獨(dú)立矢量場(chǎng)行為即（2-11）上式的第一式也指面電荷密度連續(xù)，第二式也指切向電場(chǎng)連續(xù)。式中和分別是介質(zhì)1和2的電介常數(shù)，下標(biāo)分別表示入射、反射、折射。求解方程組（2-11），得到(2-12)我們可以檢驗(yàn)兩種典型結(jié)論，即全反射和無(wú)反射。全反射情況即為光纖通訊，無(wú)反射情況即為海水中通訊。1)當(dāng)時(shí)(這里要求，比如是自由空間而是光纖),則根據(jù)斯耐爾定理，得，，于是，這就使得反射場(chǎng)強(qiáng)等于入射場(chǎng)強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)光纖通訊。工程實(shí)踐業(yè)已證實(shí)了這種獨(dú)立輻射場(chǎng)的觀點(diǎn)。2)當(dāng)時(shí)，則根據(jù)斯耐爾定理，且，，于是，這就使得地面輻射的電波在海面上沒(méi)有反射，從而電波可進(jìn)入海水中使?jié)撍畣T收到信號(hào)。工程實(shí)踐業(yè)已證實(shí)了這種獨(dú)立矢量場(chǎng)的觀點(diǎn)。2.傳輸過(guò)程不是旋度理論的能流密度行為以上的電波傳輸過(guò)程完全是獨(dú)立矢量場(chǎng)的行為，與麥克斯韋旋度場(chǎng)理論的波能流毫無(wú)關(guān)系。許多工程實(shí)踐都是如此，舉著麥克斯韋理論的旗幟，而實(shí)際上用的是其它理論。現(xiàn)在我們假如使用麥克斯韋旋度場(chǎng)理論所得到的波能流密度來(lái)計(jì)算傳輸能流密度，情況怎樣呢？計(jì)算如下：由于能流密度是矢量，能流在分界面上連續(xù)，參見(jiàn)圖2-8。圖2-8假如傳輸是波能量行為圖2-8假如傳輸是波能量行為法向能流連續(xù)：（2-13）切向能流連續(xù)：（2-14）即（2-15）解此方程組得到（2-14）比較(2-14)式與(2-12)式，不難看出，雖然兩者結(jié)構(gòu)形式相同，但在內(nèi)容上與工程實(shí)踐不符。也就是：①當(dāng)時(shí)，，無(wú)法實(shí)現(xiàn)光纖通信；②當(dāng)時(shí)，，無(wú)法與潛水員通信。兩種情況都與工程實(shí)踐不符。因此說(shuō)，從媒質(zhì)1到媒質(zhì)2的光纖通信和潛水員通信不是麥克斯韋的波能流密度行為。從以上工程實(shí)踐，可以這樣總結(jié)本章：在介質(zhì)波導(dǎo)(如光纖通訊和潛水員通訊)中的傳輸場(chǎng)均為獨(dú)立矢量場(chǎng)的斯耐爾定理和菲涅耳原理，卻不是旋度理論的波能流原理。百多年來(lái)人們舉著麥克斯韋理論的旗幟，而在工程實(shí)踐中卻是另辟路徑?？傊畟鬏攬?chǎng)并非旋度理論所為。對(duì)于介質(zhì)波導(dǎo)(如光纖通訊和潛水員通訊)中的傳輸場(chǎng)均為獨(dú)立矢量場(chǎng)的斯耐爾定理和菲涅耳原理，卻不是旋度理論的波能流原理。對(duì)于金屬波導(dǎo)，第1.7.3節(jié)根據(jù)廣義洛侖茲磁力解釋了在金屬波導(dǎo)中傳輸獨(dú)立場(chǎng)的物理過(guò)程，并指出了寬窄邊的最佳尺寸分別是和，這與工程實(shí)踐一致。但是，基于旋度理論的金屬波導(dǎo)傳輸場(chǎng)模型宣稱(chēng)波能量卻違背能量守恒原則，而且是傳輸負(fù)能量或者說(shuō)能量來(lái)自無(wú)窮遠(yuǎn)處向著振蕩源傳輸，顯然與客觀事實(shí)不符，這能說(shuō)波導(dǎo)制造是旋度理論所為嗎？不能！人們雖然舉著麥克斯韋理論旗幟，而微波工程師在實(shí)際工作中卻有另一套經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，或者說(shuō)人們無(wú)法真正使用旋度理論。2.4波束形成不是旋度方程所為波束形成的方法很多種，于是出現(xiàn)了各式各樣的天線(xiàn)，我們說(shuō)波束形成并非旋度理論所為，是因?yàn)椴ㄊ妶?chǎng)和磁場(chǎng)不是由旋度方程計(jì)算得到的，也不是由同生同死的波能流計(jì)算得到的，而是獨(dú)立輻射場(chǎng)疊加而得到的。圖2-9口徑天線(xiàn)圖2-9口徑天線(xiàn)拋物面焦點(diǎn)口徑天線(xiàn)的波束形成主要靠幾何光學(xué)法，如圖2-9。饋源至焦點(diǎn)，經(jīng)拋物面反射后聚焦成束，向著自由空間輻射，手電筒就是這個(gè)原理。當(dāng)回波到來(lái)時(shí)，經(jīng)過(guò)拋物面天線(xiàn)反射，回波又聚焦在饋源上，從而傳輸?shù)浇邮諜C(jī)。這里，微波工程師使用了拋物面上的面電流概念，之所以有面電流，那是因?yàn)轲佋摧椛涞綊佄锩嫔?，在廣義洛侖茲磁力的作用下，金屬電子所形成的面電流(壁電流)。詳見(jiàn)1.6節(jié)。讀者可以驗(yàn)算，有拋物面輻射出來(lái)的電場(chǎng)波或磁場(chǎng)波并不滿(mǎn)足麥克斯韋的兩個(gè)旋度方程。因此我們說(shuō)，波束形成并非旋度理論所謂。相控波束的形成原理如圖2-10所示。各個(gè)子波束到達(dá)空間的場(chǎng)強(qiáng)是，相位是，其中是輻射距離所引起的相移量，是為了控制波束方向而在電路上施加的相控量，。功率分配器使各個(gè)子天線(xiàn)分配一定的功率。調(diào)節(jié)各個(gè)通道中的和可控制波束的方向。當(dāng)距離很遠(yuǎn)時(shí)，其電場(chǎng)強(qiáng)度是。注意到這里的波束形成原理并沒(méi)有使用或，也沒(méi)有使用旋度理論的結(jié)論，這是距離平方反比律的關(guān)鍵問(wèn)題。在計(jì)算中更沒(méi)有使用同生共死的。而是獨(dú)立矢量場(chǎng)的疊加。假如使用同生共死的能流密度來(lái)疊加，則得不到現(xiàn)實(shí)的相控波束。反過(guò)來(lái)說(shuō)，也是一樣的?，F(xiàn)實(shí)的波束并不滿(mǎn)足兩個(gè)旋度方程組。誰(shuí)使用了旋度理論？我看沒(méi)有人使用！圖2-10相控陣天線(xiàn)圖2-10相控陣天線(xiàn)功率分配器縫隙天線(xiàn)也是如此，沒(méi)有人從麥克斯韋旋度方程組計(jì)算出電磁強(qiáng)度來(lái)合成，而是對(duì)獨(dú)立電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行合成，也不是對(duì)旋度理論結(jié)論的能流密度之疊加。因此我們可以這樣講，自由空間的波束形成并非麥克斯韋的旋度理論所謂。以上獨(dú)立矢量場(chǎng)是用來(lái)表述的，使用來(lái)表述，其道理是一樣的。均屬于獨(dú)立矢量場(chǎng)。像這類(lèi)例子很多，由于篇幅限制，本書(shū)從略，讀者可以自行舉例?？傊ㄊ纬刹⒎切壤碚撍鶠?。雷達(dá)口徑天線(xiàn)可按照幾何光學(xué)原理聚焦成波束，其面電流的形成正是廣義洛侖茲磁力之作用原理卻不是旋度理論的波能流原理?？p隙天線(xiàn)和相控陣波束的形成原理是的獨(dú)立矢量場(chǎng)疊加而成，接收信號(hào)的幅度與距離平方成反比，不是旋度理論的場(chǎng)量疊加，更不是同生共死的之能量疊加。百多年來(lái)，微波專(zhuān)家在實(shí)踐中總結(jié)出獨(dú)立矢量場(chǎng)的幾何光學(xué)法、斯耐爾定理、惠更斯原理、菲涅耳原理、洛侖茲磁力、契比雪夫多項(xiàng)式等等實(shí)現(xiàn)方法。因此我們可以說(shuō)，人們舉著麥克斯韋理論旗幟卻沒(méi)有真正使用了旋度場(chǎng)理論。而是另辟途徑。遺憾的是，百年來(lái)，專(zhuān)家學(xué)者總是用麥克斯韋的旋度場(chǎng)理論在學(xué)術(shù)文章中旋來(lái)旋去，顯得很有學(xué)問(wèn)。而實(shí)際上是缺乏物理概念和物理本質(zhì)的深究。2.5電子感應(yīng)加速器不是旋度方程所為2.5.1電子感應(yīng)加速器不是旋度理論所為目前電子感應(yīng)加速器說(shuō)洛侖茲磁力作法向力，洛侖茲電力作切向力。但在1.7節(jié)中已經(jīng)論述了，最佳效果應(yīng)當(dāng)是兩者都用洛侖茲磁力。而麥克斯韋旋度場(chǎng)理論卻造成方程不成立，顯然電子感應(yīng)加速器并非麥克斯韋電磁場(chǎng)理論所為。本小節(jié)再次重述，以構(gòu)成本章的整體性。麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的精髓是“互生場(chǎng)”，即（和），它表示空間某點(diǎn)的磁場(chǎng)變化在該點(diǎn)產(chǎn)生電場(chǎng)，與過(guò)去、未來(lái)無(wú)關(guān)，只與此時(shí)刻、此地點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)變化率有關(guān)。由于圖1-43是圓對(duì)稱(chēng)的，所以在圓柱坐標(biāo)上表示為（2-17）由于，，而且在加速器中，于是上式成為（2-18）（2-19）（2-20）解邊界條件：當(dāng)時(shí)，有，則，于是上式成為（2-21）所以，在的真空環(huán)上的電場(chǎng)是（2-22）式中是按旋度方程求解的真空環(huán)上的電場(chǎng)，是真空環(huán)上的磁場(chǎng)，是整個(gè)圓面半徑。此式表明：真空環(huán)上點(diǎn)的磁場(chǎng)發(fā)生變化，在該點(diǎn)產(chǎn)生了電場(chǎng)。注意到=常數(shù)，則是非時(shí)變的。電場(chǎng)力恰是切向方向，用作加速電子。法向力即向心力仍為洛侖茲磁場(chǎng)力，于是運(yùn)用牛頓第二定律，便有（2-23）（2-24）聯(lián)解式(2-22)、(2-23)和(2-24)，得到（2-25）即（2-26）顯然，此式不成立。這正是本章要達(dá)到的目的。無(wú)論如何，如果使用麥克斯韋旋度方程的本意來(lái)設(shè)計(jì)電子感應(yīng)加速器，必然存在無(wú)法彌補(bǔ)的缺陷。因?yàn)槭?2-23)不成立。因此說(shuō)，電子感應(yīng)加速器真空環(huán)中的時(shí)變磁場(chǎng)卻無(wú)法使用旋度理論而得到加速電場(chǎng)。2.5.2真空位移電流不產(chǎn)生磁場(chǎng)設(shè)長(zhǎng)為的位移電流，即，在圖2-11中電容板間的距離是，按照麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，此將產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么在柱坐標(biāo)中表示，就是[4]：(2-27)式中是自由空間某一點(diǎn)，是柱坐標(biāo)上的單位矢量。式(2-27)是按照安培定律計(jì)算出來(lái)的。因?yàn)辂溈怂鬼f對(duì)安培環(huán)路定律進(jìn)行旋度化改造，我們就來(lái)看看改造結(jié)果如何。注意，按照麥克斯韋旋度理論，時(shí)變電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么因是時(shí)變的，其計(jì)算式就成為：(2-28)這是旋度的結(jié)果。結(jié)合圖2-11并參見(jiàn)式(2-28)，不難發(fā)現(xiàn)，至少說(shuō)旋度方程在計(jì)算上自相矛盾。注意：是時(shí)變的，照麥克斯韋的說(shuō)法，時(shí)變電場(chǎng)產(chǎn)生旋渦磁場(chǎng)，但是式(2-28)~~+-圖2-11位移電流在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)傳導(dǎo)線(xiàn)被屏蔽與其自身的不符，究其原因，參見(jiàn)3.2節(jié)，是麥克斯韋在改造安培環(huán)路定律的過(guò)程中未注意到斯托克斯公式的使用條件。另一種計(jì)算是，你也可以設(shè)電容中的時(shí)變電場(chǎng)按照正余弦規(guī)律變化，即把帶入目前旋度理論計(jì)算的(2-1)式中(替換)，得到（2-3）式之結(jié)論，但是這與式(2-28)不一致。其實(shí)更惱火的事情是，麥克斯韋認(rèn)為傳導(dǎo)電流與真空位移電流是連續(xù)的，。這意味著電容短路了，無(wú)電荷積累，它與客觀事實(shí)不符。2.5.3變磁場(chǎng)不產(chǎn)生現(xiàn)在有一線(xiàn)性時(shí)變電場(chǎng)，分布在圓面上如圖2-12所示(它實(shí)際上是目前電子感應(yīng)加速器的線(xiàn)性事變磁場(chǎng)分布)，真空環(huán)上的時(shí)變磁場(chǎng)為，內(nèi)圓面上的時(shí)變磁場(chǎng)為，在電子感應(yīng)加速器的設(shè)計(jì)中需求解真空環(huán)上P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。如果按照麥克斯韋電磁場(chǎng)理論(在空間某一點(diǎn)的磁狀態(tài)發(fā)生改變，則在該點(diǎn)產(chǎn)生旋渦電場(chǎng)，它與歷史無(wú)關(guān)，故稱(chēng)為“無(wú)源論”)來(lái)計(jì)算，即，使用方程來(lái)計(jì)算，于是在柱坐標(biāo)上有：(2-29)積分得到(2-30)式中是圓心到真空環(huán)上某一點(diǎn)的距離，是待定常數(shù)，解邊界條件：當(dāng)=0時(shí)，方程兩邊應(yīng)