83、方波电磁脉冲计算技术探究

方波电磁脉冲计算技术探究

1 背景介绍

1.1 历史回顾

在电磁学领域，奥利弗·赫维赛德（Oliver Heaviside）做出了重要贡献，他对如今广为人知的麦克斯韦方程组进行了精妙的表述。此外，他还首次提出，在包含电容器、电感器和电阻器的电气网络中，电与磁相互作用的真正根源在于能量流的概念。他认为，在麦克斯韦理论中，导线中的电流会建立起势能和动能（磁能），而实际上应该反过来，导线中的电流是由周围介质传输的能量所建立的。电能和磁能的总和就是从电池向导线传输能量的电气设备的能量，其总量以及能量传输的速率都是确定的。

赫维赛德对传输线和横电磁（TEM）信号行为的分析，与约翰·亨利·坡印廷（John Henry Poynting）和尼古拉·乌莫夫（Nikolay Umov）的工作并行。他们的名字与乌莫夫 - 坡印廷（UP）矢量相关联，该矢量也被称为坡印廷矢量，用数学公式表示为(S = E × H)，其中(E)是电场，(H)是磁场。(S)的方向决定了能量流的方向，且能量流在介质中的传播速度始终为(c = 1/√με)，其中(μ)和(ε)分别是介质的绝对磁导率和介电常数。

目前，电磁波在计算机系统的通信中得到了广泛应用，但所需的所有开关操作都是通过基于半导体的电路来完成的。那么，是否有可能利用电磁波进行计算呢？在不同领域已经有许多相关的研究尝试，如光量子计算、使用孤子的一维晶格以及共振等离子体流网络等。人造的超材料也显示出了强大的潜力，它们不仅可以在空间上，还能在时间上对场和波进行操控，从而用于解决数学运算问题。

1.2 传输线理论基础

传输线（TL）理论和设计在工程和物理科学的多个领域都有应用和研究。传输线可以用分布电路