中国科技大学：《电磁场理论》 第七章 电波传播理论基础

第七章电波传播理论基础 实际空间充满了各种不同电磁特性的介质。电 磁波在不同介质中传播表现出不同的特性。人 们正是通过这些不同的特性获取介质或目标性 质性的理论依据。因此电波传播是无线通信 遥感、目标定位和环境监测的基础

实际空间充满了各种不同电磁特性的介质。电 磁波在不同介质中传播表现出不同的特性。人 们正是通过这些不同的特性获取介质或目标性 质性的理论依据。因此电波传播是无线通信、 遥感、目标定位和环境监测的基础。 第七章 电波传播理论基础

卫星信号通过电离层和大 气层,信号波形将发生改 变。因此卫星通信须考虑 电离层和大气的影响,采 取的相应的修正方法。 使卫星通信能够实现, 选择什么样的载波信号 传输的信息,必须考虑 电离层和大气对电磁波 的作用,选择那种适合 卫星通信的频率,使得 卫星通信能够正常进彳

卫星信号通过电离层和大 气层，信号波形将发生改 变。因此卫星通信须考虑 电离层和大气的影响，采 取的相应的修正方法。 使卫星通信能够实现， 选择什么样的载波信号 传输的信息，必须考虑 电离层和大气对电磁波 的作用，选择那种适合 卫星通信的频率，使得 卫星通信能够正常进行

GPS定位系统 在确定目标的 精确位置时, 必须考虑电磁 波在电离层和 大气中传播中 波传播速度的 修正

GPS定位系统 在确定目标的 精确位置时， 必须考虑电磁 波在电离层和 大气中传播中 波传播速度的 修正

主要内容: 理想介质空间电磁波的传播 等效波阻抗概念及其应用 波在界面上的反射、折射及其应用 有耗介质中波的传播 介质的色散和波传播的速度概念 电磁波的衍射现象及其应用 各向异性介质波的传播问题

主要内容： 理想介质空间电磁波的传播 等效波阻抗概念及其应用 波在界面上的反射、折射及其应用 有耗介质中波的传播 介质的色散和波传播的速度概念 电磁波的衍射现象及其应用 各向异性介质波的传播问题

7.1行波、驻波与波阻抗 1电磁波的反射、透射与行波驻波状态 在无源线性各向同性均匀介质空间中,如 果空间无界, Maxwe I方程的基本解为平面 电磁波 E(=Eexp(jk.r TH(=Hoexp(-jk Ea⊥H。⊥k

7.1 行波、驻波与波阻抗 1 电磁波的反射、透射与行波驻波状态 在无源线性各向同性均匀介质空间中，如 果空间无界，Maxwell方程的基本解为平面 电磁波： ( ) ( ) ( ) ( )    = −  = −  H r H k r E r E k r exp j exp j 0 0   ⊥ ⊥ = = 0 0 0 0 H E E H k

无界介质空间是理想模型,实际空间总是由多种 不同介质组成。因此电磁波在传播过程中不可避 免的要遇到各种不同形状的介质分界面。 入射波 反射波 感应极化电荷 极化电流层 透射波 界面两侧介质电磁特性不同,入射电磁波在界面两侧 的薄层内感应出随时变化的极化电荷、极化电流和磁 化电流,成为新的电磁波辐射源。新的辐射源向界面 两侧辐射电磁波,其中在入射波所在介质空间的部分 称为反射波,在界面另一侧的称为透射波或折射波

无界介质空间是理想模型，实际空间总是由多种 不同介质组成。因此电磁波在传播过程中不可避 免的要遇到各种不同形状的介质分界面。 界面两侧介质电磁特性不同，入射电磁波在界面两侧 的薄层内感应出随时变化的极化电荷、极化电流和磁 化电流，成为新的电磁波辐射源。新的辐射源向界面 两侧辐射电磁波，其中在入射波所在介质空间的部分 称为反射波，在界面另一侧的称为透射波或折射波。 入射波 反射波 透射波 感应极化电荷 极化电流层

设空间由两种不同介质组成,平面电磁 波自介质1垂直入射到介质的分界面 入射波E 介质24B H+ 反射滤」E 透射波 H

设空间由两种不同介质组成，平面电磁 波自介质 1 垂直入射到介质的分界面 2 1 1    = 2 2 2    =

入射波电场的复振幅 介质空间1 E()=2E+E,M 中的电磁场H1()=2Ee-Eex 反射波电场复振幅 介质空间2E2()=,Ec 中的电磁场 (r) k1=VA1k2=O\V262 透射波电场复振幅 匹E,厶之间满是什么关系?

( )    ( )       = − = + − − y k z k z k z k z x E e E e eˆ eˆ E e E e 1 1 1 1 j r j i 1 1 j r j 1 i  H r E r ( )  ( )     = = − − y k z k z x E e eˆ eˆ E e 2 2 j t 2 2 j 2 t  H r E r 介质空间1 中的电磁场 反射波电场复振幅 入射波电场的复振幅 透射波电场复振幅 1 1 1 2 2 2 k =   k =   介质空间2 中的电磁场 Ei ，Er ，Er 之间满足什么关系？

利用在介质的分界面上电磁场满足边界条件 n(E,-E1)=0→E;+E=E n×(H2-H1)=0→ EEE 7171772 定义反射波振幅与入射波振幅之比为反射系数, 利用上述关系得到反射系数: E 772-71 e=ET E;72+7 如果介质是理想介质,反射系数为实数

利用在介质的分界面上电磁场满足边界条件 ( ) ( ) 2 t 1 r 1 i 2 1 2 1 i r t 0 0    E E E ˆ ˆ E E E  − =  − =  − =  + = n H H n E E 定义反射波振幅与入射波振幅之比为反射系数， 利用上述关系得到反射系数： =  + −  = = r i 2 1 2 1 i r , E E E E     如果介质是理想介质，反射系数为实数

介质1中的电磁场为:行波项驻波项 E()=Ep+e*]=E-)+2ck手 -k12 H e le-jky E:|(+ jk=-2rcosk, 7n 由于反射波与入射波干涉叠加,介质1中电磁波由 两个部分组成,第一项与表示沿z方向传播的波, 称为行波项;第二项没有相位传播因子,是两个 振幅相等、传播方向相反的行波叠加而形成的空 间分布,且不随时间而传播,称为驻波项

介质1中的电磁场为： ( )   ( )  ( )   ( )       = −  = +  −  = +  = −  +  − − − − E e k z eˆ E e e eˆ eˆ E e e eˆ E e k z y k z k z y k z k z x k z k z x 1 j i 1 j j i 1 1 1 j i j j 1 i 1 2 cos 1 2 cos 1 1 1 1 1 1   H r E r 由于反射波与入射波干涉叠加，介质1中电磁波由 两个部分组成，第一项与表示沿z方向传播的波， 称为行波项；第二项没有相位传播因子，是两个 振幅相等、传播方向相反的行波叠加而形成的空 间分布，且不随时间而传播，称为驻波项。 行波项 驻波项