第8章电波传播的基础知识

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电磁波传播基础

电磁波传播基础
1. 电磁波的性质
- 电磁波是一种横波,由电场和磁场组成,相互垂直
- 电磁波在真空中以光速传播,在介质中速度略小于光速 - 电磁波具有波长、频率、振幅等特征参数
2. 电磁波的传播模式
- 电磁波可以在导体、介质和真空中传播
- 在导体中,电磁波以沿导体表面的导体波形式传播
- 在介质中,电磁波以体波形式传播,并遵循折射和反射规律 - 在真空中,电磁波以自由空间波形式直线传播
3. 电磁波的反射和折射
- 当电磁波入射到介质边界时,会发生反射和折射现象
- 反射和折射角度遵循斯涅尔定律
- 介质的电磁特性决定了反射和折射的程度
4. 电磁波的衍射和干涉
- 电磁波遇到障碍物或狭缝时会发生衍射现象
- 多个电磁波在空间叠加会产生干涉效应
- 衍射和干涉现象在许多应用中都有重要作用
5. 电磁波的极化
- 电磁波的电场振动方向定义了极化状态
- 常见的极化状态包括线极化、圆极化和椭圆极化
- 极化特性在通信和遥感等领域有重要应用
6. 电磁波的衰减和增强
- 电磁波在传播过程中会受到多种因素的影响而衰减
- 大气、障碍物和介质损耗都会导致电磁波衰减
- 天线和放大器等设备可以增强电磁波的强度
以上是电磁波传播基础的一些主要内容,包括电磁波的性质、传播模式、反射和折射、衍射和干涉、极化以及衰减和增强等方面。

了解这些基础知识对于研究和应用电磁波技术至关重要。

电磁场与电磁波第8章平面电磁波

Ex Hy
O
z
上图表示 t 0时刻，电场及磁场的空间变化特性。
电场强度与磁场强度之比称为电磁波的波阻抗，
以 Z 表示,
即
Z Ex Hy
实数
当平面波在真空中传播时，波阻抗以Z0表示，则
Z0
0 377 Ω 120π Ω 0
均匀平面波的磁场强度与电场强度之间的关系
又可用矢量形式表示为
Ex
Ex Ex 0 ，则只要
x y
以 kc 代替 k 即可求得其解为
Ex
E e jkcz x0
因常数 kc 为复数，令 kc k jk
求得
k
2
1
2
1
k
2
1
2
1
电场强度可表示为
Ex
E e jkcz x0
Ex0ekze jkz
上式表明电场强度的振幅随 z 增加不断衰减，相位逐渐滞后。
由上求得式中
vp
1
f f 00
0 f
1
00
r r
0 r r
0
0 为平面波在真空中传播时的波长。
0 的现象称为波长缩短效应，或简称为缩波效应。
由
Hy
j可E得x
z
Hy
Ex0e jkz
H y0e jkz
H y0 Ex0
可见，在理想介质中，电场与磁场相位相同，
且两者空间相位均与变量z有关，但振幅不会改变。
1. 波动方程在无限大的各向同性均匀线性介质中，时变
电磁场的方程为
2
E
(r
,
t
)
2 E (r , t ) t 2
J (r,t) t

电波传播理论复习资料（整理后）

第一章绪论1.掌握正常的和反常的两种类型传播模式的基本概念；正常的传播机制总是存在，如图1.1所示：反常的传播机制偶然存在，如图1.2所示：2.掌握超短波和微波的主要传播效应。

1、晴空条件下的视距传播——在晴朗天气的情况下，当传播路径两端点之间没有障碍阻挡或者障碍阻挡可以忽略时，超短波和微波按照视距传播。

【视距传播不仅仅是自由空间的传播（即空间扩散损耗）；还要计及大气气体对无线电波的吸收损耗（水汽和氧气对电波的吸收损耗）。

晴空大气中，还存在许多其他复杂的重要的视距传播现象（晴空大气中的层结以及湍流不均匀体对无线电波的反射、折射、多径传播、散射、散焦和聚焦效应等等）。

）】2、绕射传播——当传播路径两端点之间的传播余隙小于第一费涅尔半径时，即波传播的空间受到地面地物某种程度的阻挡时，就会产生绕射损耗。

【对于非视距和超视距传播的情况，绕射损耗可以是很严重的。

绕射损耗的大小与频率、余隙、障碍的位置和形状等因素有关。

为了计算因地面地物障碍阻挡引起的对无线电波的绕射损耗，首先必须制作准确的电路地形剖面图，定义和计算相关的几何参数。

在出现负折射的情况下，绕射损耗尤其严重；在超折射条件下绕射损耗则变小。

所以，当气象条件不稳定时，容易出现绕射衰落。

】3、地形、地物的散射和反射4、雨、水凝体和沙尘对电波的散射和衰减5、多径传播和聚焦效应：【多径传播——大气层结的反射和折射以及地面地物的反射和散射使得在接收点所接收到的信号是多条射线合成的总效果。

这些多径射线具有各自不同的相位和幅度，所以多径射线的合成是向量的合成。

并且由于各条射线幅度和相位的随机变化，最终产生所谓的多径衰落现象，这是对无线电通信的质量水平具有非常重要的影响。

聚焦效应——当射线在对流层中传播时，由于大气折射指数的不均匀性会产生聚焦和散焦效应。

聚焦会使信号大大增强，相反散焦会使信号减弱。

聚焦、散焦何时出现和强度如何均与气象条件有关，而气象变化也是随机的。

第八章导行电磁波典型例题

第八章导行电磁波8.1 有一内充空气、截面尺寸为()a b b a ab ⨯<<的矩形波导，以主模工作在20%。

若要求工作频率至少高于主模截止频率的20%。

(1) 给出尺寸a 和b 的设计(2) 根据设计的尺寸，计算在工作频率时的波导波长和波阻抗。

解：(1)根据单模传输的条件，工作波长小于主模的截止波长而大于次高模的截止波长。

对于()a b b a ab ⨯<<的矩形波导，其主模为TE 11，相应的截止波长()102c a λ=。

当波导尺寸2a b <时，其次高模为TE 01，相应的截止波导()012c b λ=。

(TE 20的截止波长()20c a λ=)()()1001c c f f ==由题意，则有()()9101031020%c c f f ⨯-≥()()9010131020%c c f f -⨯≥解得 0.06,0.04a m b m ≥≤ 且2a b <(2)取7,4a cm b cm ==，此时()101 2.14c f G H z ==0.7= 相速度为883104.2910/0.7p v m s ⨯===⨯波导波长为 894.291014.29310p p v cm fλ⨯===⨯波阻抗为10377538.60.7TE Z ===Ω8.2 在尺寸为 222.8610.16a b mm ⨯=⨯得矩形波导中，传输TE 10模，工作频率30G H z 。

(1)求截止波长c λ，波导波长g λ，和波阻抗10T E Z 。

(2)若波导的宽边尺寸增大一倍，上述参数如何变化？还能传输什么模式？ (3)若波导的窄边尺寸增大一倍，上述参数如何变化？还能传输什么模式？解：截止波长c λ、波导波长g λ，和波阻抗可由相应的公式直接求解。

当波导尺寸发生变化，相应模式的截止波长(截止频率)将发生变化，从而导致参数10,,c g TE Z λλ 的变化。

由于模式的截止波长(截止频率)发生了变化，而工作频率不变，致使波导中原本不能传输的模式成为可以传输的模式(或波导中原本可以传输的模式变为不能传输的模式)。

电波主要传播方式

电波主要传播方式2008-06-05 11:25:45 作者：不详电波传输不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。

任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。

传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。

根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种：地表传播对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。

当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。

那些走直线的电波就过不去了。

只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。

地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。

其特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。

因此，这种传播方式主要适用于长波和中波波段。

天波传播声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。

无线电波也能够反射。

在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就象一只悬空的金属盖，电波射到“电离层’就会被反射回来，走这一途径的电波就称为天波或反射波。

在电波中，主要是短波具有这种特性。

电离层是怎样形成的呢？原来，有些气层受到阳光照射，就会产生电离。

太阳表面温度大约有6000℃，它辐射出来的电磁波包含很宽的频带。

其中紫外线部分会对大气层上空气体产生电离作用，这是形成电离层的主要原因。

电离层一方面反射电波，另一方面也要吸收电波。

电离层对电波的反射和吸收与频率(波长)有关。

频率越高，吸收越少，频率越低，吸收越多。

所以，短波的天波可以用作远距离通讯。

此外，反射和吸收与白天还是黑夜也有关。

白天，电离层可把中波几乎全部吸收掉，收音机只能收听当地的电台，而夜里却能收到远距离的电台。

电波传播原理

电波传播原理
电波传播原理是指电磁波在空间中传播的方式和规律。

电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等，它们在传播时具有相同的物理性质。

电磁波的传播需要介质的支持，可以是气体、液体、固体或真空。

在传播过程中，电磁波会通过周期性的变化产生电场和磁场，形成电磁场的波动。

电磁波的传播速度是一个重要的参数，通常用光速来表示。

在真空中，电磁波的传播速度为299,792,458米/秒。

在不同的介质中，电磁波的传播速度会发生变化，根据介质的不同，传播速度会减小或增大。

电磁波的传播具有直线传播和衍射传播两种方式。

直线传播指的是电磁波在空间中传播的直线路径，不会发生弯曲或偏折。

衍射传播是指电磁波在遇到边缘或障碍物时发生弯曲和扩散，改变传播方向。

电磁波的传播还受到频率和波长的影响。

不同频率和波长的电磁波具有不同的传播特性。

低频电磁波会更容易穿透建筑物和其他障碍物，但传播范围较短；高频电磁波传播范围更广，但对障碍物的穿透能力较差。

总而言之，电波传播原理是通过介质支持电磁波在空间中传播的方式和规律。

它涉及到电磁场的波动、传播速度、传播方式
以及频率和波长等因素的影响。

电波传播原理是无线通信和广播等电磁波应用的基础。

电磁场与电磁波第八章习题及参考答案

第八章电磁辐射与天线8.1 由（8.1-3）式推导(8.1-4)及(8.1-5)式。

解)sin ˆcos ˆ(4θθθπμ-=-rrIdle A jkrρ (8.1-3) 代入A H ρρ⨯∇=μ1，在圆球坐标系ˆsin ˆˆsin 112θ∂ϕ∂∂θ∂∂∂ϕθθθμμrA A rr r rr A H r=⨯∇=ρρ)]cos ()sin ([4ˆ])([sin sin ˆ2r e e r r Idl A rA r r r jkr jkr r θθθπϕθθμθϕθ--∂∂--∂∂=∂∂-∂∂=可求出H ρ的3个分量为jkre kr kr j Idl k H -+=))(1(sin 422θπϕ (8.1-4) 0==θH H r将上式代入E j H ρρωε=⨯∇，可得到电场为H j E ρρ⨯∇=ωε1ϕθ∂ϕ∂∂θ∂∂∂ϕθθθωεH r rr r rr j sin 0ˆsin ˆˆsin 12=代入ϕH 得jkrr e kr kr j Idl k j E -+-=))(1)((cos 2323θπωε jkr e kr jkr kr j Idl k E --+=))()(1(sin 4323θπωεθ (8.1-5) 0=ϕE8.2 如果电流元yIl ˆ放在坐标原点，求远区辐射场。

解解1 电流元yIl ˆ的矢量磁位为 jkr e rIl y A -=πμ4ˆρ 在圆球坐标系中jkry r e rIl A A -==πϕθμϕθ4sin sin sin sinjkry e rIl A A -==πϕθμϕθθ4sin cos sin cosjkry e rIl A A -==πϕμϕϕ4cos cos由A H ρρ⨯∇=μ1，对远区辐射场，结果仅取r1项，得jkre rIl jH -=λϕθ2cos jkre r Il j H --=λϕθϕ2sin cos根据辐射场的性质，E r ZH ρρ⨯=ˆ1得 jkre r Il jZ E --=λϕθθ2sin cosjkre r Il jZ E --=λϕϕ2cos解2 根据 jkR e RRl Id jH -⨯=λ2ˆρρ (8.1-13) RH Z E ˆ⨯=ρρ (8.1-14) ϕϕϕθθϕθcos ˆsin cos ˆsin sin ˆˆˆ++==r y lr Rˆˆ≈ ϕθϕθϕcos ˆsin cos ˆˆˆ+-=⨯rl ϕϕϕθθcos ˆsin cos ˆˆ)ˆˆ(--=⨯⨯r rl jkRer Idl j H -=λ2ρ)cos ˆsin cos ˆ(ϕθϕθϕ+- jkR erIdl jZ H -=λ2ρ)cos ˆsin cos ˆ(ϕϕϕθθ--8.3 三副天线分别工作在30MHz,100MHz,300MHz,其产生的电磁场在多远距离之外主要是辐射场。

第八部分导行电磁波Guidedwave

4，由于m 及 n 为多值，因此场结构均具有多种模式。 m 及
n 的每一种组合构成一种模式，以TMmn表示。例如 TM11表示 m = 1, n = 1 的场结构，具有这种场结构的波称为TM11波。
5，数值大的 m 及 n 模式称为高次模，数值小的称为低次
模。
矩形波导中TM波的最低模式是TM11波。Dominant mode
E
E

H TEM波
es
es
H TM波
es
H TE波
几种常用导波系统的主要特性
名称双导线同轴线带状线微带矩形波导圆波导光纤
波形 TEM波 TEM波 TEM波准TEM波 TE或TM波 TE或TM波 TE或TM波
电磁屏蔽
使用波段
差
> 3m
好
> 10cm
差
厘米波
差
厘米波
好
厘米波、毫米波
好
厘米波、毫米波
表明横向电场与横向磁场相位相差 /2 ，因此，沿 Z 方向没有能量单向流动，这就意味着电磁波的传播被截止。
矩形波导中存在的模式矩形波导中可能存在的模式有TMmn(m>0，n>0）和
TEmn(m0,n 0)，每种波型对应有各自的截止波长。
若不同模式的波具有相同的截止波长，称这两种模式简并。
矩形波导中TMmn和TEmn，当m和n分别相等时，为简并波形。
没有电场或磁场分量，即电场和磁场垂直于电场传播方向；
(TM波或E波): Transverse magnetic wave:在波传播的方向上有
电场分量，但没有磁场分量，即磁场垂直于电场传播方向；
(TE波或M波): Transverse electronic wave:在波传播的方向上有

电波传播理论-地面反射

第5章地面反射地而及地而覆盖物构成了无线电波在自然环境中传播的最主要边界条件。

地面及地而覆盖物的彫响，概括起来，主要是对无线电波的反射、绕射和散射，以及对电波的衰减和吸收。

对于超短波以上频率而言，主要关心无线电波在地面以上空间中的传播，通常并不关注地波传播问题，所以地面的影响主要表现在对无线电波的反射、绕射和散射等方面。

当无线电波在光滑地而（如水而、开阔的平地等）上传播时，会出现镜反射现象，即地反射射线与直接射线在接收点相互干涉，合成场强可表现出强烈的衰落。

当无线电波在粗糙地而上传播时，地而会产生散射（漫反射）波，它与直接射线之间不会形成干涉现象，只是功率相加，合成信号不会出现大幅度的衰落，只是表现为信号的闪烁与起伏。

至于地而光滑与粗糙的判别标准，也有规矩可循，它就是雷利判据，本章将有讨论。

地而及其覆盖物对无线电波的阻挡将引起无线电波的绕射现象，绕射可造成电波的额外衰减。

不过，绕射问题这章不讨论，将在下一章作详细研究。

5.1镜反射和漫反射从严格的波动观点看来，地而反射是个边值问题。

来自初始辐射源的电磁波在地而上激起传导电流和位移电流，致使地面成为二次辐射源，地面的每个元而都是二次波源°接收点的场强是初始辐射源在接收点建立的场强和与所有二次辐射源在接收点建立的场强，两者合成的总效果。

从反射传播的效果上说，地而可以分成两种类型。

一种是所谓的光滑地而，另一类是粗糙地而。

对于光滑地而而言，各个元反射而的取向是相同的，可以采用镜反射的几何光学方法处理地而对无线电波传播的影响，即所谓的镜像法。

镜像法是说，如图5」（a）所示，T为初始辐射源，地面（平面）对接收点R 场强的贡献完全等效于初始源T的镜像「的贡献，只是注意，真实源T与虚拟波源「之间有一个相位差兀。

镜反射波是相干波，它与直接射线之间的干涉叠加，可以使接收信号出现很深的衰落，可对无线电通信的质虽:和可靠性造成破坏性的影响。

对于粗糙地而而言，如图5.1 （b）所示，组成粗糙地而的诸多元而，英取向和髙度等都可以是随机的, 也就是说，苴二次辐射波的幅度和相位都是随机的。

短波传播基础

短波传播基础在无线电的众多话题中，可能没有其它话题能像电磁波传播这样吸引人，也没有其它话题能像电波传播这样困扰着新手了。

传播，就是指信号是如何从一个电台传到另一个电台的。

无论你怎么看待传播这一问题，它对于我们所做的每一个QSO——不管是本土的聊天，还是与稀有的DX电台通联——总是一个最基本的问题。

了解无线电波如何传播的基础知识会使你对这一业余爱好越发感兴趣并乐在其中。

本文将向你介绍短波传播的主要模式。

而VHF和UHF传播则是完全不同的主题了。

地波与天波不管你使用哪种天线，从天线发射出的无线电波可以大致分为两类——地波与天波。

简单地说，地波就是没有离开底层大气直接从发射机到达接收机的电波（图1）。

举个例子，在HF波段，当你与邻近城市的电台进行联络时就是利用地波传播。

远达50英里的业余无线电通联都可以利用地波。

1然而，业余无线电台能够建立全球范围的通联，靠的是天波。

顾名思义，天波就是不沿着地球表面传播的波；天波向天空传播，离开地球表面（图1）。

看到这里，你可能会问，我们怎么能利用向宇宙空间传播的信号进行联络呢？毕竟我们的接收机都是在地球上的呀！原因其实很简单——电波总会以某种办法回到地表被我们的接收天线捕获。

是什么东西“说服”了我们的信号，使它返回地面呢？幸运的是，在上层大气中，有一个区域可以很好地（有时也不是太好！）完成这一任务。

这一个区域被称为“电离层”，而正是因为它的存在我们必须注意理解HF传播的基本机制。

图1 地波与天波的一个例子电离层的性质电离层得名于“离子”这一术语。

离子是一自由电子或其它带电的微粒。

在大气层中，在离地面大约25到250英里之间的区域会发生电离现象。

在这一区域里气压很低，离子在发生碰撞重新形成不带电的原子之前，可以自由地行进一段相当长的时间。

当无线电波进入电离层时，电波的传播路线会由于“折射”现象而被改变（图2）。

在适合的条件下，电波可以有足够的转向回到地表，这样电波就可以被地面上的电台接收到了。

第八章矩形波导复习资料0604

第八章矩形波导1. 波导中的传播条件：f>fc 或λ<λc2. 矩形波导能传输TM 波和TE 波，不能传输TEM 波。

3. 矩形波导中：TEmn 模：m 和n 皆可取0，但又不能同时为0 TMmn 模。

显然，m,n 皆不可能为0，故最低阶模为TM11其中：m 表示电磁场沿波导宽边a 分布的半波数的个数，n 表示电磁场沿波导窄边b 分布的半波数的个数。

当m 和n 取非零值时，TMmn 模和TEmn 模具有相同的截止参数，这种现象称为模式简并，相应的模式称为简并模式。

例如，TM21模和TE21模是简并模式。

4. 波长①工作波长λ：定义：微波振荡源所产生的电磁波的波长。

v f λ==若填充空气，则8310/v c m s ===⨯ 若填充r ε的介质，则v =②波导波长λg ：在波导内，合成波沿的等相位面在一个周期内所走过的路程定义为波导波长λg 。

2g πλβ==③截止波长λc ：电磁波处于能传输与不能传输的临介状态，此时对应的波长称为截止波长，对应的频率叫截止频率,fc.(或定义为：导行波不能在波导中传输时所对应的最低频率称为截止频率，该频率确定的波长称为截止波长。

)g λλ>c cvf λ==c c v f λ=5.传播速度若填充空气，则8310/v c m s ===⨯ ，若填充r ε的介质，则v =①相速度vp ：定义p v ωβ== 或p g v fλ=p v v >②群速度vg ：群速度（能速）就是电磁波所携带的能量沿波导纵轴方向（z 轴）的传播速度。

g v =2p g v v v = g v v <6.色散现象：传播速度与频率有关的现象时延失真：波导传输频带内各不同频率的信号传输时间不等，造成信号失真，这种失真称为时延失真。

7. 波阻抗：波导中某种波型的阻抗简称为波阻抗。

定义为波导横截面上该波型的电场强度与磁场强度的比值。

TM波的：x TM y EZ H ==TE 波: TE Z =无界空间中的波阻抗:μηε=空气中：120377ηηπ===Ω介质rε中：0rηηε=8.什么是模式简并？9. 场结构的定义：用电力线（实线）和磁力线（虚线）来表示场强空间变化规律的图形。

天线与电波传播_完整版

8 2
s
in
c
r5
os
0
§1.2 电基本振子
近区场的性质：由于电场和磁场相差90度，故坡印廷矢量的平均值等于零，这说明无电磁场能量辐射，称为感应场。
远区场：当 kr 1 时称为远场区，电磁场主要由 kr 的低次幂项决定，故可略去 kr 的高次幂项，得
Er E
E
j
H
k I0l
4
rerjkHr sin0
磁的基本单元是磁偶极矩，它可以看作是正负磁荷的组合。然而，正负磁荷却不能分开，自由磁荷不能单独存在。所以，在电磁理论中我们不能引入磁荷密度和磁流密度等概念。
§1.3 磁基本振子
1931年，英国的著名物理学家狄拉克（1933年诺贝尔物理学奖获得者）首先从理论上讨论了磁单极子存在的问题。1975年，加利福尼亚和休斯顿大学的一个小组宣称，他们从高空气球的实验中发现了磁单极子，曾哄动了当时的物理学界。但后来发现，如果正确考虑实验中的系统误差，从他们的实验结果中并不能得出这个结论。1982年3月，美国斯坦福大学的卡布莱拉又宣称，他利用一个在9K温度下的铌超导线圈捕捉到一个磁单极子。不过至今许多类似的实验始终未能发现同样的事例。
A
j
洛伦兹条件：
A j
1
A
j
2 A k 2 A J
E jA jA j
1
A
因此，知道
A
H
1
A
A
E jA jA j
1
A
§1.1 辅助函数法
2 A k 2 A J
A
4
v
Jx,
y,
z
e jkR R
dv
－体电流
A