第二章自由空间中的电磁波
电磁场与电磁波教案
电磁场与电磁波教案第一章：电磁场的基本概念1.1 电荷与电场介绍电荷的性质和分类解释电场的概念和电场线电场的叠加原理1.2 磁场与磁力介绍磁铁和磁性的概念解释磁场的概念和磁场线磁场的叠加原理和磁力计算1.3 电磁感应介绍法拉第电磁感应定律解释电磁感应现象的应用第二章：电磁波的基本性质2.1 电磁波的产生与传播介绍麦克斯韦方程组解释电磁波的产生和传播过程电磁波的波动方程和相位2.2 电磁波的波动性质介绍电磁波的波长、频率和波速波动方程的解和电磁波的波动性质2.3 电磁波的能量与辐射解释电磁波的能量和辐射机制介绍电磁波的辐射压和光电效应第三章：电磁波的传播与应用3.1 电磁波在自由空间的传播自由空间中电磁波的传播方程电磁波的传播速度和天线原理3.2 电磁波在介质中的传播介绍电磁波在介质中的传播方程介质的折射率和反射、透射现象3.3 电磁波的应用介绍电磁波在通信、雷达和医学等领域的应用第四章：电磁波的辐射与接收4.1 电磁波的辐射介绍电磁波的辐射机制和天线理论电磁波的辐射强度和辐射功率4.2 电磁波的接收介绍电磁波接收原理和接收器设计调制和解调技术在电磁波接收中的应用4.3 电磁波的辐射与接收实验设计实验来观察和测量电磁波的辐射和接收现象第五章：电磁波的传播特性与调控5.1 电磁波的传播特性介绍电磁波的传播损耗和传播距离电磁波的多径传播和散射现象5.2 电磁波的调控技术介绍电磁波的调制技术和幅度、频率和相位的调控方法5.3 电磁波的传播调控应用介绍电磁波在无线通信和雷达系统中的应用和调控技术第六章：电磁波的波动方程与电磁波谱6.1 电磁波的波动方程推导电磁波在均匀介质中的波动方程讨论电磁波的横向和纵向波动特性6.2 电磁波谱介绍电磁波谱的分类和各频段的特征讨论电磁波谱中常见的波段，如射频、微波、红外、可见光、紫外、X射线和γ射线等6.3 电磁波谱的应用分析电磁波谱在不同领域的应用，如通信、医学、材料科学等第七章：电磁波的传播环境与传播效应7.1 电磁波的传播环境分析不同传播环境对电磁波传播的影响，如自由空间、大气层、陆地、海洋等讨论传播环境中的衰减、延迟和散射等效应7.2 电磁波的传播效应介绍电磁波的折射、反射、透射、绕射和干涉等传播效应分析这些效应在实际应用中的影响和应对措施7.3 电磁波的传播环境与效应应用探讨电磁波传播环境与效应在通信、雷达、遥感等领域的应用和解决方案第八章：电磁波的辐射与天线技术8.1 电磁波的辐射原理分析电磁波辐射的物理机制，如开放电极、偶极子、天线阵列等讨论电磁波辐射的方向性和极化特性8.2 天线的基本理论介绍天线的基本参数，如阻抗、辐射效率、增益等分析天线的设计方法和性能优化策略8.3 电磁波的辐射与天线技术应用探讨天线技术在无线通信、广播、雷达等领域的应用和实例第九章：电磁波的接收与信号处理9.1 电磁波的接收原理介绍电磁波接收的基本过程，如放大、滤波、解调等分析接收机的性能指标，如灵敏度、选择性、稳定性等9.2 信号处理技术介绍信号处理的基本方法，如采样、量化、编码、调制等讨论数字信号处理技术在电磁波接收中的应用9.3 电磁波的接收与信号处理应用探讨电磁波接收与信号处理技术在通信、雷达、遥感等领域的应用和实例第十章：电磁波的测量与实验技术10.1 电磁波的测量原理分析电磁波测量的基本方法，如直接测量、间接测量、网络分析等讨论测量仪器和设备的选择与使用10.2 实验技术介绍电磁波实验的基本步骤和方法，如实验设计、数据采集、结果分析等分析实验中可能遇到的问题和解决策略10.3 电磁波的测量与实验技术应用探讨电磁波测量与实验技术在科研、工程、教学等领域的应用和实例重点解析第一章：电磁场的基本概念重点：电荷与电场的性质，电场的概念和电场线，电场的叠加原理。
大学本科机电专业电磁屏蔽技术原理应用毕业论文
毕业设计毕业设计（论文）题目：电磁屏蔽技术及运用学院：机电工程学院专业：机电设备维修与管理班级：机电设备姓名：学号：指导老师：摘要跟着发展的步伐，人类已经逐渐进入了信息时代，紧跟当代电子工业飞速发展，随着技术的成长和需求的增添，电子传感器的数量也在迅速增加，但随之面临的电磁干扰现象也日渐突出，电磁波辐射产生的电磁干扰（EMI）影响传感器的信号正常运行，造成信号紊乱传感器失灵。
对于电磁的滋扰当前有三种常用的抗干扰技巧，划分为:屏蔽技巧、接地技巧和滤波技巧。
此中,屏蔽技巧大体是选用了各类屏蔽材料对电磁辐射的产生造成有用阻隔和消耗，单一的说法来讲即是给其做一个“包间”。
在电子传感器及电子产物里，其中一些电磁滋扰（Electromagnetic Interference）的能量是经过辐射性耦合来执行干预的，而为了达到电磁兼容性要求，出于这个原因，我们需要使用屏蔽技巧来抑制的辐射性耦合。
在当下完善电磁兼容难题的重要措施是电磁的屏蔽，大都是关于电磁的兼容性问题，它们都可以经过电磁屏蔽来处理。
因此电磁屏蔽技巧在生活中有很大的重要性，是以大家更应该在全面了解电磁屏蔽技巧的同时使用其效用来开展电磁屏蔽计划，本文将从电磁的基础理论入手，分别介绍电，磁场，电磁波等电磁屏蔽相关知识，从基础出发，初步了解，然后再介绍电磁屏蔽的相关原理以及基理，深入研究，紧接着通过电子设备的电磁屏蔽设计，一步步地深入了解电磁屏蔽技术。
最后举出实例，表明电子屏蔽技术的应用广泛。
关键词：电磁的原理；电磁的屏蔽；电磁屏蔽的应用目录第一章绪论 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 设计意义 (1)1.3 设计思路 (1)第二章电磁波 (2)2.2 基本概念 (2)3.2 电磁波的认识 (3)第三章电磁屏蔽 (7)3..1 电磁屏蔽的基本原理 (8)3.2 电磁屏蔽的作用机理 (8)3.3 电磁屏蔽的种类 (10)第四章电磁屏蔽材料的分类 (13)4.1 表面导电型电磁屏蔽材料 (13)4.2 粉末填充型复合材料 (13)4.3 导电织物 (13)4.4 其他 (14)4.5 总结 (14)第五章生活中电子设备的电磁屏蔽 (15)5.1电子设备电磁屏蔽的设计要求 (15)5.2 屏蔽效能的影响因素 (15)5.3 电子设备应采用的屏蔽措施 (16)5.4 电子设备电磁屏蔽设计实例 (16)5.5 结论 (18)5.6 生活中的电磁屏蔽实例 (18)结论 (20)参考文献 (21)致谢 (22)毕业设计第一章绪论1.1 设计背景电磁屏蔽技术是电磁兼容技术中最重要的研究内容。
电磁波传播模式及概念
电磁波传播模式及概念
电磁波传播是指电磁场在空间中的传递过程。
电磁波是由电场和磁场交替变化的波动组成，其传播方式主要有以下几种：
1、空间传播：电磁波在自由空间（无介质）中传播，如无线通信、雷达、光通信等应用中的电磁波传播。
2、导播传播：电磁波在特定介质中传播，如光纤通信中的光波、无线电波在空气、水等介质中的传播。
3、折射：电磁波从一种介质进入另一种介质时，由于介质密度、电导率等特性不同，传播速度发生变化，导致传播方向改变。
4、反射：电磁波遇到物体表面时，部分能量被反射，形成反射波。
如雷达探测、无线通信中的信号反射等。
5、衍射：电磁波遇到障碍物或通过狭缝时，波前发生弯曲，形成衍射现象。
衍射分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两类。
6、干涉：当两个或多个电磁波在同一空间叠加时，根据波的相位差产生干涉现象，表现为亮暗相间的干涉条纹。
电磁波的概念：
电磁波是由电场和磁场交替变化的波动组成，二者互相垂直。
在任何介质中，电磁波的传播速度都与该介质的性质有关。
在真空中，电磁波的传播速度等于光速（约为3×10^8 米/秒）。
根据波长的不同，电磁波可分为无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线、γ射线等。
我们日常生活中遇到的无线通信、广播电视、光通信等均依
赖于电磁波的传播。
电磁波传播过程中可能受到环境、介质、设备等因素的影响，如衰减、反射、折射等。
为了实现高效、稳定的电磁波传播，科学家和工程师们进行了大量研究和实践。
在自由空间传播的均匀平面电磁波
在自由空间传播的均匀平面电磁波（空间中没有自由电荷，没有传导电流），电场和磁场都没有和波传播方向平行的分量，都和传播方向垂直。
此时，电矢量E，磁矢量H和传播方向k两两垂直。
只是在这种情况下，才可以说电磁波是横波。
沿一定途径（比如说波导）传播的电磁波为导行电磁波。
根据麦克斯韦方程，导行电磁波在传播方向上一般是有E和H分量的。
光的传播形态分类：根据传播方向上有无电场分量或磁场分量，可分为如下三类，任何光都可以这三种波的合成形式表示出来。
1、TEM波：在传播方向上没有电场和磁场分量，称为横电磁波。
若激光在谐振腔中的传播方向为z方向，那么激光的电场和磁场将没有ｚ方向的分量！实际的激光模式是准TEM模，即允许Ez、Hz分量的存在，但它们必须<<横向分量，因为较大的Ez意味着波矢方向偏离光轴较大，容易溢出腔外，所以损耗大，难于形成振荡。
2、TE波(即是物光里的s波)：在传播方向上有磁场分量但无电场分量，称为横电波。
在平面光波导(封闭腔结构)中，电磁场分量有Ey, Hx, Hz，传播方向为ｚ方向。
3、TM波(即是物光里的p波)：在传播方向上有电场分量而无磁场分量，称为横磁波。
在平面光波导(封闭腔结构)中，电磁场分量有Hy, Ex, Ez，传播方向为ｚ方向。
微波工程、电磁场理论等课程中有关于TEM、TE、TM模的更为详细的描述。
电磁场与电磁波电子教案
电磁场与电磁波电子教案第一章：电磁场的基本概念1.1 电荷和电场介绍电荷的性质和分类解释电场的概念和电场线电场强度的定义和计算电场的叠加原理1.2 磁场和磁力介绍磁铁和磁性的概念解释磁场的概念和磁感线磁感应强度的定义和计算磁场的叠加原理1.3 电磁感应介绍法拉第电磁感应定律解释感应电动势和感应电流的产生电磁感应的实验现象和应用第二章：电磁波的基本性质2.1 电磁波的产生和传播介绍麦克斯韦方程组和电磁波的理论基础解释电磁波的产生和传播过程电磁波的波动方程和波长、频率、速度的关系2.2 电磁波的能量和动量介绍电磁波的能量密度和能量传递解释电磁波的动量和动量传递电磁波的辐射压和辐射阻力的概念2.3 电磁波的偏振和反射、折射介绍电磁波的偏振现象和偏振光的性质解释电磁波在介质中的反射和折射现象反射定律和折射定律的原理及应用第三章：电磁波的传播和辐射3.1 电磁波在自由空间中的传播介绍自由空间中电磁波的传播特性解释电磁波的辐射和天线原理电磁波的辐射强度和辐射功率的概念3.2 电磁波在介质中的传播介绍电磁波在介质中的传播规律解释介质的折射率和介电常数的概念电磁波在介质中的衰减和色散现象3.3 电磁波的辐射和天线原理介绍天线的分类和基本原理解释天线的辐射特性和发展电磁波的辐射模式和天线的设计方法第四章：电磁波的应用4.1 电磁波在通信技术中的应用介绍电磁波在无线通信中的应用解释无线电波的传播和传播损耗电磁波在移动通信和卫星通信中的应用4.2 电磁波在雷达技术中的应用介绍雷达技术的基本原理和组成解释雷达方程和雷达的探测距离电磁波在雷达系统和雷达导航中的应用4.3 电磁波在医疗技术中的应用介绍电磁波在医学影像诊断中的应用解释磁共振成像（MRI）的原理和应用电磁波在放射治疗和电磁热疗中的应用第五章：电磁波的防护和辐射安全5.1 电磁波的辐射和防护原理介绍电磁波的辐射对人体健康的影响解释电磁波的防护原理和防护措施电磁屏蔽和电磁兼容的概念5.2 电磁波的辐射标准和法规介绍国际和国内电磁波辐射的标准和法规解释电磁波辐射的限制和测量方法电磁波辐射管理的政策和监管措施5.3 电磁波的辐射安全和防护措施介绍电磁波辐射的安全距离和防护措施解释电磁波辐射的个人防护和公共场所的防护措施电磁波辐射的环保意识和公众宣传的重要性第六章：电磁波在电力系统中的应用6.1 电磁波在电力传输中的应用介绍高压输电线路中的电磁干扰问题解释输电线路的屏蔽和接地措施电磁波在特高压输电技术中的应用6.2 电磁波在电力系统监测与控制中的应用介绍电力系统中的电磁场监测和测量技术解释电磁波在电力系统状态监测和故障诊断中的应用电磁波在智能电网和分布式发电系统中的应用6.3 电磁波在电力设备中的影响及防护分析电磁波对电力设备的干扰和影响解释电磁兼容性设计在电力设备中的应用电磁波防护措施在电力设备中的实施方法第七章：电磁波在交通领域的应用7.1 电磁波在铁路交通中的应用介绍铁路信号系统和电磁波在信号传输中的应用解释铁路通信和列车无线通信系统中电磁波的应用电磁波在铁路自动控制系统中的应用7.2 电磁波在汽车交通中的应用介绍汽车电子设备和电磁波的应用解释车载通信系统和电磁波在车辆导航中的应用电磁波在智能交通系统中的应用7.3 电磁波在航空和航天领域的应用介绍电磁波在航空通信和导航中的应用解释电磁波在卫星通信和航天器通信中的应用电磁波在航空航天器中的其他应用，如雷达和遥感技术第八章：电磁波在工科领域的应用8.1 电磁波在电子工程中的应用介绍电磁波在无线电发射和接收中的应用解释电磁波在微波器件和天线技术中的应用电磁波在射频识别（RFID）技术中的应用8.2 电磁波在光电子学中的应用介绍电磁波在光纤通信中的应用解释电磁波在激光器和光电器件中的应用电磁波在光电探测和成像技术中的应用8.3 电磁波在生物医学领域的应用介绍电磁波在医学诊断和治疗中的应用解释电磁波在磁共振成像（MRI）和微波热疗中的应用电磁波在其他生物医学技术中的应用，如电疗和电磁屏蔽第九章：电磁波的环境影响和政策法规9.1 电磁波的环境影响分析电磁波对环境和生物的影响，如电磁辐射污染解释电磁波的环境监测和评估方法电磁波环境保护措施和可持续发展策略9.2 电磁波的政策法规介绍国际和国内关于电磁波辐射的政策法规解释电磁波辐射的标准和限制条件电磁波辐射管理的政策和监管措施9.3 电磁波的公众宣传和教育分析电磁波辐射的公众认知和误解解释电磁波辐射的安全性和健康影响电磁波辐射的公众宣传和教育方法第十章：电磁波的未来发展趋势10.1 新型电磁波技术和材料的研究介绍新型电磁波发射和接收技术的研究解释新型电磁波传输材料和超材料的研究进展电磁波技术在未来的应用前景10.2 电磁波在新型能源领域的应用介绍电磁波在太阳能和风能等新型能源领域的应用解释电磁波在智能电网和能源互联网中的应用电磁波在未来能源系统中的作用和挑战10.3 电磁波与物联网和大数据的结合分析电磁波在物联网通信中的应用解释电磁波在大数据传输和处理中的作用电磁波在未来物联网和大数据技术中的挑战和发展趋势重点和难点解析一、电磁场的基本概念：理解电荷、电场、磁场和磁力的基本性质，以及电磁感应的原理。
电磁波传播模式概念
电磁波传播模式是描述电磁波在空间中传播特性的方式。
电磁波是以波动形式传播的电磁场，具有横波和纵波两种形式。
在自由空间中，电磁波以光速传播，并且其传播方向与电场和磁场的方向相互垂直。
电磁波传播模式的概念通常分为两种：线性和非线性。
线性模式：线性模式是指电磁波的电场和磁场分量之间没有相互作用，且不随时间变化。
这种模式的电磁波在自由空间中以恒定的速度传播，不会因为遇到障碍物而发生反射、折射或散射等现象。
线性模式的电磁波适用于长距离通信和遥感等领域。
非线性模式：非线性模式是指电磁波的电场和磁场分量之间存在相互作用，且随时间变化。
这种模式的电磁波在遇到障碍物时，会发生反射、折射、散射等现象，并且其传播速度也会随介质的不同而发生变化。
非线性模式的电磁波适用于高功率应用，如激光雷达、高功率微波等领域。
此外，根据电磁波的频率和波形，还可以将其分为不同的类型，如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
每种类型的电磁波具有不同的传播特性和应用场景。
总之，电磁波传播模式的概念是研究电磁波传播特性的重要方式，可以帮助人们更好地理解和应用电磁波。
自由空间的电磁波
亥姆霍兹方程数学上是一个本征值问题，其解是一系列本征函数
应本征值为 。波动方程（2）式的通解形式上可写为：
（9）
下面我们将具体求解亥姆霍兹方程
本征函数。
2.
将 分解为三个直角坐标分量之和：
i+ （10）
代入亥姆霍兹方程可得三个分量的标量方程：
=0 =0 =0（11）
三个方程形式相同，只需求解一个即可，用u代替上面的标量分量：
1.
由于电场和磁场方程形式相同，所以我们只需求解关于电场的方程即可。把电场强度分解为时间和空间两部分： （3）
代入电场的波动方程得： （4）
等式两边量纲不同，要是等式成立只能是两边等于同一常数，取这个常数为 ，于是我们分离出电场时间和空间的方程：
(5)
(6)
(5)式为电场的亥姆霍兹方程，数学上类似于定态薛定谔方程。（6）式是关于时间的二阶常系数线性微分方程，其通解为： （7）
方程（26）的通解为：
，n为自然数（30）
其中 、 为半整数阶球贝塞尔函数。
我们取其特解：
（31）
方程（27）的通解为：
（32）
场论导引期末论文
论文题目：自由空间电磁波波动方程的数学求解
年级专业：
ห้องสมุดไป่ตู้小组成员：
B31214016
B31214008
自由空间电磁波波动方程的数学求解
麦克斯韦方程组是电动力学核心，自由空间(ρ=0,J=0)中麦克斯韦方程组的形式为：
(1)
进一步推导我们可以得到关于电场和磁场的两个方程：
(2)
这两个方程具有波动方程的形式，这直接说明了变化的电磁场一波的形态存在于自由空间中。下面我们将用数学物理方法的知识来求解这两个波动方程，并对一些特解加以说明。
电磁波的传播与辐射
电磁波的传播与辐射电磁波的传播是指电磁波在空间中的传递过程，具有波动性和粒子性的特点。
电磁波的辐射是指电磁波通过空间传输能量的过程。
在此文章中，我们将以科普的方式来探讨电磁波的传播与辐射。
一、电磁波的特性电磁波是由电场和磁场交替振荡而形成的，具有一定的振荡频率和波长。
根据波长的不同，电磁波可以分为不同的类型，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
二、电磁波的传播方式电磁波的传播方式主要有自由空间传播、导体传播和波导传播三种。
1.自由空间传播自由空间传播是指电磁波在真空或大气中传播的方式。
在自由空间传播中，电磁波的传播速度为光速，即每秒约30万公里。
自由空间传播适用于无线电通信、卫星通信等领域。
2.导体传播导体传播是指电磁波在金属导体中传播的方式。
在导体传播中，电磁波会被金属导体吸收，并在导体内产生电流。
导体传播适用于电力传输和电磁屏蔽等领域。
3.波导传播波导传播是指电磁波在介质内的导向结构中传播的方式。
波导通常由金属壳体和介质构成，可以限制电磁波在一定范围内传播。
波导传播适用于微波通信、雷达系统等领域。
三、电磁波的辐射效应电磁波的辐射效应是指电磁波对物质和生物体的影响。
不同频率的电磁波对物质和生物体具有不同的辐射效应。
1.热效应高频电磁波，如微波和红外线，可以引起物质和生物体的加热，产生热效应。
这是因为高频电磁波的能量较高，能够被物质吸收并转化为热能。
2.光效应可见光是一种特殊频率的电磁波，其辐射效应主要是光效应。
可见光对于人眼来说是可见的，能够产生色彩和亮度的感觉。
3.生物效应一些特定频率的电磁波具有生物效应，即对生物体产生一定的影响。
例如，紫外线可以引起皮肤灼伤和DNA损伤，X射线和γ射线可以导致细胞的突变和死亡。
四、电磁波的应用与安全问题电磁波的传播与辐射对人类生活产生了广泛的影响，同时也存在一些安全问题。
1.无线通信与辐射安全近年来，无线通信迅速发展，如手机、Wi-Fi等。
在自由空间传播的均匀平面电磁波
在自由空间传播的均匀平面电磁波（空间中没有自由电荷，没有传导电流），电场和磁场都没有和波传播方向平行的分量，都和传播方向垂直。
此时，电矢量E，磁矢量H和传播方向k两两垂直。
只是在这种情况下，才可以说电磁波是横波。
沿一定途径（比如说波导）传播的电磁波为导行电磁波。
根据麦克斯韦方程，导行电磁波在传播方向上一般是有E和H分量的。
光的传播形态分类：根据传播方向上有无电场分量或磁场分量，可分为如下三类，任何光都可以这三种波的合成形式表示出来。
1、TEM波：在传播方向上没有电场和磁场分量，称为横电磁波。
若激光在谐振腔中的传播方向为z方向，那么激光的电场和磁场将没有ｚ方向的分量！实际的激光模式是准TEM模，即允许Ez、Hz分量的存在，但它们必须<<横向分量，因为较大的Ez意味着波矢方向偏离光轴较大，容易溢出腔外，所以损耗大，难于形成振荡。
2、TE波(即是物光里的s波)：在传播方向上有磁场分量但无电场分量，称为横电波。
在平面光波导(封闭腔结构)中，电磁场分量有Ey, Hx, Hz，传播方向为ｚ方向。
3、TM波(即是物光里的p波)：在传播方向上有电场分量而无磁场分量，称为横磁波。
在平面光波导(封闭腔结构)中，电磁场分量有Hy, Ex, Ez，传播方向为ｚ方向。
微波工程、电磁场理论等课程中有关于TEM、TE、TM模的更为详细的描述。
电磁波的传播与传输
电磁波的传播与传输电磁波是一种由振荡的电场和磁场组成的波动现象，它在空间中传播并传递能量。
在不同频率范围内，电磁波有着不同的传播方式和应用领域。
本文将探讨电磁波的传播与传输过程，并分析其在通讯、雷达和无线电等领域的应用。
一、电磁波的传播方式电磁波的传播方式主要包括自由空间传播、地面传播和电离层传播。
1. 自由空间传播自由空间传播是指电磁波在无障碍物的开放空间中传播。
在自由空间中，电磁波的传播速度与真空中的光速相同，即约为3×10^8米/秒。
自由空间传播是无线通信中最常见的传播方式，例如无线电、电视、卫星通信等都是利用自由空间传播电磁波来实现信息的传递。
2. 地面传播地面传播是指电磁波在地面附近的大气中通过地面反射、散射和绕射等方式传播。
当电磁波遇到建筑物、山脉等障碍物时，会出现多径传播现象，即电磁波以不同路径传播到达接收端，导致信号的衰减和多普勒频移。
地面传播广泛应用于雷达、无线局域网和移动通信等领域。
3. 电离层传播电离层是地球大气圈中的一个电离状态的区域，位于距离地面约60-1000千米的高度上。
电磁波在电离层中会发生层流、反射和透射等现象，使得电磁波能够远距离传播。
电离层传播主要应用于短波广播、天线电视和卫星通信等领域。
二、电磁波的传输特性电磁波的传输特性包括传输介质、传输距离和信号衰减等因素。
1. 传输介质电磁波的传输介质可以是真空、空气、水、金属或其他固体物质。
不同介质对电磁波的传播速度和传播损耗有着不同的影响。
例如，在真空中电磁波的传播速度最快，在金属中电磁波容易被吸收和衰减。
2. 传输距离电磁波的传输距离取决于传输频率和传输介质。
一般情况下，高频率的电磁波传输距离较短，低频率的电磁波传输距离较远。
此外，不同介质对电磁波的衰减程度也会影响传输距离。
在实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的传输距离和频率。
3. 信号衰减信号衰减是指电磁波在传输过程中由于各种因素导致信号强度的减小。
《电动力学电子教案》课件
《电动力学电子教案》课件第一章：电磁场基本概念1.1 电磁场的定义与特性电磁场的概念电磁场的分类：静态电磁场和动态电磁场电磁场的特性：保守场与非保守场1.2 电磁场的基本方程高斯定律法拉第电磁感应定律安培环路定律麦克斯韦方程组1.3 电磁波的产生与传播电磁波的产生：麦克斯韦方程组的波动解电磁波的传播：波动方程和解电磁波的频率、波长和速度第二章：电磁波的波动方程及其解2.1 电磁波的波动方程电磁波的波动方程推导波动方程的边界条件2.2 电磁波的解平面电磁波的解球面电磁波的解2.3 电磁波的极化线极化圆极化椭圆极化第三章：电磁波的反射与折射3.1 电磁波在介质边界上的反射反射定律反射波的性质3.2 电磁波在介质边界上的折射折射定律折射波的性质3.3 电磁波的全反射全反射的条件全反射的物理意义第四章：电磁波的传播与应用4.1 电磁波在自由空间中的传播自由空间中的电磁波传播特性电磁波的传播速度和波长4.2 电磁波在大气中的传播大气对电磁波传播的影响大气层对电磁波的吸收和散射无线通信雷达微波炉第五章：电磁波的辐射与吸收5.1 电磁波的辐射电磁波的辐射机制天线辐射特性5.2 电磁波的吸收电磁波被物质吸收的机制吸收系数和损耗5.3 电磁波的辐射与吸收的应用无线通信设备的设计电磁兼容性分析电磁波探测与成像第六章：电磁波的量子电动力学基础6.1 量子力学与经典电磁学的对比经典电磁学的基本原理量子力学的基本原理6.2 量子电动力学的基本概念费米子的电磁相互作用光子与物质的相互作用6.3 量子电动力学的应用激光的原理与应用电子加速器与粒子物理实验第七章：相对论性电子学7.1 狭义相对论与电子学狭义相对论的基本原理狭义相对论对电子学的影响7.2 洛伦兹变换与电子学洛伦兹变换的定义与性质洛伦兹变换在电子学中的应用7.3 相对论性效应的应用高速电子设备的相对论性效应分析粒子加速器中的相对论性效应第八章：电子加速器与辐射效应8.1 电子加速器的基本原理电子加速器的工作原理电子束的特性和应用8.2 辐射效应的基本概念辐射对物质的影响辐射防护的基本原则8.3 辐射效应的应用医学影像学中的辐射效应无线电通信中的辐射效应第九章：电磁波探测器与测量9.1 电磁波探测器的原理与分类光电探测器微波探测器射线探测器9.2 电磁波测量技术直接测量法与间接测量法频率测量与功率测量9.3 电磁波探测与测量的应用无线电通信系统的性能评估地球物理勘探第十章：电磁波在现代科技中的应用10.1 电磁波在信息技术中的应用光纤通信技术无线通信技术10.2 电磁波在医学中的应用磁共振成像（MRI）射频消融技术10.3 电磁波在其他领域的应用雷达与遥感技术电磁兼容性与电磁防护重点和难点解析重点环节：1. 电磁场的定义与特性：电磁场的分类、电磁场的特性。
电磁场与电磁波(第2章)解析
则穿过面积元 dS的电流为
div
dq dt
vdSΒιβλιοθήκη 所以，运流电流为iv div s v dS s Jv dS
式中运流电流密度为
Jv
div ds
v
通常，传导电流与运流电流并不同时存在。
位移电流 电介质内部的分子束缚电荷作微观位移而形成
作一个闭合面S，假定其中所包围的电量为q，根据高斯定 律可知
第2章 电场、磁场与麦克斯韦方程
重点：
1. 电场力、磁场力、洛伦兹力 2. 电磁场中的三种电流以及电流连续性原理 3. 麦克斯韦方程的导出及意义 4. 微分形式的麦克斯韦方程 5. 积分形式的麦克斯韦方程 6. 时谐形式的麦克斯韦方程 7. 电磁场的能量与坡印廷矢量
2.1 电场力、磁场力与洛伦兹力
q s D dS
则穿过闭合面S的位移电流为：
id
dq dt
s
D dS t
s Jd dS
式中位移电流密度
Jd
D t
0
E t
位移电流是电场随时间变化的结果
2.电流连续性原理
在时变电磁场空间，围绕着通电导体作一闭合面S，则
穿入的传导电流和运流电流应等于S面内自由电量q的增加率
，即
ic
iv
根据斯托克斯定律
变化的磁场
e E dl ( E) dS dm B dS
l s
dt
s t
可得麦克斯韦第二方程 ： E B
t
感应电场是磁场随时间变化的结果
2.4 由磁通量与高斯定律导出麦克斯韦第三方程
穿过开表面积S的磁通
m B dS s
磁力线是闭合的，永远是连续的，于是，对于一个闭合面S而言
第二章 5 无线通信信道 无线信道中的多普勒效应
2006-9-1
11/22
目录
1. 2.
自由空间中电磁波的多普勒频移 非自由空间中电磁波的多普勒扩展
2006-9-1
12/22
非自由空间中电磁波的多普勒扩展
z
典型的非自由空间中，例如信道中存在某些物体引起 的反射、散射、绕射、透射等现象时，信道的多普勒 现象是多普勒扩展(Doppler spread)。
自由空间中电磁波的多普勒频移 非自由空间中电磁波的多普勒扩展 相干时间
2006-9-1
19/22
相干时间
z
z
在非自由空间、时间选择性衰落信道中，对于无线通 信接收机接收到的信号，在两个时刻对接收信号的复 包络采样，如果两个时刻对复包络的采样信号基本相 等，则称这两个时刻内的接收机接收到的信号在 相干 时间内。 满足两个时刻复包络采样信号基本相等条件的最远的 两个时刻，称为相干时间(coherence time)。
z
设无线通信发射机发射信号的带宽为 ∆f ，则发射机发 射信号的频率范围为： ∆f ∆f ft ∈ fc − , fc + 2 2 窄带信号：
∆f ∆f ≈ fc + fc − 2 2
z
z
对于窄带无线通信系统来说，频带低端的多普勒频移 与高端的是一样的，这就使得调整接收机本振频率对 接收机天线接收到信号的中心频率，就可以消除多普 勒频移的影响。
自由空间中电磁波的多普勒频移
z
无线信道多普勒效应的存在，使得接收机可靠检测发 射机发射信号变得较为困难。
2006-9-1
4/22
自由空间中电磁波的多普勒频移
接收机 移动速度v
号 信 方 达 到
θ
z
向
电磁波自由空间中,电场和磁场的方程
电磁波是一种以电场和磁场相互作用产生的波动现象。
在自由空间中，电磁波的传播遵循着一定的规律，其电场和磁场的变化满足一系列的方程。
本文将从电场和磁场的方程入手，探讨电磁波在自由空间中的传播规律。
一、麦克斯韦方程组在自由空间中，电磁波的传播遵循麦克斯韦方程组，该方程组共包括四个方程，分别描述了电场和磁场的变化规律。
方程组如下：1. 麦克斯韦第一方程（高斯定理）该方程描述了电场的发散性质，表达式如下：∇·E = ρ/ε₀其中，∇·E表示电场的发散，ρ为电荷密度，ε₀为真空介电常数。
2. 麦克斯韦第二方程（高斯安培定理）该方程描述了磁场的闭合性质，表达式如下：∇·B = 0该方程表明，在无电流的情况下，磁场的发散为0。
3. 麦克斯韦第三方程（法拉第电磁感应定律）该方程描述了电场的旋度与磁场的变化关系，表达式如下：∇×E = -∂B/∂t其中，∇×E表示电场的旋度，-∂B/∂t表示磁场随时间的变化率。
4. 麦克斯韦第四方程（安培环路定理）该方程描述了磁场的旋度与电场的变化关系，表达式如下：∇×B = μ₀J + μ₀ε₀∂E/∂t其中，∇×B表示磁场的旋度，μ₀为真空磁导率，J为电流密度。
二、电磁波的传播方程根据麦克斯韦方程组，可以推导出电磁波在自由空间中的传播方程。
考虑在真空中没有任何电荷和电流的情况下，高斯定理和法拉第电磁感应定律可以简化为：∇·E = 0∇×E = -∂B/∂t考虑真空中没有自由磁荷，高斯安培定理简化为：∇·B = 0∇×B = μ₀ε₀∂E/∂t结合以上简化后的方程，可以得到电磁波在自由空间中的传播方程：∇²E = μ₀ε₀∂²E/∂t²∇²B = μ₀ε₀∂²B/∂t²这两个方程描述了电场和磁场在自由空间中的传播特性，其中∇²表示拉普拉斯算子，μ₀和ε₀分别为真空磁导率和真空介电常数。
自由空间电磁波波长
自由空间电磁波波长
自由空间电磁波是一种在真空中传播的电磁辐射，其波长可以通过以下公式计算：
λ = c / f
其中，λ为波长，c为光速，f为频率。
在自由空间中，电磁波的波长与频率成反比，即频率越高，波长越短。
电磁波是由电场和磁场交替变化产生的波动，其频率可以范围从极低频（ELF）到极高频（EHF）。
一般情况下，电磁波频率越高，其能量越大，穿透力也越强。
以下是一些常见的自由空间电磁波的波长和频率：
- 无线电波：波长范围从1mm到100km，频率范围从3kHz到300GHz。
在这个频率范围内，无线电波可用于广播、通讯、雷达等方面。
- 可见光波：波长范围从400nm到700nm，频率范围从430THz到770THz。
可见光波是一种可见的电磁波，被用于照明、沟通、娱乐等方面。
- 红外线波：波长范围从750nm到1mm，频率范围从300GHz到400THz。
红外线波被用于热成像、红外线夜视、通讯等方面。
- 嫩绿线波：波长为546.1nm，频率为548THz。
嫩绿线是可见光谱中的一条谱线，用
于测量距离、温度和密度等方面。
- 紫外线波：波长范围从10nm到400nm，频率范围从750THz到30PHz。
紫外线波被用于荧光检测、杀菌等方面。
- X射线波：波长范围从0.01nm到10nm，频率范围从30PHz到30EHZ。
X射线波被用
于医疗、材料检测等方面。
总之，自由空间电磁波具有不同的波长和频率，这也决定了它们在各个方面的应用。
电磁波如何传输信息
电磁波如何传输信息电磁波是一种由电场和磁场相互作用形成的波动现象，可以在空间中传输能量和信息。
在现代通信技术中，电磁波被广泛应用于无线通信、卫星通信、无线电广播和电视传输等各个领域。
本文将介绍电磁波传输信息的原理和应用。
一、电磁波的基本特性电磁波由电场和磁场的变化相互耦合而成，它们以相互垂直的方式传播。
电磁波具有一定的频率和波长，可分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同波段。
其中，可见光波段被人眼所感知，而其他波段则需要特殊仪器进行接收和识别。
二、电磁波传播的方式电磁波传播的方式主要有自由空间传播和导波传输两种。
1. 自由空间传播：自由空间传播是指电磁波在没有受到物质媒介的限制下进行传输的方式。
这种传播方式适用于无线通信、卫星通信等需要远距离传输的场景。
在自由空间中，电磁波的传播速度接近真空中的光速，具有很好的穿透性和传输性能。
2. 导波传输：导波传输是指电磁波通过导体或者波导进行传输的方式。
在导体中，电磁波通过电流的形式传输，常见的例子是电缆中的信号传输。
而波导则是一种特殊的结构，能够将电磁波限制在一定的空间范围内进行传导，常用于微波通信和雷达系统中。
三、电磁波传输信息的原理电磁波传输信息的原理基于电磁波的振幅、频率和相位的变化。
通过使用调制和解调技术，可以在电磁波中嵌入或提取出需要传输的信息。
1. 调制技术：调制是将要传输的信息转化为电磁波的某种特性变化的过程。
常见的调制方式包括振幅调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)等。
在调制过程中，电磁波的某个特性(振幅、频率或相位)跟随着要传输的信息发生变化，从而将信息嵌入到电磁波中。
2. 解调技术：解调是将嵌入在电磁波中的信息还原出来的过程。
解调过程与调制过程相反，通过识别电磁波特性的变化，可以提取出嵌入在中的信息。
解调技术根据调制方式的不同而有所差异，需要与调制技术相匹配。
四、电磁波传输信息的应用电磁波传输信息的应用非常广泛，涉及到通信、广播、遥感等多个领域。
自由空间中的电磁波
电磁场量与介质特性量的关系
2020/5/23
6
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征 为了学习更加复杂形式的电磁波，首先对均匀平面波进行了解和学习。
均匀平面波的解（公式推导）
均匀平面波的传输特性
电磁波谱特性
2020/5/23
7
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
2020/5/23
紫外线应用方面如下： 化学：涂料固化，颜料固化，光刻 生物学：紫外线灭菌法，促进植物生长，诱杀蚊虫 仪器分析：矿石，药物，食品分析 应用：人体保健照射，诱杀害虫，油烟氧化，光触酶（二氧化钛）
2020/5/23
13
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
6）X 射线
波长为 0.1 ~ 10 nm，在大气中全部被吸收，不能用于遥感 。
干涉的数学模型分析？（公式推导）
干涉产生需要满足的条件
电场强度和磁场强度都必须分别具备相同的振 动方向
频率必须相同 路程差不能太大 振幅不能悬殊太大
干涉结果公式表示
干涉现象
2020/5/23
干涉示意图
20
自由空间中的电磁波— 电磁波的衍射
在物理学中，衍射是指波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的 现象，孔隙越小，波长越大，现象越显著
2020/5/23
16
自由空间中的电磁波— 电磁波的极化特征 极化的形式数学模型分析（线极化、圆极化和椭圆极化）？（公式推导）
2020/5/23
不同形式极化17 示意图
自由空间中的电磁波— 电磁波的极化特征
极化波的描述
极化方向的定义 ➢ 在一定的坐标系中定义 ➢ 坐标系的选择是任意的 ➢ 极化平面是垂直于传播方向的平面
自由空间中的电磁波
§6-3 自由空间中的电磁波1894年12月8日，麦克斯韦在英国皇家学会报告了他的论文《电磁场的动力学原理》，他从方程组出发，导出了电磁场的波动方程，于是他预言了迅变电磁场互相激发并以波的形式在空间传播，并得到电磁波的传播速度与当时已知的真空中的光速相等，于是他预言了：光是按照电磁定律经过场传播的电磁扰动——即光就是电磁波。
、一、自由空间中的电磁波假设在空间中000==J q 这时麦克斯韦方程组变为：因为在真空中，所以考虑到得0=⋅∇E同理对于磁场有：由微分方程理论我们知道，上式关于E 和B 的方程是典型的波动方程。
它表明脱离了场源的电磁志场是以波的形式在无界自由空间中传播的，它们的传播速度为：00/1με=v利用已知的真空介电常数和磁导率的数值，代入上式得：c s m v =×=/1038这说明电磁波和光波是性质相同的波，因此麦克斯韦预言了电磁波的存在，预言了光就是电磁波。
麦克斯把表面上似乎不相干的光现象和电磁现象统一了起来，为人类深刻认识光的本质树起了一座历史的丰碑。
从下一节电磁波谱中可看到，可见光只是其中一小部分。
平面电磁波在空间的传播·对于电场和磁场满足的波动微分方程，它们的一种最基本的解是存在于自由空间中的平面电磁波的解，复数表达式为：式中K r 是沿电磁波传播方向的一个常是矢量，称为波矢，其大小为·平面电磁波的复数形式只是为了运算方便实际存在的电场应理解为只取其实部，即：二、电磁波谱1886年，赫兹运用电磁振荡的方法产生了电磁波，从而证明了麦克斯韦理论的正确性，自此后，人们进行了许多实验，不仅进一步证明了光是一种电磁波，光在真空中的传播速度C 就是电磁波在真空中的传播速度；而且发现了不同频率和波长的电磁波，如无线电波、红外光、可见光、紫外光、X 射线和Y 射线等，这些电磁波按频率和波长的顺序排列起来构成电磁波谱。
下图给出了各种电磁波的名称和近似的波长范围，真空中的波长A 和频率，（这里采用光学中常用的符号v 代表频率0的关系为vc=λ已知的电磁波谱从很高的γ射线的频率（）下降到长无线电波的频率（）。
电磁波自由空间中,电场和磁场的方程
电磁波自由空间中,电场和磁场的方程电磁波在自由空间中传播，其电场和磁场的方程是描述电磁波特性的基本方程。
电场和磁场是电磁波的两个基本要素，它们相互作用、相互转换，共同构成了电磁波的传播过程。
我们来看电场方程。
电场是由电荷所产生的，其强度和方向决定了电场的特性。
在自由空间中，电场遵循麦克斯韦方程组中的法拉第电磁感应定律和电场高斯定律。
法拉第电磁感应定律描述了磁场的变化如何引起电场的变化。
它表明，变化的磁场会在空间中产生电场环路，这个电场环路的方向与磁场变化的方向相反。
这一定律揭示了电磁感应现象的本质，也是电磁波传播的基础。
电场高斯定律则描述了电荷如何产生电场，以及电场如何与电荷分布相关。
它表明，电场的源是电荷，电场的强度与电荷的数量和分布有关。
电场会从正电荷流向负电荷，形成电场线，电场线的密度表示了电场的强弱。
接下来，我们来看磁场方程。
磁场也是由电荷所产生的，其强度和方向决定了磁场的特性。
在自由空间中，磁场遵循麦克斯韦方程组中的安培环路定律和磁场高斯定律。
安培环路定律描述了电场的变化如何引起磁场的变化。
它表明，变化的电场会在空间中产生磁场环路，这个磁场环路的方向与电场变化的方向相反。
这一定律揭示了电磁感应现象的本质，也是电磁波传播的基础。
磁场高斯定律则描述了磁荷如何产生磁场，以及磁场如何与磁荷分布相关。
它表明，磁场的源是磁荷，磁场的强度与磁荷的数量和分布有关。
磁场线是闭合的环路，磁场线的密度表示了磁场的强弱。
电场和磁场的方程是描述电磁波传播的基本规律，它们相互作用、相互转换，共同构成了电磁波的传播过程。
电磁波的传播速度是光速，它在自由空间中以波的形式传播。
电磁波的频率和波长决定了它的性质和应用。
电磁波在通信、雷达、医学等领域有着广泛的应用，对人类的生活产生了巨大的影响。
通过深入理解电场和磁场的方程，我们能够更好地理解和应用电磁波。
自由空间波长
自由空间波长是一种概念，用来描述聚变能、电磁辐射、穿透物质和空间等多种物理现象。
它定义了能量的传播，是描述物理现象的重要参数。
下面将从理论和实践两方面进行介绍。
一、理论层面
1、定义：自由空间波长是从一个物体到另一个物体传播的电磁波的频率，它没有受到任何物
理结构的影响，可以被视为在真空中传播的电磁波。
2、性质：自由空间波长是波长固定的，它具有周期性和平稳性，可以指定振荡频率的大小，
从而指定电磁辐射的频率。
3、应用：自由空间波长在许多领域有着广泛的应用，如电磁辐射的传播和传感等。
它可以用
来定量衡量物体之间的距离，甚至可以用来测量宇宙的膨胀速度。
二、实践层面
1、无线传输：自由空间波长在无线传输中有着重要作用，它可以用来传播无线信号，如Wi-
Fi和蓝牙等。
它们可以通过不同的频率来传输数据，甚至可以在空间中发射信号，从而实现
多种功能。
2、激光技术：激光技术是一种用来传输光子的技术，它可以用来发射自由空间波长的激光束，从而实现投影显示、打印机扫描等功能。
3、通信系统：自由空间波长在通信系统中也有重要作用，它可以用来传输语音、视频和数据
等信息，从而实现远距离通信。
4、医疗：自由空间波长还可以用来进行医疗检查，如超声检查和核磁共振检查等，可以帮助
医生发现疾病的早期症状，进行准确的诊断。
总之，自由空间波长是物理现象中一个重要的参数，它可以用来描述物体之间的距离，也可以用来传播电磁辐射，它在无线传输、激光技术、通信系统和医疗检查等领域有着广泛的应用。
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电磁场量与介质特性量的关系
2020/4/2
7
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征 为了学习更加复杂形式的电磁波，首先对均匀平面波进行了解和学习。
均匀平面波的解（公式推导）
均匀平面波的传输特性
电磁波谱特性
2020/4/2
8
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
2020/4/2
2020/4/2
13
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
5）紫外线
波长为 10~380 nm 具有显著的化学效应和荧光效应；
短波紫外线：简称UVC。是波长200－280nm的紫外光线。 中波紫外线：简称UVB。是波长280－320nm的紫外线。 长波紫外线：简称UVA。是波长320－400nm的紫外线。
红外线的应用事例 遥感技术—在传统航空摄影侦察和航空摄影测绘 中应用广泛。 通信技术--利用荧光灯或发光二极管等发出的肉 眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息。
不同光色对应的波长
特别注意：有人说物体的颜色是物体吸收了其它色光，反射了这种颜色的光。这种说法是 不对的。比如黄绿色的树叶，实际只吸收了波长为400 ～435nm 的紫光，显示出的黄绿色 是反射的其它色光的混合效果，而不只反射黄绿色光。
电磁波谱中各波段
9
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
1）无线电波
频率相对较低，波长较长，波长范围从几千km~0.3m。短 波被大气层全部反射，中波长波被电离层吸收，因此无线 电波不能穿透大气层。
2020/4/2
无线电波传播途径
10
电波传播特性
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
2）微波
波长0.1~100cm,实际是无线电波的一部分
所谓电磁波，就是以波动形式在空间传播并传递电磁能量的交变电磁 场。电场和磁场总是不可分离地联系在一起的。既不会有与磁场分离 的纯电波，也不会有与电场分离的纯磁波。在自由空间中传播的电磁 波一般是平面波，它是一种电场和磁场相互垂直的横波。
2020/4/2
3
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
电场和磁场互相垂直，且都位于与传播方向垂直的平面上，该平面所 有点上电场或磁场的相位或幅度都是相同的（等相面或等幅面）。
微波遥感技术
第一章 自由空间中的电磁波
授课老师：李亚超
2020/4/2
1
自由空间中的电磁波— 教学内容
电磁波的基本特征 电磁波的极化特性 电磁波的干涉与衍射 微波的多普勒效应
2020/4/2
2
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
任何温度高于绝对零度的物体都会向外界辐射电磁波
空间任何一处只要存在着变化的电场，它就能够在周围空间激发磁场； 同样，变化的磁场也能够在它的周围空间激发电场。这种电场和磁场 能量不断地相互转化，就能形成随时间而变化的交变电磁场并以波动 的形式在空间传播。
测
红外线的应用事例 夜视仪————探测人体热量，红外线成像 测距仪————以红外线作为载波的一种测量距离的精密仪器 理疗机————使用远红外线的热效应治疗 热寻的导弹——跟踪飞机尾部热量的导弹，著名的美国响尾蛇
2020/4/2
12
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
4）可见光
波长为 0.4 ~ 0.7 um，能被人眼直接分辨的电磁波
20
自由空间中的电磁波— 电磁波的干涉
在物理学中，干涉是指满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，在 叠加区域某些点的光振动始终加强，某些点的光振动始终减弱，即 在干涉区域内振动强度有稳定的空间分布
干涉的数学模型分析？（公式推导）
干涉产生需要满足的条件
电场强度和磁场强度都必须分别具备相同的振 动方向
7） 射线
2020/4/2
15
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
本节课后作业
1. 假设区域无源自由空间，利用麦克斯韦方程求解均匀 平面波的解？
2. 分析无线电波和微波的差异、特性以及应用情况？ 3. 微波频段中X波段的特性以及应用范围？ 4. 在对人体进行探测时，电磁波的哪几种波段可以被利
用，其原理和特点是什么？特别是微波电磁波的探测 特性和原理。
析说明？ 4. 电磁波衍射原理及呈现的对孔径大小与分辨率的特性
分析？ 5. 合成孔径雷达高分辨成像是如何体现多普勒效应的？
高分辨形成与多普勒效应的关系是什么？（图形解释 和公式说明）
2020/4/2
24
本章未完待续。。。。。
2020/4/2
16
自由空间中的电磁波— 电磁波的极化特征
极化：电磁波电场或／和磁场的方向（相对传播方向） 两种方式
➢ 固定时间上空间电/磁场的方向分布 ➢ 空间规定位置上电/磁场方向的变化情况（遥感中常用）
• 线极化 • 圆极化 • 椭圆极化
2020/4/2
17
自由空间中的电磁波— 电磁波的极化特征 极化的形式数学模型分析（线极化、圆极化和椭圆极化）？（公式推导）
• 正交：互不包含；
➢ 水平极化和垂直极化。
2020/4/2
19
自由空间中的电磁波— 电磁波的极化特征
极化波的迭加
同极化波的迭加干涉 ➢ 时谐（正弦）函数的迭加 ➢ 相同的频率
极化波的迭加（意义） ➢ 极化测量只能测量两个正交极化分量； ➢ 利用两个正交极化分量推导目标的实际极化特征。
2020/4/2
• 毫米波:1mm~10mm • 厘米波:1cm~10cm • 分米波:1dm~10dm
特点： • 穿透性（云、雾、冰） • 不受气候和昼夜影响 • 能量弱
多用于雷达或其他通信领域
2020/4/2
11
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
3）红外线
波长 0.76~1000um 根据波长分为： • 近红外 0.76~3 um • 中红外 3 ~ 6 um • 远红外 6 ~ 15 um • 超远红外 15~1000 um 能较好的表现其波段内的物体辐射特性，可应用于遥感探
频率必须相同 路程差不能太大 振幅不能悬殊太大
干涉结果公式表示
干涉现象
2020/4/2
干涉示意图
21
自由空间中的电磁波— 电磁波的衍射
在物理学中，衍射是指波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的 现象，孔隙越小，波长越大，现象越显著
衍射的数学模型分析？（公式推导）
2020/4/2
单缝衍射示意图 P点接收结果
2020/4/2
5
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
1） 不需要传播介质 2） 横 波 3） 波动性 4） 叠加原理 5） 相干性和非相干性 6） 衍射和偏振（遥感器的几何图象分辨率，波长越
长，偏振现象越显著，偏振摄影和雷达成像） 7）多谱勒效应（合成孔径侧视雷达）
2020/4/2
6
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征 为了学习更加复杂形式的电磁波，首先对均匀平面波进行了解和学习。
22
自由空间中的电磁波— 电磁波的多普勒效应
电磁波因辐射源（或者观察者）相对于传播介质的运动， 而使观察者接受到的频率发生变化，这种现象称为多普 勒效应。
（合成孔径雷达的工作原理）
虚拟大孔径实现高分辨成像
2020/4/2
23
自由空间中的电磁波— 课后作业
本节课后作业
1. 电磁波的极化特性以及应用？ 2. 电磁波的干涉特性？ 3. 电磁波干涉的条件是什么？为什么？请用公式理论分
紫外线应用方面如下： 化学：涂料固化，颜料固化，光刻 生物学：紫外线灭菌法，促进植物生长，诱杀蚊虫 仪器分析：矿石，药物，食品分析 应用：人体保健照射，诱杀害虫，油烟氧化，光触酶（二氧化钛）
2020/4/2
14
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
6）X 射线
波长为 0.1 ~ 10 nm，在大气中全部被吸收，不能用于遥感 。
波面是一系列相互平行的平面的波。在离点波源较远处，沿波的传播 方向取一局部范围来看，在这范围内的波面都是平行的，这样的波可 近似看成平面波。如射到地面的太阳光波可看成平面波。
2020/4/2
4
自由空间中的电磁波— 电磁波的基本特征
Asin[(t kx) ]
波函数由振幅和相位组成，一般遥感器仅仅记录电磁 波的振幅信息，丢失相位信息。微波遥感中，同时记录了 振幅信息和相位信息。
2020/4/2
不同形式极化18 示意图
自由空间中的电磁波— 电磁波的极化特征
极化波的描述
极化方向的定义 ➢ 在一定的坐标系中定义 ➢ 坐标系的选择是任意的 ➢ 极化平面是垂直于传播方向的平面
遥感中的定义： ➢ X方向：平行于地球表面（斜入射）； ➢ Y 方向：极化平面内与X方向垂直.
极化特性是二维特性 ➢ 平面内定义； ➢ 可以用两个正交基的迭加表示；