电磁波的辐射与散射
电磁波的传播
电磁波的传播电磁波是一种无形的能量，可以在真空中以及各种介质中传播。
它们由电场和磁场的相互作用所产生，如同水波一样传递能量。
电磁波在我们的日常生活中起着重要的作用，例如无线通信、广播电视以及雷达等。
本文将详细探讨电磁波的传播过程。
一、电磁波的基本特性电磁波由特定频率的电场和磁场组成，并以光速传播。
根据电磁波的频率，可以将其分为不同的类型，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
不同类型的电磁波具有不同的特性和应用。
二、电磁波的传播方式电磁波的传播是通过电场和磁场之间的相互作用实现的。
当电场或磁场发生变化时，就会产生电磁波并向周围介质传播。
换句话说，电场的变化会导致磁场的变化，而磁场的变化又会导致电场的变化，两者相互作用形成一个闭合的循环，这一过程被称为电磁波的传播。
三、电磁波在真空中的传播在真空中，电磁波的传播速度为光速，即约为每秒300,000公里。
这种传播速度是宇宙中的极限速度，无法超过或突破。
电磁波在真空中的传播过程中，不需要任何介质来支撑或传导，可以自由地在空间中传播。
四、电磁波在介质中的传播除了真空中的传播，电磁波还可以在各种介质中传播，包括固体、液体和气体。
在介质中传播时，电磁波会与介质中的原子和分子相互作用，导致能量的传递和散射。
不同介质对电磁波的传播会产生不同的影响，如折射、反射、散射等。
五、电磁波的折射和反射当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
折射是由于介质的密度和折射率不同而导致的，使得电磁波的传播方向发生改变。
折射现象在光学中应用广泛，例如透镜和棱镜的工作原理都基于折射现象。
另外，当电磁波遇到介质表面时，可能会发生反射。
反射是指电磁波在撞击介质表面后反弹回原来的介质中。
反射现象实际上是电磁波与介质之间交换能量的结果，其中一部分能量被反射回去，一部分则被吸收或穿透。
六、电磁波的散射除了折射和反射，电磁波还可能发生散射现象。
散射是指电磁波在与介质中的微粒相互作用后改变传播方向。
分析电磁波在介质中的吸收和散射特性
分析电磁波在介质中的吸收和散射特性电磁波在介质中的吸收和散射特性是一个重要的研究领域，它在无线通信、光学、材料科学等众多领域具有重要应用。
本论文旨在探讨电磁波在介质中的吸收和散射特性，分析其影响因素和应用。
引言：电磁波是由电场和磁场相互耦合形成的波动现象，在空气等真空环境下传播的速度是常数，而在介质中传播速度会发生改变，并且会发生吸收和散射现象。
电磁波在介质中的吸收和散射特性对于电磁波在介质中的传播和应用具有重要影响，因此对其进行深入研究具有重要意义。
一、电磁波在介质中的吸收特性分析：1. 介质中的吸收机制：介质中的吸收机制主要包括电子吸收、振动吸收和转动吸收。
其中，电子吸收是指电磁波的电场对介质中的自由电子进行作用，当电子受到电场作用而产生位移时会导致电子能级的变化，从而发生能量的吸收现象。
振动吸收和转动吸收则是介质中分子或原子发生振动或转动运动时吸收电磁波能量的现象。
2. 介质的吸收特性：介质的吸收特性主要由介电常数和磁导率来描述。
介电常数是介质对电场的响应能力，其实质上是描述了介质中电荷的运动能力；磁导率则是介质对磁场的响应能力，其实质上是描述了介质中磁性物质的特性。
介质的吸收特性与其介电常数和磁导率的实部和虚部有关，实部描述了介质中电磁波的传播速度，虚部描述了介质中电磁波能量的损耗程度。
3. 影响电磁波吸收的因素：电磁波在介质中的吸收强度受到多种因素的影响，例如波长、频率、介质的材料和结构等。
波长和频率与介质分子或原子的振动和转动特性相关，而材料和结构的形态则可以通过调节介质的吸收特性来控制电磁波的吸收强度。
二、电磁波在介质中的散射特性分析：1. 介质中的散射机制：介质中的散射主要由散射体对电磁波的相互作用引起。
散射体可以是介质中的微观颗粒（如气溶胶、尘埃等）或表面粗糙度等，当电磁波通过介质时会与这些散射体发生作用而改变传播方向和能量分布。
2. 介质的散射特性：介质的散射特性主要由散射截面和散射角度分布来描述。
电磁波的散射和吸收
电磁波的散射和吸收在我们日常生活中，电磁波无处不在，它们通过空气、水、甚至是人体等介质传播。
然而，在传播的过程中，电磁波会发生散射和吸收的现象。
本文将对电磁波的散射和吸收进行探讨，以加深我们对这一现象的理解。
首先，让我们来了解电磁波的散射。
散射是指当电磁波遇到物体表面或介质界面时，部分电磁波会改变传播方向而传播出去的现象。
散射的发生是由于物体或介质的不均匀性所导致的。
当电磁波遇到物体或介质时，它会与物体或介质的微观颗粒或结构发生相互作用。
这些相互作用会导致电磁波的传播方向改变，并且不同波长的电磁波受到的散射程度也是不同的。
对于可见光而言，散射是我们能够看到物体的原因之一。
当太阳光照射到大气层时，光线与大气中的气体、灰尘和水蒸气等微粒发生散射，使我们能够看到蓝天和白云。
而在日落时，太阳的位置更低，光线通过更长的路径穿过大气层，此时较短波长的紫外线和蓝光会被更多地散射掉，而红光则相对较少受到散射，使得我们可以看到美丽的夕阳。
除了可见光，其他波长的电磁波也会发生散射现象。
例如雷达波在探测目标时，会发生散射，从而触发雷达系统接收到回波信号。
这是因为目标物体与雷达波的相互作用使得电磁波改变了传播方向，返回到雷达系统。
通过分析回波信号的特性，我们可以获取目标物体的诸多信息，如位置、速度等。
除了散射，电磁波还会发生吸收现象。
吸收是指电磁波与物体或介质相互作用后，部分电磁波的能量会转化为物体内部的其他形式的能量。
不同物体对不同波长的电磁波的吸收程度也是不同的。
例如，金属材料对可见光具有很强的反射能力，因此我们常见的镜面反射就是金属表面吸收光线后再反射出来的结果。
而木材等非金属材料则相对较弱地吸收光线，所以我们可以看到它们的颜色。
吸收现象还有许多实际应用。
比如我们常见的微波炉，它利用水分子对微波的吸收性很强这一特性，使得食物能够迅速加热。
此外，太阳能电池板也利用半导体材料对太阳光的吸收现象来产生电能。
总结起来，电磁波的散射和吸收是一种平凡而普遍的现象。
第10章 电磁波的衍射与散射
∫
G ( r , r ′ ) ∇ ′ψ − ψ∇ ′G ( r , r ′ ) i en dS ′ = − ∫ ψ ( r ′ ) δ ( r − r ′ ) dV ′ ′ S V
根据δ函数的性质，得 函数的性质，
−ψ ( r ) , r 位于V内 ∫ S G ( r , r ′ ) ∇′ψ −ψ∇′G ( r , r ′ ) ien′ dS ′ = 0，r 位于V 外
电子科技大学
是惠更斯原理的数学表达式 积分式中的因子 e jkR ( 4π R ) 表示从表面S上的点 ′ 向体积V 表示从表面 上的点r 向体积 上的点 内的点r 传播的波， 内的点 传播的波，其波源强度由边界值确定 曲面S上的每一点可以看作次级波源， 区域V内的波可看作 曲面 上的每一点可以看作次级波源，区域 内的波可看作 上的每一点可以看作次级波源 曲面上所有次级波源所发出的波的叠加
亮区 入射线 过渡区
阴影区
电子科技大学
10.2.1 几何绕射理论
几何绕射理论是经典几何光学法的推广。 几何绕射理论是经典几何光学法的推广。 几何绕射理论认为：除了几何光学的入射线、 几何绕射理论认为：除了几何光学的入射线、反射线和透射 线外，还存在一种绕射线 绕射线。 线外，还存在一种绕射线。
关于绕射线的概述 产生于散射体表面几何形状或电特性不连续的地方 不仅可以进入几何光学亮区， 不仅可以进入几何光学亮区 ， 而且可以进入几何光学阴影 区 解决了几何光学在阴影区失效的问题， 解决了几何光学在阴影区失效的问题 ， 同时完善了亮区的 几何光学解 其初始幅度由绕射系数确定
电子科技大学 所以，区域V中任意点 处的场只是由S 上的次波源产生， 中任意点r处的场只是由 所以 ， 区域 中任意点 处的场只是由 0 上的次波源产生 ， 中的积分只需要在S 上进行， 式①中的积分只需要在 0上进行，即有 e jkR 1 R ′ψ ( r ′ ) + jk 1 + j ′ ) i en dS ′ ′ ψ (r ) = − ∫ Rψ (r ∇ S0 4π R kR 如果屏右边的观察点很远，即考虑远场衍射（夫琅和费衍射） 如果屏右边的观察点很远，即考虑远场衍射（夫琅和费衍射）， 上式可以简化为以下形式： 上式可以简化为以下形式： e − jkr ψ (r ) = − 4π r
电磁波
电磁波科技名词定义中文名称：电磁波英文名称：electromagnetic wave定义1：物体所固有的发射和反射在空间传播交变的电磁场的物理量。
应用学科：地理学（一级学科）；遥感应用（二级学科）定义2：介质或真空中由时变电磁场表征的状态变化，由电荷或电流的变化而产生。
它在每一点和每一方向上的运动速度取决于介质的性质。
应用学科：电力（一级学科）；通论（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。
电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。
人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。
只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。
目录电磁波简介定义产生性质能量计算发现电磁波谱电磁辐射电磁辐射对人体的伤害降低电磁辐射的方法电磁波的特性电磁波的种类无线电波的应用电磁波治疗应用电磁波的传导电磁波谱电磁波用途电磁波的穿透力电磁污染对人体的危害电磁波的防护电磁波简介定义产生性质能量计算发现电磁波谱电磁辐射电磁辐射对人体的伤害降低电磁辐射的方法电磁波的特性电磁波的种类无线电波的应用电磁波治疗应用电磁波的传导电磁波谱电磁波用途电磁波的穿透力电磁污染对人体的危害电磁波的防护展开编辑本段电磁波简介电磁辐射光波-模型图电磁波（Electromagnetic wave)：（又称：电磁辐射、电子烟雾）是能量的一种。
电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。
电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等等。
电磁辐射：探讨电磁波的传播和辐射现象
电磁辐射的特性： 频率、波长、速 度、能量等
天然来源：太阳、地球磁 场、宇宙射线等
人为来源：无线电波、微 波、电视信号、手机信号
等
工业来源：高压输电线、 变电站、电磁炉等
医疗来源：X射线、CT扫 描、核磁共振等
非电离辐射：能量较低，不会引起 电离，如无线电波、微波、红外线 等
电磁辐射的传播方式：包括直线传 播、反射、折射、散射等
吸收防护：使用电磁吸收 材料，如吸波材料、电磁 波吸收器等
反射防护：使用电磁反射 材料，如金属板、金属膜 等
干扰防护：使用电磁干扰 材料，如电磁干扰器、电 磁干扰器等
吸收材料：如碳纤维、吸波 材料等，可以吸收电磁波并 转化为热能
屏蔽材料：如金属、石墨烯 等，可以阻挡电磁波的传播
反射材料：如金属箔、反射 膜等，可以将电磁波反射出
添加标题
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电离辐射：能量较高，能引起电离， 如X射线、γ射线等
电磁辐射的危害：过量的电磁辐射 可能对人体健康产生影响，如电磁 辐射污染、电磁辐射过敏症等
健康影响：长期暴露于电 磁辐射可能导致健康问题， 如头痛、疲劳、睡眠障碍
等
电子设备干扰：电磁辐射 可能干扰电子设备的正常 工作，如电视、收音机、
汇报人：XX
电磁波的产生：电荷运动产生电磁场，电磁场激发电磁波 电磁波的传播：电磁波在真空中以光速传播 电磁波的频率：电磁波的频率决定了电磁波的性质和传播速度 电磁波的波长：电磁波的波长决定了电磁波的传播方向和能量
直线传播：电 磁波在真空中 以光速直线传 播
反射：电磁波 遇到物体表面 时，会发生反 射
电磁波实验：电磁波干涉、衍射、 偏振等实验研究
国际非电离辐 射防护委员会 （ICNIRP）： 制定电磁辐射
电磁波的散射和吸收特性
电磁波的散射和吸收特性电磁波是一种横波，是由电场和磁场交替变化而产生的。
它在空间中传播时会遇到各种物体，其散射和吸收特性会受到这些物体的影响。
本文将探讨电磁波在散射和吸收过程中的特性，并讨论其在实际应用中的一些重要方面。
首先，电磁波在物体表面的散射过程中会发生波长变化。
当电磁波遇到一个物体时，它会被物体表面的微小颗粒散射。
这种散射过程会导致电磁波的波长发生变化，即经过散射后的电磁波的波长会比入射时的波长要长。
这是因为散射过程中，电磁波与物体表面微小颗粒的相互作用使其频率增加，而波速保持不变，所以波长增加。
其次，电磁波在物体内部的吸收过程中会发生能量损耗。
当电磁波通过一个介质时，它会与介质内的分子或原子产生相互作用。
这种相互作用会导致电磁波的能量被转化为介质内的热能，从而发生能量损耗。
这种吸收过程取决于电磁波的频率和介质的性质。
一般情况下，介质对不同频率的电磁波的吸收程度不同，即不同频率的电磁波在介质中传播的距离会因吸收而有所差异。
此外，电磁波的散射和吸收特性还与物体的尺寸和形状有关。
对于尺寸远大于电磁波波长的物体，电磁波的散射和吸收特性较为复杂，涉及多种散射模式。
而对于尺寸远小于电磁波波长的物体，可以简化为点状或球状散射。
此外，不同形状的物体对电磁波的散射和吸收特性也不同。
例如，棱柱形状的物体在某些角度下会产生明显的绕射效应，从而导致散射特性的变化。
在实际应用中，电磁波的散射和吸收特性具有重要的意义。
例如，在无线通信中，了解电磁波在不同环境中的散射和吸收特性可以帮助我们设计更好的天线和信号处理算法，提高无线信号传输质量和覆盖范围。
此外，电磁波的散射和吸收特性在遥感和雷达等领域也得到广泛应用。
通过对散射和吸收特性的研究，我们可以获得物体的形状、构成和物理特性等信息，为地质勘探、大气科学和环境监测等领域提供重要参考。
然而，电磁波的散射和吸收特性也会带来一些问题和挑战。
例如，在无线通信中，建筑物、树木和地形等障碍物会导致信号的衰减、多径效应和反射干扰，降低通信质量。
原子与分子的电磁辐射与吸收
原子与分子的电磁辐射与吸收电磁辐射是一种能量的传播方式，它由电磁波组成，包括了可见光、无线电波、X射线等多种形式。
而原子与分子在电磁辐射中的行为对于我们理解物质的性质和相互作用有着重要意义。
首先，我们来了解一下原子与分子是如何与电磁辐射相互作用的。
当电磁波通过物质时，原子与分子会与电磁波发生相互作用。
这种相互作用可以是电磁波的辐射和吸收。
在辐射过程中，原子或分子吸收能量，电子从低能级跃迁到高能级，形成激发态。
当电子回到低能级时，会释放出能量，产生辐射。
这就是我们常见的光的发射现象。
不同的原子或分子在不同的能级跃迁下会产生不同频率的光，从而呈现出不同的颜色。
而在吸收过程中，原子或分子会吸收电磁波的能量，电子从低能级跃迁到高能级。
这种吸收现象在分子中尤为重要。
当分子吸收特定频率的电磁波时，分子内部的化学键将发生振动或转动，从而改变了分子的结构和性质。
这种吸收现象在红外光谱中有着广泛的应用，可以用于分析物质的组成和结构。
除了辐射和吸收之外，原子与分子还可以通过散射来与电磁波相互作用。
散射是指电磁波在与原子或分子相互作用后改变方向的过程。
散射可以是弹性的，也可以是非弹性的。
在弹性散射中，电磁波的频率和能量保持不变，只是改变了传播的方向。
而在非弹性散射中，电磁波的频率和能量会发生改变，从而产生了拉曼散射和康普顿散射等现象。
原子与分子的电磁辐射与吸收不仅仅是物理学的研究对象，也在生物学和化学中有着重要应用。
在生物学中，我们可以利用荧光现象来研究细胞和分子的结构与功能。
通过标记荧光染料或荧光蛋白，我们可以观察到细胞内部的运动和相互作用。
在化学中，红外光谱和拉曼光谱等技术被广泛应用于物质的表征和分析。
通过研究物质在电磁辐射下的吸收和散射特性，我们可以了解物质的组成、结构和性质。
总之，原子与分子在电磁辐射中的行为对于我们理解物质的性质和相互作用有着重要意义。
通过研究原子和分子在电磁波中的辐射和吸收现象，我们可以深入探索物质的微观世界，揭示出更多的科学奥秘。
高等电磁理论-基本电磁理论
卫星导航系统
卫星导航原理
卫星导航系统通过接收来自卫星的信号来确定接收设备的 位置。高等电磁理论在卫星导航原理、信号处理和误差修 正等方面具有重要应用。
导航精度提升
为了提高卫星导航的定位精度和稳定性，需要进行深入研 究和系统优化。高等电磁理论为导航精度提升提供了重要 的理论支撑和实践指导。
多系统兼容与互操作
天线辐射原理
01
02
03
偶极子天线
是最简单的天线结构，由 两个相反的电荷或电流源 组成，能够向空间辐射电 磁波。
磁偶极子天线
由长直导线绕成线圈构成， 其辐射场呈现环状结构。
电偶极子天线
由两个相距很近的等量异 号点电荷组成，其辐射场 呈现向外的发散状。
电磁散射原理
散射系数
散射相移
描述散射场强度的物理量，与散射体 的形状、大小、介电常数等有关。
电磁场具有物质性，可以与物质 相互作用，产生力的作用和能量
的传递。
电磁场具有波动性，其传播方式 为电磁波，包括无线电波、可见 光、不可见光（紫外线和红外线）
等。
麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组是描述电磁场运动和变化的数学 模型，由四个基本方程构成。
方程组揭示了电场和磁场之间的相互关系，以及 它们与电荷和电流密度的关系。
麦克斯韦方程组是经典电磁理论的基石，是研究 电磁波传播、辐射和吸收等问题的基本工具。
电磁波的传播特性
电磁波在空间中传播时，会受 到介质的影响，其传播速度、 波长和频率会发生变化。
电磁波的传播方向与电场和磁 场的振动方向相互垂直，符合 横波的特征。
电磁波的传播速度与介质的性 质有关，不同的介质对不同频 率的电磁波有不同的折射率和 吸收系数。
电磁场与电磁波(第6章)
面天线
由金属面或金属网构成的天线，具有增益高、方向性强等优点，常 用于卫星通信等领域。
阵列天线
由多个天线单元组成的阵列，通过相位和振幅的调整实现定向辐射 和接收，具有较高的增益和方向性。
天线接收原理
电磁波接收
天线通过感应电磁场中的变化，将电磁波转化为电流或电压信号。
波的极化
电磁波的极化是指电场矢量的方向随时间变化的方式，可以分为线极化、圆极化和 椭圆极化等类型。
极化的方向和方式由波源和传播介质共同决定，不同的极化方式会导致电磁波与物 质的相互作用方式不同。
在某些情况下，极化方式的变化可以用于信息传输和信号处理等领域，例如在雷达、 卫星通信和无线通信等领域的应用。
屏蔽是利用导电或导磁材料将需要保 护的电子设备或系统包围起来，以减 少外界电磁场对它们的干扰。
接地是将电子设备或系统的接地端子 与大地连接起来，以减少外界电磁场 对它们的干扰。
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电磁场与电磁波（第6 章
目录
• 电磁场的基本性质 • 电磁波的传播 • 电磁波的应用 • 电磁波的吸收与散射 • 电磁波的辐射与接收 • 电磁波的干扰与防护
01
电磁场的基本性质
电场与磁场的关系
电场与磁场是电磁场的两个基本组成部 分，它们之间存在相互依存的关系。变 化的电场会产生磁场，变化的磁场又会 产生电场，它们相互激发，形成电磁波
反射等。
05
电磁波的辐射与接收
天线辐射原理
电磁波辐射
天线通过电流在空间中产生变化的磁场，进而产生电 磁波辐射。
辐射效率
物理学概念知识：电磁波和电磁辐射
物理学概念知识：电磁波和电磁辐射电磁波和电磁辐射是现代物理学中非常重要的概念之一。
电磁波是一种传播在空间中的能量传递方式，而电磁辐射则是电磁波与物质相互作用时所产生的现象。
首先我们来了解一下电磁波。
电磁波是一种由电场和磁场相互作用而产生的波动，可以传播在真空中和物质中。
电磁波是以光速传播的，即299792458m/s，波长和频率可以用以下公式表示：波长=光速/频率。
根据频率的不同，电磁波可以分为不同的种类：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
其中，无线电波和微波是我们日常生活中最为常见的电磁波种类，可用于无线通信和雷达等方面。
而紫外线、X射线和γ射线则具有较高的能量，在医疗领域和研究领域有着广泛的应用。
电磁辐射是电磁波与物质相互作用时所产生的现象。
当电磁波与物质相遇时，将会发生反射、折射、散射、吸收等现象。
此时，电磁波的能量将被转化为物质的内能和其他形式的能量。
不同种类的电磁波与物质相互作用的方式也不尽相同。
例如，可见光与物质相互作用时将会引起颜色的变化，而紫外线和X射线能够穿透物质，影响生物体的DNA，并引起放射性损伤等。
为了更好地理解电磁波和电磁辐射，我们需要了解电磁波与物质相互作用的机制。
电磁波相对物质的作用与物质的性质、距离、电磁波的频率、能量等因素有关。
在电磁波与物质相互作用过程中，最常见的现象是吸收和散射。
当电磁波通过物质时，部分能量将被吸收，使物质内部的分子和原子振动。
如果电磁波的频率与物质的固有振动频率匹配，那么电磁波将被吸收并与物质相互作用，而非穿透物质。
散射是指当电磁波通过物质时，部分能量被散射，而另一部分能量继续传播。
散射的结果会导致电磁波的方向发生意外的变化，例如太阳光在经过大气层时的散射现象导致天空的颜色变化。
总的来说，电磁波和电磁辐射是现代物理学中非常重要的概念，涉及到无线通信、医疗应用、材料科学、环保等多个领域。
了解电磁波和电磁辐射的基本原理和机制，有助于我们更好地应用和掌握现代科技，保护环境和健康。
高中物理电磁波的散射与吸收
高中物理电磁波的散射与吸收一、协议关键信息1、电磁波散射的定义及原理定义：＿___________________________原理：＿___________________________2、电磁波吸收的定义及原理定义：＿___________________________原理：＿___________________________3、影响电磁波散射和吸收的因素物质的性质：＿___________________电磁波的频率：＿___________________环境条件：＿___________________4、电磁波散射和吸收在高中物理中的应用通信领域：＿___________________雷达技术：＿___________________光学现象：＿___________________二、协议正文11 电磁波散射的定义及原理电磁波散射是指电磁波在传播过程中遇到障碍物或不均匀介质时，其传播方向发生改变，并向各个方向散开的现象。
111 散射的原理主要基于电磁波与物质的相互作用。
当电磁波入射到物体上时，物体中的带电粒子会受到电磁场的作用而发生振动。
这些振动的带电粒子会再次发射电磁波，从而导致入射电磁波的方向发生改变。
112 散射的强度和方向与入射电磁波的频率、波长、极化方向，以及障碍物的大小、形状、材质等因素密切相关。
12 电磁波吸收的定义及原理电磁波吸收是指电磁波在传播过程中，其能量被物质所吸收，导致电磁波的强度减弱的现象。
121 吸收的原理是物质中的分子、原子或离子在电磁波的作用下发生能级跃迁，从而吸收电磁波的能量。
122 不同物质对不同频率的电磁波具有不同的吸收特性，这取决于物质的电子结构和化学键等因素。
13 影响电磁波散射和吸收的因素131 物质的性质是影响电磁波散射和吸收的重要因素之一。
例如，金属通常具有良好的导电性，对电磁波的反射较强，而吸收相对较弱；而一些绝缘材料则可能对电磁波有较强的吸收作用。
电磁波的散射与衰减
电磁波的散射与衰减电磁波作为一种波动现象，具有传播和散射的特性。
在传播过程中，电磁波与物体相互作用，发生散射和衰减。
本文将探讨电磁波的散射和衰减机制以及在不同环境中的应用。
1. 散射机制电磁波在遇到物体时，会发生散射现象。
散射是指电磁波遇到不规则物体表面或介质边界时，波的传播方向改变的过程。
散射过程中，波传播的方向和强度都会发生改变，从而导致波的分布发生变化。
散射的机制可以分为几种类型。
其中，光的散射根据散射颗粒的尺寸和波长可以分为瑞利散射和米氏散射。
瑞利散射主要发生在颗粒尺寸远小于波长的情况下，如大气中的空气分子。
米氏散射则发生在颗粒尺寸与波长相当的情况下，如云、烟尘等。
此外，电磁波还会发生较不规则的布拉格散射和随机的镜像散射。
布拉格散射主要发生在晶体结构中，当入射波与晶格常数之间存在特定的关系时，会发生绕射现象。
镜像散射则是指波在非均匀介质中发生反射，而反射角不满足经典的折射定律。
2. 衰减机制电磁波在传播过程中，会发生能量的损耗和衰减。
衰减指的是电磁波传播过程中能量逐渐减弱的过程。
衰减机制主要有以下几种。
首先是自由空间传播中的自由空间衰减。
自由空间衰减是指电磁波在真空或空气中传播时，随着距离的增加，波的强度逐渐衰减。
其次是导体中的电导衰减。
当电磁波遇到导体时，导体的电子会发生运动，并产生阻尼电流，从而使电磁波的能量转化为导体内部的热能，导致电磁波的衰减。
此外，介质中的损耗也会导致电磁波的衰减。
介质损耗是指在介质中存在的分子、离子或电子的相互碰撞，从而导致电磁波能量的损失。
不同介质的损耗特性不同，例如水对微波的吸收较强，而玻璃对可见光的透射较好。
3. 应用与意义电磁波的散射和衰减在许多领域都有重要的应用与意义。
首先，在雷达技术中，电磁波的散射被广泛应用于目标探测与测距。
利用电磁波与目标物的散射特性，可以判断目标物的位置、形状和运动状态，从而实现目标探测与识别。
其次，在通信领域，电磁波的衰减是信号传播的重要考虑因素。
电磁波传播规律
电磁波传播规律电磁波是由电场和磁场相互作用产生的一种能量传播形式，广泛应用于通信、雷达、无线电、微波炉等领域。
了解电磁波的传播规律对于我们理解其应用以及防护措施至关重要。
本文将介绍电磁波的传播规律，包括传播速度、传播模式以及传播路径。
首先，电磁波的传播速度是一个重要的特性。
根据麦克斯韦方程组的推导，电磁波的传播速度等于真空中的光速（约为3×10^8米/秒），也被称为光速。
这意味着电磁波在真空中传播时的速度是一个恒定的值，与其频率和波长无关。
其次，电磁波可以以不同的模式进行传播。
最常见的模式是平面波和球面波。
平面波是沿着一个方向传播的电磁波，可以看作是无限大的扩展面内的波动。
在这种模式下，电磁波的波前是平行且垂直于传播方向的，并在空间中形成一系列平行的等相位面。
球面波则是从一个点源开始传播的电磁波，波前呈球面状向外扩散。
这种模式常见于天线辐射和声纳等应用中。
此外，电磁波的传播路径也受到一些因素的影响。
首先是传播介质的特性。
电磁波在空气中的传播速度是最快的，而在其他材料中（如介质常数大于1的物质）会比真空中传播的速度慢。
这取决于物质的折射率，它表示了电磁波在介质中传播时的相对速度。
其次，地球曲率也会影响电磁波的传播路径。
当电磁波超过地球的曲率时，它会绕过地球并产生地球的“阴影区域”。
这在通信领域中需要注意，以确保信号覆盖范围足够广。
除了传播路径，电磁波还会受到衰减和散射等因素的影响。
衰减是电磁波能量随着传播距离的增加而减弱的现象。
这是由于电磁波在传播过程中与空气、材料等物质发生相互作用而导致的。
电磁波的衰减与频率有关，通常高频率的电磁波衰减较快。
另一个现象是散射，即电磁波与材料或物体表面碰撞后改变传播方向。
散射可以使电磁波在障碍物周围形成阴影区域，并在不同方向上接收到不同强度的信号。
对于人类健康和安全的考虑，电磁波的辐射防护也是非常重要的。
选择适当的防护措施需要了解电磁波的传播规律和辐射特性。
电磁波
电磁波是什么从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。
电与磁可说是一体两面，变动的电会产生磁，变动的磁则会产生电。
电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，而其每秒钟变动的次数便是频率。
当电磁波频率低时，主要藉由有形的导电体才能传递；当频率渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。
举例来说，太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到和勋阳光的光与热，这就好比是「电磁辐射藉由辐射现象传递能量」的原理一样。
电磁波用的波长在10～3000米之间，分长波、中波、中短波、短波等几种。
传真（电视）用的波长是3～6米；雷达用的波长更短，3米到几厘米。
电磁波有红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线等。
各种光线和射线，也都是波长不同的电磁波。
其中以无线电的波长最长，宇宙射线的波长最短。
无线电波3000米～0.3毫米。
红外线0.3毫米～0.75微米。
可见光0.7微米～0.4微米。
紫外线0.4微米～10毫微米X射线10毫微米～0.1毫微米γ射线0.1毫微米～0.001毫微米宇宙射线小于0.001毫微米所以无线电波是电磁波的一种根据其主要的传播途径来说的,无线电波有三种传播方式：地波、天波和沿直线传播的波。
地波沿地球表面附近的空间传播的无线电波叫地波。
地面上有高低不平的山坡和房屋等障物，根据波的衍射特性，当波长大于或相当于障碍物的尺寸时，波才能明显地绕到障碍物的后面。
地面上的障碍物一般不太大，长波可以很好地绕过它们。
中波和中短波也能较好地绕过，短波和微波由于波长过短，绕过障碍物的本领就很差了。
地球是个良导体，地球表面会因地波的传播引起感应电流，因而地波在传播过程中有能量损失。
频率越高，损失的能量越多。
所以无论从衍射的角度看还是从能量损失的角度看，长波、中波和中短波沿地球表面可以传播较远的距离，而短波和微波则不能。
电磁辐射基础知识
电磁辐射基础知识目录1. 1 电磁辐射概述 (3)1.1 电磁辐射的定义 (4)1.2 电磁辐射的分类 (4)1.3 电磁辐射的性质 (5)2. 2 电磁波的基本概念 (7)2.1 电磁波的产生 (8)2.2 电磁波的传播特性 (8)2.3 电磁波的能量与频率关系 (10)3. 3 电磁辐射源的类型及特点 (11)3.1 自然辐射源 (11)3.1.1 太阳辐射 (12)3.1.2 地球辐射 (14)3.1.3 空间辐射 (15)3.2 人工辐射源 (16)3.2.1 无线电波辐射 (18)3.2.2 微波辐射 (19)3.2.3 射频辐射 (20)3.2.4 直线加速器辐射 (21)3.2.5 X射线和γ射线辐射 (22)4. 4 电磁辐射对人体的影响 (24)4.1 电离辐射对人体的影响 (24)4.1.1 直接效应 (26)4.1.2 间接效应 (28)4.2 非电离辐射对人体的影响 (29)4.2.1 热效应 (30)4.2.2 生物效应 (31)4.3 防护措施与标准 (33)5. 5 电磁辐射监测与测量技术 (34)5.1 电磁辐射监测方法 (36)5.1.1 频域监测方法 (37)5.1.2 时域监测方法 (37)5.2 电磁辐射测量仪器 (39)5.2.1 频谱分析仪 (40)5.2.2 时域分析仪 (41)5.2.3 高能粒子探测器 (42)6. 6 电磁辐射应用领域 (44)6.1 通信领域 (45)6.1.1 移动通信 (46)6.1.2 卫星通信 (48)6.2 医疗领域 (50)6.2.1 X射线诊断技术 (51)6.2.2 CT扫描技术 (52)6.3 其他领域 (53)1. 1 电磁辐射概述电磁辐射是由变化的电场和磁场相互作用而产生的波动现象，这种辐射无需介质即可在真空中传播。
电磁波的传播不需要介质，它包括宇宙射线、宇宙背景辐射、射电天文信号、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
电磁场中的辐射及散射问题
电磁场中的辐射及散射问题随着现代通信技术的不断发展，我们已经不能想象没有电磁场的时代了。
然而，电磁场也带来了一些问题，如电磁波的辐射和散射问题，这些问题不仅具有重要的理论意义，而且在现代社会中也具有重大的应用价值。
1. 电磁场的辐射问题在电磁场中，由于电荷和电流的运动，会产生电磁波，这些电磁波就是辐射。
辐射在许多方面都有应用，如广播、通讯、雷达、医学等领域都有广泛的应用。
然而，过强的电磁辐射对人体健康也有一定的危害。
因此，对电磁辐射的控制和保护问题已经成为了一个热门的研究方向。
辐射问题主要包括电磁波的辐射场分布特性、电磁波的传播特性、电磁辐射对人体健康的影响等方面。
针对这些问题，人们进行了大量的研究，提出了许多有效的解决方案。
比如，在广播、手机等领域，采用不同的天线和辐射源设计来降低电磁辐射强度；在高压输电线路等领域，采用地埋穿式输电线路或控制输电线路的运行方式来减少辐射带来的影响等等。
2. 电磁场的散射问题电磁波不仅可以产生辐射，还可以被物体散射。
在实际应用中，我们常常需要计算电磁波在不同物体上的散射情况，以确定散射物体的特性。
例如，在雷达、光学等领域，散射问题的研究具有重要的应用价值。
散射问题主要包括散射场的分布特性、散射物体的激励响应、散射物体的特性等方面。
人们利用电磁场理论和数值计算方法进行计算和分析，可有效地解决散射问题。
对于特殊的散射物体，如介质球、圆柱体等，我们可以使用解析解方法得到比较准确的结果；对于复杂的散射问题，如实际工程中的雷达场景，我们则需要使用数值计算方法，如边界元、时域有限差分等方法，来求解。
3. 结论电磁场中的辐射和散射问题不仅具有重要的理论意义，同时也有广泛的应用价值。
在保护人体健康方面，我们需要开展相关的监测研究，并采取有效的控制措施来降低电磁辐射的危害；在雷达、通讯、光学等领域，我们需要深入研究电磁波的散射特性，以便于更好地掌握和应用电磁波的工程特性。
只有对电磁场的辐射和散射特性进行深入了解和研究，我们才能更好地利用电磁波，推动科技进步，服务人类社会的发展。
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天线的损耗电阻R1
2P R1 21 Im
用电阻表示的天线的效率
R 1 A R R1 1 R1 R
要提高天线效率，应尽可能提高R ，降低R1
极化特性 •极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变 化的规律。按天线所辐射的电场的极化形式，可将天线分为线 极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。线极化又可分为水平 极化和垂直极化；圆极化和椭圆极化都可分为左旋和右旋。 输入阻抗与频带宽度 天线的输入阻抗等于传输线的特性阻抗，才能使天线获得最 大功率。 当天线工作频率偏离设计频率时，天线与传输线的匹配变坏， 致使传输线上电压驻波比增大，天线效率降低。因此在实际 应用中，还引入电压驻波比参数，并且驻波比不能大于某一 规定值。 •天线的有关电参数不超出规定的范围时对应的频率，范围称 为频带宽度，简称为天线的带宽。
8.2.5 辐射功率和辐射电阻 辐射功率 Radiation Power
电流元所辐射的总功率可由其平均功率流密度在包围电流元的球 面上的面积分来得出。 其平均功率密度为
S
av
1 | E | 0 Il 1 * ˆ ˆ Re E H r r sin 2 0 2 2 r 2
b
天线增益G（Gain）与方向性GD
天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度，它是 被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等 输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比
单位立体角最大辐射功率 G 馈入天线总功率 4
天线方向性GD与天线增益但与天线增益定义略有不同
定量地描述主叶的宽窄程度 功率降为为主射方向上功率的1/2时，两个方向之间的夹角 以20.5表示,2 0.5 为两个零射方向之间的夹角称为零功率宽 度，以20表示。 电流元的半功率宽度:
sin 0.5 cos 0' .5 0.707
HP 2 0' .5 2 45 90
B A
1
1 ˆ ˆ H H A rA sin ( A cos ) z z r r
k Il 1 jkr H j sin 1 e 4r jk r
天线的辐射电阻R：用来度量天线辐射功率的能力,它是一个 虚拟的量，当通过它的电流等于天线上的最大电流时，其损耗 的功率就等于辐射功率。 天线效率与辐射电阻的关系
P P A Pi P P 1
Pi为欧姆损耗；
1 2 P I m R 2
2 P R 2 Im
辐射电阻越大，天线的辐射能力越强。
布于小的球面变成分布于更大的球面上。 这是球面波的振幅
特点! 由于球面面积∝r2, 而总辐射功率不变, 因而功率流密 度 S 1 | E |2 / 0 , 故|Eθ |2∝1/r。 2 场的振幅与I成正比, 也与l/λ 成正比。 这是由于场来源于波源之故。值得注意的是 , 它与电尺寸 l/λ 有关而不是仅与几何尺寸l有关。 场的振幅还正比于sinθ , 当θ =90°时最大,而当θ =0°(轴 向)时为零。这说明电流元的辐射是有方向性的。这种方向性 正是天线的一个主要特性。
图 8-6 电流元周围电磁力线的瞬时分布
图 8-7 电流元周围电磁力线在一周内的变化(辐射过程)
图 8-7 电流元周围电磁力线在一周内的变化(辐射过程)
8.2.4 辐射方向图 Radiation pattern
方向图函数(简称方向函数)
天线的辐射方向图：表征天线方向特性，方向图函数是方位 角 及 的函数。
Il Er j 2k r3 cos Il sin E j 3 4k r Il H sin 2 4r
近区场的特点 将上式与静态场比较可见，它们分别是恒定电流元 Il 产 生的磁场及电偶极子 ql 产生的静电场。场与源的相位完全 相同，两者之间没有时差。 虽然电流元的电流随时间变化，但它产生的近区场与静态 场的特性完全相同，无滞后现象，所以近区场称为似稳场。
电场
E 1 j H
ˆ ˆ 1 r ( H sin ) (rH ) j r sin r r ˆE ˆ rE
r
Il cos 1 Er 2 2 r E j kIl sin 1 2 r
一、 定义及其电磁场
§8.2电流元的辐射 radiation
图 8-3 电流元及短振子; (a) 电流元; (b) 电偶极子; (c) 短对称振子 Current element Electric dipole short dipole antenna
研究意义 研究电流元的辐射特性具有重要的理论价值与实际意义。任 何线天线均可看成是由很多电流元连续分布形成的，电流元
b
3. 极化特性 polarization
4. 频带宽度 band width 5. 输入阻抗 input resistance
图8-3
方向图 radiated pattern
•方向性函数或方向图：描述天线方向性的参数。 定义：离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度 在空间的相对分布的数学表达式，称为天线的方向性函数； 把方向性函数用图形表示出来，就是方向图 主瓣：最大辐射波束通常称为方向图的主瓣 旁瓣：主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。 方向图特性参数 •天线增益G （或方向性GD） •波束宽度（或主瓣宽度） •旁瓣电平
ˆIdz J dv Jdsdl z
A 4
l
e jkr Il jkr ˆI ˆ ˆAz z dz z e z r 4r
在球坐标中
ˆA ˆ A sin ˆ ˆ r ˆ A rA A rA cos z z
电流元产生的电磁场 磁场
2
辐射电阻 Radiation resistance 仿照电路中的处理, 设想辐射功率是由一电阻吸收的, 即令 得
1 2 Pr I Rr 2
l Pr 80
2 2
(8-27)
Rr称为电流元的辐射电阻。若已知天线的辐射电阻 , 可方便地 由式(8-27)得出其辐射功率。
例
已知在电流元最大辐射方向上远区 1 km 处电场强度振幅为 |E1|=1 mV/m, 试求: (1) 最大辐射方向上2km处电场强度振幅|E2|; ; (2) 偏离最大方向60°的方向上2 km处的磁场强度振幅|H3|。 ［解］ (1) (2)
单位立体角最大辐射功率 GD 总的辐射功率 4
波束宽度与旁瓣电平 Beamwidth and sidelobe level
波束宽度：实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束 中，在一个波束内也非均匀分布。在波束中心辐射强度最 大，偏离波束中心，辐射强度减小。辐射强度减小3dB时的 立体角即定义为B。波束宽度B与立体角B关系为
1 1 ˆ 1 * * * ˆH r ˆ E H 量为 S E H E 。可见, E, H互相 2 2 2
ˆ 相垂直。因此这是横电磁波(TEM波)。 r
(2) 场的相位: 无论Eθ或Hφ, 其空间相位因子都是-kr, 即其相位 随离源点的距离r增大而滞后,等r的球面为其等相面。所以这是 球面波。这种波相当于是从球心一点发出的, 因而这种波源称
| E ( , ) | F ( , ) EM
EM是|E(θ, φ)|的最大值。 把方向图函数用图形表示出来，就是天线的方向图 电流元的方向图
F ( , ) F ( ) sin
图 电流元的 二主面方向图
若采用极坐标，以 为变量在任何 等于常数的平面内， 函数F(, ) 的变化轨迹为两个圆，如左图示。 由于与 无关，在/2的平面内，以 为变量的函数的轨 迹为一个圆，如右图示。 将左上图围绕 z 轴旋转一周，即构成三维空间方向图。
1 jkr e jkr 1 1 2 2 jkr k r jkr e
图 8-5 场分量各成分随r/λ的变化曲线
8.2.2 近区电磁场 near-zone field
近区 kr<<1即r<<λ/2π(但r＞l)的区域。 1 1 1 2 2 e jkr 1 kr k r
π 电场与磁场的时间相位差为 ，能流密度的实部为零，只 2 存在虚部。可见近区场中没有能量的单向流动，能量仅在场 与源之间不断交换，近区场的能量完全被束缚在源的周围， 因此近区场又称为束缚场。
8.2.3 远区电磁场 far-zone field
远区：kr>>1, 即r>>λ/2π的区域。 kr>>1 远区场
B
4
2 B
旁瓣电平是指主瓣最近且电平最高的 第一旁瓣电平，一般以分贝表示。方向图的旁 瓣区一般是不需要辐射的区域，其电平应尽可 能的低。
天线效率与辐射电阻 Radiation efficiency and Radiation resistance
天线效率A：辐射功率P与总功率Pi的比
图 8-9 电流元的立体方向图
方向图中的参数 方向图中辐射最强的方向称为主射方向， 辐射为零的方向称为零射方向。 具有主射方向的方向叶称为主叶(瓣)，其余称为副叶(瓣) 。
副叶
z 主叶 主射方向 1
1 2
零射方向 2 0 2 0.5
1 2
后叶
零射方向
x
y
半功率波瓣宽度
HP (Half-Power Beamwidth)；
1 1 1 2 2 kr k r
k Il Il jkr jkr E j sine j sine 4r 2 r k Il Il E jkr jkr H j sine j sine 4r 2 r
远区场的特点