第6章 电磁波的传输
电磁波的传播与反射
电磁波的传播与反射电磁波是电场和磁场相互作用而形成的一种波动现象。
它具有传播性质，可以在真空和介质中传播，并且在传播过程中会发生反射。
本文将探讨电磁波的传播特点以及反射现象。
1. 电磁波的传播特点电磁波是一种横波，其传播方向垂直于电场和磁场的振动方向。
根据波长的不同，电磁波可以分为不同的频段，例如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
电磁波在真空中的传播速度为光速，约为3.0×10^8米/秒。
在介质中，电磁波的传播速度会减小，且与介质的折射率有关。
折射率越大，电磁波的传播速度越慢。
2. 电磁波的传播途径电磁波可以通过直线传播或者弯曲传播。
在真空中，电磁波直线传播，沿着一条直线路径传输。
在介质中，电磁波沿着折射定律的规定路径传播，即当电磁波由真空进入介质时，会出现折射现象，改变传播方向。
电磁波还可以通过反射和折射来传播。
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，产生改变传播方向的效果。
而当电磁波遇到介质的边界时，如果边界没有被穿透，电磁波会发生反射，将一部分能量反射回原介质，另一部分能量继续传播到新的介质中。
3. 电磁波的反射现象电磁波的反射是指当电磁波遇到介质边界时，一部分能量被反射回原介质，而另一部分能量继续传播到新的介质中。
反射现象遵循反射定律，即入射角等于反射角。
在反射过程中，电磁波的振动方向不发生改变，但会发生相位的变化。
当电磁波从较低折射率的介质传播到较高折射率的介质中时，发生反射时相位发生180°的变化。
而当电磁波从较高折射率的介质传播到较低折射率的介质中时，相位则不发生变化。
反射现象在实际生活中有着重要的应用。
例如，反射在光学领域中被广泛应用于镜面反射、光学镜片和光纤通信等。
此外，反射还可以用于雷达测距、声波的传播和声音的回音等方面。
总结起来，电磁波是一种通过电场和磁场交互作用而形成的波动现象。
它具有传播特点，可以在真空和介质中传播，并且会发生反射现象。
电磁场原理(第二版)6章
• 式(6.1.5)和式(6.1.6)称为电磁波动方程，它们是波 动方程的一般形式，它们支配着无源、线性、均 匀各向同性导电媒质中电磁场的行为，是研究电 磁波问题的基础。 • 从数学上来看，H和E满足相同形式的方程，在直
角坐标系下，若用ψ(r,t)来表示电场E或磁场H的一 个分量，有方程
• 6.1.2 平面电磁波及基本性质 • 对于电磁波传播过程中的某一时刻 t ，电磁场中 E 或 H 具有相同相位的点构成的空间曲面称为等相 面，又称为波阵面。如果电磁波的等相面或波阵 面为平面，则这种电磁波称为平面电磁波。如果 在平面电磁波波阵面上的每一点处，电场 E 均相 同，磁场 H 也均相同，则这样的平面电磁波称为 均匀平面电磁波。
称为理想介质的波阻抗，单位
为欧姆，上两式均称为波的欧姆定律。 • 4)对于入射波，根据空间任意点在某一时刻 的电磁波电磁场能量密度的假设，再考虑 波的欧姆定律，有 • 相应的坡印延矢量为
• 上式表明，在理想介质中电磁波能量流动 的方向与波传播的方向一致。又坡印廷矢 量的值表示单位时间内穿过与波传播方向 相垂直的单位面积内的电磁能量，即等于 电磁能量密度ω′和能流速率ve的乘积
负方向行进的波的电场分量和磁场分量，称 为反射波。 • 2)波的传播速率 • 是一常数，它仅与媒质参数有关。 • 3)将 代入式(6.1.15)得
• 将上式对时间积分，并略去积分常数，得
• 同理可得 • (6.2.5)和(6.2.6)分别表示了入射波和反射波 中电场和磁场之间的关系。令
• 其中
• 上两式就是无限大理想介质中电磁场随时 间作正弦变化时的稳态解。此时的电场和 磁场既是时间的周期函数，又是空间坐标 的周期函数。 • 相位因子 (ωt-βx+φ) 的物理意义 ( 为方便计， 取φ =0)： • 1)t=0 时，相位因子为 -βx ， x=0 处的相位为 零，这时电场和磁场都处在零值。 • 2)在t时刻，波的零值点移到ωt-βx=0处，即
电磁波的传播电磁波的传播方向
範例 １６ 類題
如圖所示為電磁波譜的一部分，則試選出具有較大波長的區域為何？
(A) A (B) B (C) C (D) D。
答 (A) 解 紅光波長較紫光長，A 區又較紅光波長更長。
請閱讀下列短文後，回答 1.、2. 題 人們對宇宙的探索，主要是靠觀察星光。因為真空中的 光速是每秒三十萬公里，我們所觀察到的其實都是在稍早時 間的天體的形象。除了光波外，來自外太空的輻射線還包括 紫外線，以及由高速的帶電粒子所組成的宇宙射線等。對於 較接近我們的太陽系中的星體，科學家們也曾發射一些偵測 器，以作更近距離的觀察。 例如，美國航太總署發射的精神號探測車，在 2004 年 初降落於火星的古稀伯（Gusev）隕石坑。這個隕石坑直徑 約 200 公里；而地理上常見的隕石坑直徑則約為 20 公尺到 1 公里。火星是太陽系中的行星，其表面的大氣壓力及重力加 速度大約分別是地球對應值的 0.006 和 0.4 倍。精神號的裝 備類似於地質探勘機器人，主要是利用立體攝影機和紅外線 攝影機拍攝火星的地形影像，再以無線電波傳回地球。
(A)無線電波 (B)微波 (E) β射線。
(C) X 射線 (D) α射線
範例 １６ 解答
答 (C) 解 (A)無線電波波長較紅外線長。 (B)微波波長較紅外線長。 (C) X 射線波長較紫外線短、較γ射線長。 (D)α射線的本質不是電磁波，而是氦原子核。 (E)β射線的本質不是電磁波，而是電子。
電磁波的傳播
電磁波的傳播方向，同時與電場、磁場方向垂直。
電磁波的發現
1. 馬克士威算出電磁波在真空中的傳播速率 為 3× 108 公尺／秒，即為光在真空中傳播 的速率，因而可推論光波是一種電磁波。 2. 赫茲於 1888 年在實驗室以簡單的電荷裝 置發射出電磁波，證實了馬克士威的電磁 理論。 3. 馬可尼於 1901 年成功的傳送無線電報， 開啟無線通訊的時代。
电磁波的传播与信号传输
电磁波的传播与信号传输电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种能量传播形式。
广泛应用于通信、无线电、雷达、卫星导航等领域。
本文将从电磁波的基本性质、传播特性以及信号传输技术等方面进行探讨。
一、电磁波的基本性质电磁波是一种横波，具有电场和磁场垂直于传播方向且互相垂直的特性。
根据波长的大小，电磁波可以分为不同的频段，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。
不同频段的电磁波在我们的日常生活中扮演着重要的角色。
二、电磁波的传播特性1. 电磁波的速度：电磁波在真空中的传播速度为光速，约为每秒3×10^8米。
在介质中传播时，速度会发生变化。
2. 电磁波的干涉与衍射：当多个电磁波相遇时，会发生干涉现象。
干涉可以分为同相干涉和异相干涉。
此外，当电磁波通过一个孔或绕过障碍物时，会出现衍射现象。
3. 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。
折射规律可以由斯涅尔定律描述。
同时，当电磁波遇到界面时，会出现反射现象。
三、电磁波的信号传输技术1. 无线通信技术：无线通信技术利用电磁波传播信号，包括无线电通信、移动通信、卫星通信等。
无线通信技术的发展使得人们可以在较远的距离内进行语音、数据和视频传输。
2. 光纤通信技术：光纤通信技术利用光的传播特性进行信号传输。
通过将光信号编码成脉冲光信号并在光纤中传输，可以实现高速、大容量的信息传输。
3. 电磁波遥感技术：电磁波遥感技术利用电磁波与地球表面的相互作用，获取地球表面的信息。
遥感技术在地质勘探、环境监测、气象预报等方面具有广泛的应用。
4. 调制与解调技术：调制技术将模拟信号或数字信号转化为适合信号传输的调制信号，解调技术则将接收到的调制信号恢复为原始信号。
调制与解调技术是实现信号传输的重要手段。
总结电磁波作为一种能量传播方式，具有重要的应用价值。
通过研究电磁波的基本性质和传播特性，人们可以更好地理解和应用电磁波。
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。
第六章自由空间传播的电磁波
第 6 章自由空间中的电磁波◇波动无界空间中方程解之一——均匀平面波。
◇该电磁波在无界空间理想介质中的传播特点和各项参数的物理意义。
◇电磁波极化的概念。
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。
1. 散度的概念2. 旋度的概念 3. 梯度的概念1. 麦克斯韦方程及内涵2. 坡印廷矢量及内涵3. 时谐场的概念主要内容回顾自由空间是一个没有电荷因而也就不存在电流的空间。
这并不是说在整个空间中没有源存在而只是指在我们所感兴趣的区域不存在源这个区域应有0和0。
J 0D/EBt0B/HDt 自由空间中存在着电波波和磁波波BE表明 变化的电场产生变化的磁场 变化的磁场产生变化的电场 二者相互依存。
λ波长观看波形图两边取旋度 6.1 波动方程考虑均匀无耗媒质的无源区域000J00ttEHHEBDtEH2tEEH得2220tEE电场E的波动方程2220tHH磁场H的波动方程得2EEE将矢量恒等式式中2为拉普拉斯算符 在直角坐标系中2222222xyz而波动方程在直角坐标系中可分解为三个标量方程222222220xxxxEEEExyzt222222220yyyyEEEExyzt222222220zzzzEEEExyzt?? 波动方程的解是空间一个沿特定方向传播的电磁波。
?? 电磁波的传播问题归结为在给定边界条件和初始条件下求解波动方程。
复数形式的波动方程——亥姆霍兹方程设为时谐场22222ReRejtjtmmeettEEE得220kEE220kHH亥姆霍兹方程式中22k·用复数形式研究时谐场称为频域问题。
6.2 理想介质中的均匀平面波·平面波——等相位面为平面·均匀平面波——平面等相位面上 场强大小、方向、相位处处相等的平面波。
·均匀平面波是一种理想情况。
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。
7平面电磁波的传播
0
2 E ( x,t ) x 2
E ( x,t ) t
2 E ( x,t ) t 2
0
为一维波动方程。
E＝Ey(x,t)ey
o
z
H＝Hz(x,t)ez
c 等相位面 x＝c 1
S
c
2
x
向x方向传播的均匀平面波
下面通过旋度方程分析均匀平面电磁波：
H
E
E
t
0 Ex
ε
Ex t
H z x
Ey
考虑在无限大的均匀介质中，不存在反射波，则
Ey x Eyekx Eye jx
Hz x Hzekx Hze jx
由波的欧姆定律
Z0
Ey x Hz x
为常数,则 E 和 H 同相。
d2 Ey dx 2
j 2
Ey
0
d 2 Hz dx 2
j 2 Hz
0
令
k j j j v
k ： 理想介质中波的传播常数
称为相位常数
v
d 2 Ey dx 2
k 2 Ey
0
d 2 Hz dx 2
k 2 Hz
0
通解
Ey x Eyekx Eyekx
Hz x Hzekx Hzekx
6.1电磁波动方程和平面电磁波
以波动形式存在的电磁场 即 电磁波。电磁波指电磁场的交互变化和伴随有电 磁能量的传播。在空间电磁波不需借助任何媒质就能传播。
6.1.1 一般电磁波动方程
设空间为各向同性、线性、均匀媒质：ε、μ、γ，ρ= 0，
J 0
H
E
E
t
………………(1)
H 0 ………………(3)
ε
E y t
电磁波与信号传输
电磁波与信号传输引言：电磁波是一种由振荡的电场和磁场组成的无线波动，它在很多领域中被广泛应用，尤其是在信号传输方面。
本文将从电磁波的特性、信号传输的步骤以及应用举例等方面进行详细介绍。
一、电磁波的特性1. 频率和波长：电磁波具有不同的频率和波长，可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
2. 传播速度：电磁波在真空中传播速度为光速，约为3x10^8米/秒，而在介质中传播速度较慢，且取决于介质的性质。
3. 幅度和功率：电磁波的幅度代表其强度，而功率则与幅度和频率有关。
功率越大，电磁波传递的能量也就越大。
二、信号传输的步骤信号是一种携带信息的波动形式，通过电磁波进行传输。
而信号传输通常分为以下几个步骤：1. 信号源：信号源是指产生信号的设备或系统，如麦克风、摄像头、传感器等。
信号源将各种形式的信息转化为电信号，以备后续传输。
2. 编码和调制：在信号传输之前，常常需要对信号进行编码和调制。
编码是将信号转化为特定的数字或模拟形式，以便在传输过程中能够被正确解读。
调制则是将信号与电磁波相结合，使其适合传输。
3. 传输介质：信号传输涉及到用于传输信号的介质。
无线传输采用的是空气或真空作为传输介质，而有线传输则通常使用金属线或光纤作为传输介质。
4. 传输过程：通过经过编码和调制的信号，利用电磁波在传输介质中传输。
无线传输中，电磁波通过空气或真空传播；有线传输中，电磁波通过金属线或光纤传输。
5. 解调和解码：接收设备接收到传输的电磁波后，进行解调和解码的过程。
解调是将电磁波转化为原始的信号形式，而解码则是将转化后的信号解析成原始的信息形式。
6. 信号接收：将解码后的信号转化为人们可以理解的形式，如声音、图像、数据等。
接收设备将信号进行处理和解析，然后显示或播放出来，供人们观察或使用。
三、应用举例电磁波与信号传输广泛应用于各个领域，下面举几个常见的例子：1. 无线通信：手机、电视、广播等设备利用电磁波进行信号传输，实现远距离的通信功能。
电磁波的发射传播和接收
不能以地波的形式
传播，又不能依靠
微波
电离层的反射以天
波的形式传播。
无线电波传播的多种方式
二、电磁波的传播
方式有三种： 天波、地波、空间波
请同学们阅读教材并理解各种方式的优点、
适合传播何种波。
地波
天波 空间
波
传播形式 沿地球表面空间
传播 靠大气中电离层
的反射传播
沿直线传播
适合的波段 长波、中波
、中短波
周围空间的电磁场很 弱，发射效果差
增大电容器极板间的距离，减少 极板间的面积，同时减少自感线 圈的匝数
在实际应用中，开放电路的下部分导线通 常接地。叫做地线，上部分导线尽可能分散 到高处，叫做天线。电磁波就是通过天线和 地线所组成的开放电路发射出去的。
一、无线电波的发射 1、发射无线电波的装置：
4.用途:红外摄影、红外遥感技术
四、可见光
能作用于人的眼睛并引起视觉的称为可见 光，如：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光。
如何使我们需要的电磁波在接 收天线中激起的感应电流最强呢？
可 变 电 容
LC调谐电路
1.当接收电路的固 有频率跟接收到的电磁 波的频率相同时，接收 电路中产生的振荡电流 最强（这种现象叫做电 谐振）
2.对空间存在的各种频率的电磁波中选出所要 的电台的技术叫做调谐（选台），能够调谐的 接收电路叫做调谐电路。
短波
超短波和微 波
特点
衍射能力 较强
反射能力 较强
穿透能力 较强
三、无线电波的接收
我们生活 的空间布 满了强弱 不同的电 磁波,我 们又如何 选出自己 所需的无 线电波呢 ?
发射的无线电波如何被接收到呢？
电磁波在空间传播 时，如果遇到导体， 会使导体产生感应电 流，感应电流的频率 跟激起它的电磁波的 频率相同。因此利用 放在电磁波传播空间 中的导体，就可以接 收到电磁波了。
电磁波的发射、传播和接收 PPT课件 课件 人教课标版
请同学们阅读教材并理解各种方式的优点、 适合传播何种波。
通常使用的无线电波的波长范围从几毫米到几千米，根 据波长或频率把无线电波分成几个波段，如下表所示：
波段
波长
频率
传播方式 主要用途
长波
30000m～ 3000m
10kHz～100kHz 地波
超远程无线电 通信和导航
中波 中短波
•
2、从善如登，从恶如崩。
•
3、现在决定未来，知识改变命运。
•
4、当你能梦的时候就不要放弃梦。
•
5、龙吟八洲行壮志，凤舞九天挥鸿图。
•
6、天下大事，必作于细；天下难事，必作于易。
•
7、当你把高尔夫球打不进时，球洞只是陷阱；打进时，它就是成功。
•
8、真正的爱，应该超越生命的长度、心灵的宽度、灵魂的深度。
电磁波的发射、 传播和接收
一、赫兹实验
麦克斯韦的电磁场理论既 新颖又深刻，以至于当时许多 不习惯用场的观点来考虑问题 的物理学家都持怀疑的态 度．麦克斯韦的电磁场理论能 否被普遍接受，有待于实验的 检验．1888年，即在麦克斯韦 发现电磁场理论20多年后，德 国物理学家赫兹（1857－1894） 第一次用实验证实了电磁波的 存在．
如何使我们需要的电磁波在接收天线中激起的 感应电流最强呢？
当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的 频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强。 （这种现象叫做电谐振）
无线电波的接收
1、接收无线电波的装置：
图示为收音机的 简单的调谐电路，通 过可可变变电电容容改变调谐 电路的固有频率，使 其与接收电台的电磁 波频率相同，这个频 率的电磁波就在调谐 电路里激起较强的感 应电流，这样就选出 了电台。 上图为收音机的调谐电路
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
电磁波在通讯中的传输方式
电磁波在通讯中的传输方式电磁波是指具有电场和磁场相互作用而形成的波动现象，它具有能量传递和信息传输的特性，因此在现代通讯中得到了广泛的应用。
从传输方式的角度来看，电磁波可以在空气、水、固体等多种介质中传输，而在空气中的传输是最为常见的。
原因在于，空气是介电常数比较低的介质，能够减少电噪声的干扰，而且空气对电磁波的影响不大，可以自由地传输。
在通讯中，电磁波通常是通过无线电波的形式进行传输。
无线电波是指特定频率的电磁波，在通讯中利用它作为信息传输的载体。
无线电波的传输距离受到以下因素的影响：
1.频率：在一定范围内，频率越高传输距离就越短，因为高频电磁波在空气中的传输衰减越快。
2.传输介质：不同的介质对电磁波的传输衰减有所不同，例如空气、水、木材等，对电磁波的传输衰减程度也不同。
3.天气条件：大雨、雷暴等天气条件会影响电磁波的传输，因为它们会对电磁波产生干扰和衰减。
在无线电通讯中，还有一个重要的概念是电波线路。
电波线路是指将电磁波导入电缆、光纤等介质中进行传输的方式。
电波线路的优点在于可以提高信号强度，减少信号衰减和噪声干扰。
在电波线路中，抗干扰性强的光纤通常是最常用的载体。
光纤可以减少信号传输过程中的干扰和衰减，同时可以提高传输速率和容量。
不过，光纤通常需要进行复杂的铺设和安装，成本也比较高，另外它们对弯曲和张力等条件也有一定的要求。
总的来说，电磁波作为通讯的传输载体，无论是在无线电波的空气传输中，还是在电波线路的光纤传输中，都有其不可替代的优势和不足之处。
为了提高通讯的可靠性和效率，我们需要根据实际应用需求和技术条件，选择最为适合的传输方式。
电磁波的传播方式
电磁波的传播方式
（1）地波（地表面波）传播。
沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波。
其传播途径主要取决于地面的电特性。
地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱（波长越短，减弱越快），因而传播距离不远。
但地波不受气候影响，可靠性高。
超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。
短波近距离通信也利用地波传播。
（2）直射波传播。
直射波又称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。
直射波传播距离一般限于视距范围。
在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。
（3）天波传播。
天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。
电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信。
（4）散射传播。
1
散射传播是由天线辐射出去的电磁波投射到低空大气层或电离层中不均匀介质时产生散射，其中一部分到达接收点。
散射传播距离远，但是效率低，不易操作，使用并不广泛。
2。
电磁波的传播原理
电磁波的传播原理电磁波是由电场和磁场通过相互作用而形成的一种波动现象。
它是一种没有质量和电荷的粒子，以光的速度在真空中传播。
电磁波的传播原理涉及到电场和磁场之间的相互关系以及它们在空间中的传播方式。
首先，电磁波的传播基础可以归结为麦克斯韦方程组。
这组方程描述了电场和磁场之间的相互作用以及它们随时间和空间的变化情况。
其中，麦克斯韦方程组分为四个方程，分别是高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培环路定律和麦克斯韦方程。
通过这组方程，我们可以得到电磁波的传播特性。
其次，电磁波的传播需要媒质的支持。
电磁波可以在真空中传播，因为真空中没有物质阻碍电场和磁场的传播。
但在介质中，电磁波的传播受到物质性质的影响。
介质中的原子和分子会对电场和磁场施加作用，使得电磁波在介质中传播时速度降低。
这种情况下，电磁波的传播速度会受到介质的折射率等因素的影响。
进一步地，电磁波的传播可以分为两种方式：横波和纵波。
横波是指电场和磁场垂直于传播方向的波动，而纵波是指电场和磁场平行于传播方向的波动。
光波是一种横波，其电场和磁场可以垂直于光波传播的方向。
此外，电磁波的传播速度在真空中是一个常数，即光速。
光速在真空中的数值约为299,792,458米每秒，用c来表示。
这是因为电场和磁场的相互作用通过真空中的电磁感应方式来实现，电磁波在真空中的传播并不受到物质阻碍。
总结起来，电磁波的传播原理涉及到麦克斯韦方程组、介质的影响、波动方式和传播速度等方面。
通过了解这些原理，我们能够更好地理解电磁波在空间中的传播方式，并且可以应用到各种领域中，如通信、雷达、电视等。
电磁波的传播原理是现代科学技术的基础，对于我们深入了解和应用电磁波至关重要。
电磁场与电磁波试卷及复习提纲
《电磁场与电磁波》测验试卷﹙一﹚一、 填空题1、在国际单位制中，电场强度的单位是________；电通量密度的单位是___________；磁场强度的单位是____________；磁感应强度的单位是___________；真空中介电常数的单位是____________。
2、静电场→E 和电位Ψ的关系是→E ＝_____________。
→E 的方向是从电位_______处指向电位______处。
3、位移电流与传导电流不同，它与电荷___________无关。
只要电场随__________变化，就会有位移电流；而且频率越高，位移电流密度___________。
位移电流存在于____________和一切___________中。
4、在两种媒质分界面的两侧，电场→E 的切向分量E 1t －E 2t ＝________；而磁场→B 的法向分量B 1n －B 2n＝_________；电流密度→J 的法向分量J 1n －J 2n =___________。
5、沿Z 轴传播的平面电磁波的复数表示式为：_____________________=→E , ____________________=→H 。
二、计算题1、（15分）在真空中，有一均匀带电的长度为L 的细杆， 其电荷线密度为τ。
求在其横坐标延长线上距 杆端为d 的一点P 处的电 场强度E P 。
2、（10分）已知某同轴电容器的内导体半径为a ，外导体的内半径为c ，在a ﹤r ﹤b (b ﹤c)部分填充电容率为ε的电介质，求其单位长度上的电容。
3、（10分）一根长直螺线管，其长度L ＝1.0米，截面积S ＝10厘米2，匝数N 1＝1000匝。
在其中段密绕一个匝数N 2＝20匝的短线圈，请计算这两个线圈的互感M 。
4、（10分）某回路由两个半径分别为R 和r 的半圆形导体与两段直导体组成，其中通有电流I 。
求中心点O 处的磁感应强度→B 。
高中物理课件 第6章 第1节 电磁波载息传万里
电视机接上了互联网，用户在看电视节目的同时，还可任意在互联网上冲浪， 并可以把与电视节目有关的网址下载，还可以通过 E－mail 传送视频、音频及静态 图像，如接上打印机，就可以把你所要的资料打印出来；网络可视电话与家用电 脑连接，通过声卡软件、麦克风和视屏，不仅可以在网上可视聊天，还能通过互 联网拔打国际电话，而且音像清晰、收费便宜；网络信息冰箱则可通过液晶显示 屏上网，接收有线电视或网络服务信息，并可通过主页传递家庭电子邮件或各类 信息；网络收音机通过通信卫星接收全球 1 000 多家广播电台的信号，调频清晰， 音质优秀，并可通过互联网收听各种综合服务信息；凡此种种，网络家电的市场 真是无处不在，触手可及.
2．思考判断 (1)目前，电磁辐射是造成公害的主要污染物之一．( √ )
(2)聆听音响时，会因手机的使用而造成不愉快的感觉．( √ )
对电磁波的理解 【问题导思】 1．电磁波的波长、波速和频率满足怎样的关系？ 【提示】 v＝λf. 2．电磁波从一种介质进入另一种介质时，不变的量是谁？ 【提示】 频率．
(4)无线电波：在电磁波谱中，波长 大于1mm 范围属于无线电波．无线 电波按其波长由小到大又可分为 微波 (波长 10－3～10 m)、 短波 (波长 10～50 m)、 中短波 (波长 50～200 m)、 中波 (波长 200～3 000 m)和 长波 (波长 3 000～30 000 m)．
【解析】 电磁波的频率由发射电路的发射装置决定，D 错误．不同频率的 电磁波在真空中的传播速度是相同的，都等于光速 c＝3×108 m/s，故 A 错误．由 v＝λ·f 得，频率不同的电磁波，波长也不同，B 正确，且频率与波长成反比，C 错 误．
【答案】 B
1．下列说法正确的是( ) A．频率越高的电磁波传播速度越大 B．波长越短的电磁波传播速度越大 C．频率越高的电磁波，波长越短 D．波长不同的电磁波，频率不同，因此速度不同 【解析】 电磁波在真空中的传播速度与频率和波长均无关，A、B、D 均错 误，电磁波的频率和波长成反比，C 正确． 【答案】 C
电磁波的功率传输实验
电磁波的功率传输实验引言：电磁波的功率传输实验是一项引人注目的科学研究，它涉及到电磁波的传输和能量转换。
本文将介绍电磁波的功率传输实验的原理、方法和应用。
一、电磁波的功率传输原理电磁波的功率传输是指通过电磁波将能量从一个地方传输到另一个地方。
其原理基于电磁场的相互作用和能量传递。
电磁波由电场和磁场组成，当电磁波传播时，其电场和磁场会相互作用并传递能量。
二、电磁波的功率传输实验方法1. 实验材料准备：电源、发射天线、接收天线、功率计等。
2. 设置实验装置：将电源连接到发射天线上，将接收天线与功率计相连。
3. 发射电磁波：通过电源向发射天线供电，使其产生电磁波。
4. 接收电磁波：接收天线接收到发射的电磁波，并将其转化为电信号。
5. 测量功率：使用功率计测量接收到的电信号的功率。
三、电磁波的功率传输实验应用1. 无线能量传输：电磁波的功率传输实验为无线能量传输提供了理论基础。
通过将电磁波转化为电能，可以实现无线充电、无线供电等应用。
2. 通信技术：电磁波的功率传输实验对于无线通信技术的发展起到了重要作用。
通过电磁波的传输，可以实现无线通信、卫星通信等。
3. 医疗应用：电磁波的功率传输实验在医疗领域也有广泛应用。
例如，通过电磁波传输能量，可以实现远程医疗设备的供电，为偏远地区提供医疗服务。
4. 环境监测：电磁波的功率传输实验还可以应用于环境监测领域。
通过传输电磁波，可以实现对环境中的温度、湿度等参数的监测。
四、电磁波的功率传输实验的挑战和展望电磁波的功率传输实验在应用中面临着一些挑战。
例如，电磁波传输的效率还有待提高，传输距离受限等。
未来，科学家们将继续研究电磁波的功率传输实验，以解决这些问题。
同时，随着技术的进步，电磁波的功率传输实验将在更多领域得到应用。
结论：电磁波的功率传输实验是一项重要的科学研究，它为无线能量传输、通信技术、医疗应用等提供了理论基础。
通过不断的研究和探索，电磁波的功率传输实验将在未来得到更广泛的应用。
电磁波如何实现数据传输
电磁波如何实现数据传输电磁波是一种由电场和磁场相互耦合形成的波动现象，广泛应用于无线通信和数据传输领域。
本文将介绍电磁波如何实现数据传输的原理与应用。
一、电磁波概述电磁波是由振动的电荷引发的，其在空间中传播并携带能量。
根据波长的不同，电磁波可分为射线短波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等不同频段。
其中，微波波长范围适合于数据传输。
二、电磁波数据传输原理数据传输需要将信息编码成电信号，然后通过适当的调制技术转换为能够传输的电磁波信号。
常用的调制技术包括频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和振幅移键控（ASK）等。
这些信号经过调制后，通过天线发射成电磁波信号，被接收端的天线接收并转换为电信号，进而解调还原成原始信息。
三、电磁波数据传输应用3.1 无线通信电磁波是实现无线通信的重要手段，其中射频通信与数据传输密切相关。
无线通信技术利用电磁波的特性，通过调制和解调技术实现信号的传输和接收。
其中，著名的无线通信标准如蜂窝移动通信标准GSM、CDMA、3G、4G和5G等，都采用了电磁波传输数据的原理。
3.2 无线局域网无线局域网（WLAN）是基于电磁波无线通信技术的局域网，可以实现电脑、手机等设备之间的无线数据传输。
WLAN利用电磁波进行无线数据传输，通过无线基站和无线接入点实现与有线网络的连接和互联互通。
无线局域网常用的标准如IEEE 802.11系列，其依靠电磁波实现数据的传输与接收。
3.3 无线感知网络无线感知网络（WSN）是一种由大量分布式传感器节点组成的网络，这些节点通过无线通信实现信息采集和数据传输。
WSN中的传感器节点通过接收、处理和传输电磁波信号，实现环境信息的监测和数据的传输，广泛应用于环境监测、农业、医疗和智能家居等领域。
3.4 光纤通信光纤通信是一种基于光波在光纤中传输数据的通信方式。
虽然是光波实现数据传输，但其本质上也是电磁波通过光波来传播信息。
在光纤通信中，电信号通过调制技术转换为可传输的光信号，经光纤传输后再通过解调技术转换为原始信息。
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，
2 作用于式（6.2）即出现 2。只
z2
考虑 i z的纵向标量方程
2 xy
Ez
+
(k 2
+
2 ) Ez
=
0
2 xy
H
z
+ (k2
+
2)Hz
=
0
按式（6.2）得方程的解
(6.5a) (6.5b)
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Ez(x , y , z) Ez(x , y)e yz
H
(
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6.1 传输线概述
●传输线类型
1．空管传输线（规则金属波导） 图6.1（a）表示矩形波导、圆形波导、椭圆波导和脊波 导。只能传输横磁波（TM波，沿纵向 Ez 0, Hz 0 ）或横 电波（TE波，沿纵向 Ez 0, Hz 0），适用于厘米波和毫 半波传输。
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的结合形成的平 面型结构电路
航空、航天等空间科学和技术的发展，对微波系统提出 了体积小、重量轻、可靠性高、性能优良、一致性好和成本 低等要求，促进了微波集成电路的发展。
图6.2表示同轴导线演化成带线的过程。
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图6.3表示双导体线演化成微带线的过程。
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6.2 导行电磁波的一般传输特性分析 导波理论（场分析法）——用于严格分析规则金属波导内 导行电磁波的理论。
对于 f fc 的凋落场，波迅速衰减，波导呈现出高通 滤波器的特性。
（2）波阻抗
对于TM波，将Hz=0代入式（6.9），得
Ex
kc2
Ez x
Ey
kc2
Ez y
Hx
j
kc2
Ez y
Hy
j
kc2
Ez x
由式（6.23）可以定义TM波的波阻抗
jHz
(6.8b) (6.8c)
H z y
+
Hy
=
jεEx
(6.8d)
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Hx
H z x
=
jεEy
H y x
Hx y
jεEz
联立求解方程（6.8），得
Ex
=
1 kc2
(
Ez x
+
j
H z y
)
Ey
=
1 kc2
(
Ez y
2xy
2 z 2
代入方程（6.1）得
(6.3a) (6.3b)
(6.3c)
t2 Ei
+
(k
2
+
2
) Ei
=0 ,,
i
=
x,
y, z
i2Hi + (k 2 + 2 )Hi = 0
(6.4a) (6.4b)
式中t2
xy 2
2 x2
2 y 2
导体高频集肤效应的导体损耗和填充介质的 介质损耗；内截面变大，功率容量增加。 避免空管波导频带窄，笨重、工艺加工难和
介质传输线
批量成本高的缺点，具有损耗小、加工方便、 重量轻、成本低和便于微波集成的优点。
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●传输线随集成化的演化过程
微波集成电路——
微波技术 半导体器件 集成电路
（1）传播常数和相速 由式（6.11）知 j jk j ，即
0,
由此得TEM模导行波的相速
P
1
看出TEM模导行波是与频率无关的非色散波。
（2）波阻抗 将Ez=0和Hz=0代入式（6.8b、d），得
(6.13) (6.14)
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第6章 电磁波的传输
6.1 传输线概述 6.2 导行电磁波的一般传输特性分析 6.3 矩形波导中导行电磁波的传输特性 6.4 其它导波系统简介 6.5 微波传输线 6.6 电磁波传输的应用
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概要
无线传播和有线传输是传递电磁波信息的两种基本形 式。前面介绍了电磁波在无界空间的传播和不同平面媒质 边界面的反射和折射；下面将介绍电磁波在导波系统的有 界空间中的传输。导波系统是引导电磁波传输的传输线或 波导，被引导的电磁波称为导行电磁波或导波。波沿导波 系统的传播称为传输。导波系统大体分为传输横电波（TE 波）和横磁波（TM波）的空管波导和传输横电磁波（TEM 波）的实心传输线（双导体或多导体传输线），以及由它
方向传播，则方程（6.1）的解
E(x , y , z) E(x , y)eyz
(6.2a)
H(x , y , z) H(x , y)eyz
(6.2b)
纵向场量法——将矢量波动方程分解为标量波动方程，
再按边界条件匹配特点将场量划分为纵、横向分量；不必求
所有分量，只须先求与纵向边界条件匹配的纵向场标量方程
身的焦耳热损耗所引起的电磁场能量减少，而是电磁波不满
足传播条件所引起的电抗性衰减，这种衰减表示能量被边界
面约束在一定位置而储存起来。
对于f﹥fc的传播型波，有
=k
1
fc f
2
可得波导内导行波的相速
(6.20)
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P
=
>
2
1
fc f
1. 横电磁波的一般传输特性
方程（6.5）改写为
2 xy
Ez + kc2Ez
=0
2xy H z + kc2H z = 0
(6.10a) (6.10b)
对于TEM波，有Ez 0 和 Hz 0，式（6.9）变为
1
Ex , Ey , Hx , H y :
0 kc2
看出式（6.9）构成一组无意义的零解。获得非零解的
双导体传输线
f ,
要求 l ，以形成U，I 的波动传输；f↑，辐
射损耗↑，要求d 。
一根单线延展为闭合空心导管包围另一根单
同轴导线
f ,
线，填充绝缘介质：外导体屏蔽随f 增大的 辐射损耗和外界干扰，填充介质起缘绝作用。 抽出同轴导线内导体和填充介质：避免内
空管波导
f ,
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2．实心传输线（双导体或多导体传输线）
图6.1（b）表示双导线、同轴线、带状线和微带线。
主要传输横电磁波（TEM波，沿纵向 Ez 0, Hz 0
）和准横电磁波（准TEM波，主波为TEM波，由填充介
质使 Ez 0, Hz 0 ，引起附加的TM波或TE波）。其中
同轴线内、外导体构成空管传输线，存在主波TM波和 TE波，内导体为实心传输线，还同时存在附加的TEM 波。双导线适用于100MHz以下米波及大于米波所有波 长的电磁波，同轴线适用于3GHz以下分米波，带状线 和微带线适用于分米波和厘米波传输。
Ex j H y H y j Ex 上式中Ex与Hy的比值定义为TEM模导行波的波阻抗，可利用
j 得
Z TEM Ex Hy
看出ZTEM与频率无关。
=
(6.15)
由以上分析可知 ，导波系统中的TEM波与无界空间中的 均匀平面波具有相同的传播特性：在任何频率下都能传播非色 散横电磁波。
拉斯方程。看出凡是存在二维静态场的系统中必定存在 TEM
模，这样的系统也可以用作传输TEM波的导波系统，且其横向
分布模式与二维静态场具有相同形式。因此，求导波的TEM
模式，只需按求静态场的方法先求导波的横向分布函数，再
乘以纵向传播因子 e z 。
●TEM波的传输特性（由波解的物理参量说明）
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z
x
,
y
,
z)
H
(
z
x
,
y)e
yz
(6.6a) (6.6b)
纵、横场分量关系由麦克斯韦方程旋度式建立，有
E = j H
(6.7a)
H = j E
(6.7b)
Ez y
+
Ey
=
j H x
(6.8a)
Ex
Ez x
=
jH y
Ey x
Ex y
的纵向场标量后，再按纵、横向场关系式由已知纵向场分量
求横向场分量。
将式（6.1）中的E、H和2 分解为直角分量
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E (ax Ex ay Ey ) az Ez
H (ax Hx ay H y ) az Hz
2
( 2 x2
2 ) y2
2 z 2
非零值
获得非零解的存在条件可取
kc2 0或 2 + k 2 0
(6.16)
●TM波，TE波的传输特性
（1）传播常数和相速
观察式（6.6）的传播因子 e z ，由式（6.9e）知其中
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= kc2 k2 kc2 2
(6.17)
令 0，则有 e z 1 ，表示传播截止，由式（6.17）可知
沿传输线的纵向传输特性； 电磁导波特性
在横截面内的横向分布特性。
6.2.1 纵向场量法
图6.4 表示任意截面 无限长均匀规则金属波导。
已知无源空间场矢量波动 方程