电磁场与电磁波(第2版)陈抗生-2.pptVIP

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电磁场与电磁波 波动举例— 平行板波导中传播的电磁波 波动举例— H波导中传播的电磁波 波动举例— 一维波,二维波与三维波 连续波与脉冲波 随时间作简谐变化的连续波的特征 随时间作简谐变化的连续波A(z, t) 是空间坐标z和时间t的函数。 ? 式中: A0称为波的振幅 ?称为角频率 k称为波的传播常数 (?t–kz + ?0)称为波的相位 ?0称为波的初相 这个波动表达式能提供多少信息? 时间域中看波 空间域中看波 波的速度 波的传播速度是多少? 设想有一个人站在波峰上,此人随着波峰前进的速度即波的速度,这就要求cos(?t–kz)是常数,或者波的相位是常数: ?t–kz = 常数 所以波传播速度就是 因为 ,而 , 所以 v = f?。 在真空中v等于光速c,即 c = f? 波的速度 时谐标量波的复数表示 时谐标量波的复数表示 u(z, t)与U对应的意义是,U乘ej?t取实部,就得到u(z, t),即 式中,Re[]表示对[]中的复量取实部运算。为简化书写,符号 常略去,用复数U等效于时谐标量波u(z, t),即 时谐标量波复数表示的加法运算规则 如果 很容易证明 与复数(U+V)对应,即 因为 时谐标量波复数表示的微分、积分运算规则 因为 对于随时间变化的量,上式积分中的常数可不予考虑。所以时谐标量波用复数表示后,对时间的微分、积分运算简化为乘与除jω的代数运算。 两时谐变量乘积的时间平均值运算规则 时谐变量的时间平均值总是等于零的。 但是两个时谐变量乘积的平均值并不总是等于零的,例如 与u(t)、i(t)对应的复数U、I分别为 因为 所以引入u(t)、i(t)的复数表示U、I后,u(t)与i(t)乘积的时间平均值计算可简化为 时谐标量波的复数表示解电路方程 时谐标量波的复数表示解电路方程 微分方程可简化为代数方程 所以 式中 而 时谐矢量的复矢量表示 设随时间作简谐变化的电场强度为 其x 分量Ex (x, y, z, t)表示为 这是一个时谐标量,与其对应的复数表示是 于是 所以时谐标量 与复数 对应。 时谐矢量的复矢量表示 同样 可表示成 式中 同样 可表示成 式中 时谐矢量的复矢量表示 两时谐矢量叉积的时间平均值 设复矢量 与复矢量对应的时谐矢量 为 所以 的时间平均值是 两时谐矢量叉积的时间平均值 如果我们取复矢量 E(r) 与 H(r) 的共轭复矢量 的叉积 因此 的时间平均值又可表示为 两时谐矢量叉积的时间平均值计算可简化为取实部运算。 电磁波可以用波长或频率区分 电磁波谱 微波波段 电磁波大气传输窗口 大气对于电磁波,有些频率范围是透明的,称为大气窗口,第一个较宽的大气窗口覆盖了从射频到厘米波这一段电磁波谱。波长从10mm~1mm也有几个窄的大气窗口。这些大气窗口在通信、雷达、遥感等领域得到广泛应用。在光波段又有一个很宽的大气窗口,其中包括为人眼所感知的可见光窗口。 不同波段电磁波的传播特性及其应用 长波(低于10MHz)可以沿地球的弯曲表面传播到很远,这种传播方式叫地波。 短波(低于30MHz)可以借助60~300km高空的电离层折射返回地面,这种传播方式叫天波。 散射波(300MHz到10GHz),源于大气的不均匀引起的散射。 超短波、微波和光波则能穿过电离层达到外层空间(视距传播),这种传播方式称为空间波。 不同波段电磁波的传播特性及其应用 考虑大气吸收,利用穿透电离层的视距传播,通常采用微波。 地球和宇宙空间之间的通信、卫星通信必须使用微波。 陆地移动通信越来越多地采用微波。 微波视距传播用于陆地长距离通信有它不利的一面,即在地球上它不能传播到很远的地方,可采用陆上微波中继接力予以解决。 光波通过大气衰减较大,光波通过大气传输只能在短距离上实现。 光波的长距离传播要用低损耗的光纤,目前工作在1.45~1.65?m波长的商用低损耗石英光纤每公里损耗可小于0.2dB。 从麦克斯韦方程到基尔霍夫电压、

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