第8章 电磁场的几个专题 《微波技术知识与天线（第2版）》课件.pptVIP

1 第8章 电磁场的几个专题 8.1 光导纤维 8.2 雷达截面积 8.3 计算电磁学 2 8.1 光导纤维 8.1.1 一般概念 1. 光纤的组成与分类 组成：芯线和包层，一般在包层外还附加一层塑料护套起保护作用。为使光波局限在光纤内传输，芯线的折射率必须大于包层的折射率。 第8章 电磁场的几个专题 图8-1-1 几种典型的光纤的折射率分布 a) 多模突变光纤 b）多模渐变光纤 c）W型多模渐变光纤 d）W型单模渐变光纤 e）单模渐变光纤 3 8.1.1 一般概念 分类 第8章 电磁场的几个专题 表8-1-1 光纤的分类 4 8.1.2 模式分析 1. 突变型光纤的特征方程 当 时光纤中沿轴向传输表面波。 当 时光纤处于非传输的辐射模状态。 当 时光纤处于临界状态。 第8章 电磁场的几个专题 图8-1-2 突变型光纤及其坐标系 5 8.1.2 模式分析 2. 光纤中的传输波型 对应轴对称波型，传输波型TM0n模和TE0n模可以单独存在。 对应非轴对称波型，只能存在TM模和TE模组合的混合波型，其中，当TM模占优势时称为EH模，当TE模占优势时称为HE模。因此，非轴对称传输波型是EH模和HE模。 第8章 电磁场的几个专题 8 8.1.4 突变型弱导光纤中的线偏振解 弱导光纤的特征方程 弱导光纤中的场基本上是横向线偏振的，记为LPpn模。 第8章 电磁场的几个专题 表8-1-3 LPpn模与精确解的对应关系 9 8.1.5 光纤的色散和像差 1. 光纤的色散 光纤的色散分为材料色散、波导色散和模间色散，其中材料色散由折射率与频率有关引起，是对单模光纤影响最大的色散；波导色散指同一模式下不同频率的群速度不同引起的色散；模间色散指多模光纤中同一频率下不同模式的群速度不同引起的色散。色散现象限制光纤的传输带宽。 2. 光纤的像差 光纤中传输的是具有有限宽度的波束，如高斯波束。它与平面波的区别在于，平面波有确定的传播方向，而高斯波束没有确定的传播方向，即高斯波束可以展开为多个不同传播方向的平面波的叠加。这意味着高斯波束在传播一段距离后，其分布函数会发生变化，使光束在新的平面上的“像”有畸变。这就是像差的概念。 第8章 电磁场的几个专题 10 8.2 雷达截面积 8.2.1 一般概念 1. 定义 雷达截面积等于一金属球的投影面积，如果用该金属球代替目标，它所产生的回波与目标回波相同。 雷达截面积的理论定义式 第8章 电磁场的几个专题 11 8.2.1 一般概念 2. 影响雷达截面积的因素 雷达截面积 是下列因素的函数：①目标结构，即目标的形状、尺寸和材料的电参数；②入射波的频率和波形；③入射场和接收天线的极化形式；④目标相对于入射和散射方向的姿态角。 雷达截面积也是入射场波形的函数。 雷达截面积还是时间的函数。 第8章 电磁场的几个专题 12 8.2.1 一般概念 3. 散射矩阵 散射矩阵的各分量与雷达截面积的关系 第8章 电磁场的几个专题 13 8.2.2 电磁场积分方程 电场积分方程（EFIF） 磁场积分方程（MFIF） 第8章 电磁场的几个专题 式中 14 8.2.2 电磁场积分方程 （1）方程中的 、 表示无源区表面 上的总场。它等于入射场与散射场的叠加 （2）积分中，电场法向分量 和磁场切向分量 分别表示等效源 （电荷） （电流） 第8章 电磁场的几个专题 15 8.2.2 电磁场积分方程 （3）格林函数及其梯度在数学上等价于惠更斯子波源，即每个单元表面的电流、电荷都作为惠更斯子波源与散射场有关，而总场则是对所有这样的表面源简单的求和（积分）。 （4）“自身”项的引入 第8章 电磁场的几个专题 图8-2-1 惠更斯子波源波前结构 16 8.2.3 雷达截面积的频率特性 在频率低端（ ）， ，即 值很小，但随频率的4次方增加，这个区域称为低频区或瑞利区。 当 时， 表现出很强的震荡特性，称为谐振区。 当 时， 的震荡特性消失而趋于常数值 ，即球的投影面积，这个区域称为高频区或光学区。 第8章 电磁场的几个专题 图8-2-2 用金属球的雷达截面积说明3种散射方式 17