电波传播理论基础课件.pptVIP

3群速度與能流傳播速度利用Poynting向量的定義式，得到電磁波包能流密度向量為：顯然，其傳播速度由電場幅度（波包）中心確定。由此可見群速度與電磁波包的能量傳播速度一致。從能量角度看，穩態情形下的任何信號的傳輸必然以能量的傳輸為信號的傳輸，因此電磁波信號傳播的速度必然是能量的傳播速度。5群速度與相速度的關係群速度是多個頻率的平面波疊加形成的波包在空間傳播的速度，相速度是單個頻的平面電磁波的等相位面在空間傳播的速度。如果μ，ε與頻率無關，相速度與群速度相等。如果μ，ε與頻率有關：6色散現象與它帶來的問題介質的電磁特性參數μ，ε隨頻率而變的介質稱為色散介質。利用Fourier分析的方法，色散介質又是時變介質。不同頻率的電磁波信號在色散介質中傳播具有不同的相速度，這將導致電磁波波包在傳播過程中發生形狀的變化，即信號失真。色散介質中傳播非色散介質中傳播該脈衝信號在介質中傳播一段距離L以後為，電場向量的形狀為：設在t＝0時z＝0處磁脈衝的電場向量的波形為：如果介質電磁特性參數與頻率有關，與頻率有關，積分結果將使L與Z＝0處脈衝的形狀發生改變。如果介質電磁特性參數與頻率無關，與頻率無關，積分結果將使L處與Z＝0處脈衝的形狀完全相同，即：Z＝0Z＝LZ＝0Z＝L7.5電磁波的衍射1電磁波的衍射現象當電磁波在傳播過程中遇到障礙物或透過螢幕上的小孔時，由於波動特性，電磁波不按直線傳播的現象稱為電磁波的衍射，它是波動的一個基本的特徵。Huygens-Fresnel原理Huygens在研究波動現象時指出：波在傳播過程中，波陣面上的每一點都是產生球面子波的次波源，而波陣面上各點發出的許多次波所形成的包絡面是原波面在一定時間內所傳播到的新波面。Fresnel在研究Huygens原理的基礎上認為：波在傳播過程中，波陣面上的每一點都是產生球面子波的次波源，空間其他點任意時刻的波動是波陣面上的所有次級波源發射子波的干涉疊加，進一步完善了Huygens原理，稱為Huygens-Fresnel原理。次波源以標量場為例，無源空間中標量波滿足方程：應用Green函數方法，空間標量波函數解為其中為無界空間波動方程的解，求解得到：空間標量波函數為：這正是Huygens-Fresnel原理的數學運算式。它表示區域內任意點r的場是介面上所有次波源發出次波在該點干涉疊加的結果。球面波因數，表示發自邊界面上r‘點的球面波球面波幅度因數積分表示介面所有次波疊加輻射條件如果，表示無窮遠邊界上次波源在空間內r點輻射場的疊加，其結果必為零。否則有限區域內電磁場因與無窮遠邊界上電磁場有關而具有多值特性。即：稱為輻射條件例：小孔衍射圓形小孔的半徑為a，遠大於波長應用Kirchhoff公式，必須知道螢幕上假設：（1）在小孔上，為點光源的直射場，即假設螢幕不對入射波產生影響。（2）在小孔以外的螢幕上，在上述假設下，在螢幕小孔上恒為零。應用Huygens-Fresnel公式，面積分應該由兩個部分組成，即螢幕和半無窮大空間的邊界。半無窮大邊界面上的積分為零，得到：對於振幅因數，忽略R，R0因螢幕上不同點帶來的微小差別，並略去高階項小孔衍射圖3全反射現象與表面電磁波對於非鐵磁性介質（），根據透射角公式xzzx介質1介質2介質1介質2由於介質1和介質2分別是均勻介質，在介質1中均勻平面電磁波入射的情況下，介質2中的電磁波也應該是平面電磁波，否則在介質的界面上，電磁波的邊界條件不可能滿足。介質2中的電磁波的解應具有平面波形式，即：根據介面相位匹配原則得到透射波為傳播方向上的指數衰減波，不能在介質中傳播。Poynting向量為：沿介質表面仍然存在可以傳播電磁波，稱為表面電磁波。表明當入射角度大於臨界角時，介質2中的電磁波為沿與介質表面垂直的衰減波；透射波磁場z分量超前電場y分量的相位，沿x的負向的能流密度為零。因此介質2的電磁波能量不沿x負向傳播，而被反射回介質1中。發生全反射時，介質2的作用類似於電路中的電感器，在電磁波的一個週期中的一半時間內，介質2從入射電磁波獲得能量，另一半時間內釋放能量，並返回介質1。