电磁波在信号中的传输
《电磁场电磁波》课程论文电磁波在信号传输中的应用
姓名段一凡
班级 BG1208
学号 121001260807
2015年 10月 9日
电磁波在信号中的应用
摘要本文主要介绍了电磁波的光谱和特性及作为载波在信号传
输的应用，分别有光纤通信，微波通信和波导通信等，介绍了电磁波的频段，电磁波与介质的相互作用，电磁波在不同介质中的传播特性。
关键词电磁波1；光谱2；光纤3；通信4
Application of electromagnetic wave in signal Abstract the spectrum and characteristics of electromagnetic wave and its application in signal transmission are introduced.
The optical fiber communication, microwave communication and waveguide communication are introduced.
Keywords electromagnetic wave 1; spectrum 2; optical fiber 3; communication 4
目录
一背景1
二定义1
三电磁波概述1
四电磁波普2
1电磁波普的定义2
2波普分类：2
五电磁波特性5
1电磁波特性5
2划分 :5
六光纤通信5
1光纤通信5
2光波特性6
3光纤原理及应用6
七微波通信6
1微波通信6
2微波波长7
3频带的划分7
4微波特征7
1）穿透性7
2）选择性加热7
3）热惯性小8
5微波原理8
八波导通信8
1波导历史8
2波导定义9
3毫米波9
4调制方式9
九电磁波在信号中传输的应用9
1背景
电磁波首先由詹姆斯·麦克斯韦于1865年预测出来，而后由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年至1888年间在实验中证实存在。麦克斯
韦推导出电磁波方程，一种波动方程，这清楚地显示出电场和磁场的波动本质。因为电磁波方程预测的电磁波速度与光速的测量值相等，麦克斯韦推论光波也是电磁波。
1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在，推导出电磁波与光具有同样的传播速度。
1887年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。之后，1898年，马可尼又进行了许多实验，不仅证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁波，它们的本质完全相同，只是波长和频率有很大的差别。
2定义
从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波。且温度越高，放出的电磁波波长就越短。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，除光波外，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友
3电磁波概述
电磁波，是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。电磁波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种电磁波在真空中速率固定，速度为光速。见麦克斯韦方程组。
在介质中，麦克斯韦方程组的微分形式为：
电磁波伴随的电场方向，磁场方向，传播方向三者互相垂直，因此电磁波是横波。当其能阶跃迁过辐射临界点，便以光的形式向外辐射，此阶段波体为光子，太阳光是电磁波的一种可见的辐射形态，电磁波不依靠介质传播，在真空中的传播速度等同于光速。电磁辐射由低频率到高频率，主要分为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。人眼可接收到的电磁波，称为可见光（波长
380~780nm）。电磁辐射量与温度有关，通常高于绝对零度的物质或粒子都有电磁辐射，温度越高辐射量越大，但大多不能被肉眼观察到。
频率是电磁波的重要特性。按照频率的顺序把这些电磁波排列起来，就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话，它们是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。
通常意义上所指有电磁辐射特性的电磁波是指无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线。而X射线及γ射线通常被认为是放射性辐射特性的。
4电磁波普
1电磁波普的定义
按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列的话，它们是工频电磁波、无线电波（分为长波、中波、短波、微波）、红外线、可见光、紫外线、X 射线及γ射线。以无线电的波长最长，宇宙射线（x射线、γ射线和波长更短的射线）的波长最短。
首先，无线电波用于通信等，微波用于微波炉，红外线用于遥控,热成像仪，红外制导导弹等，可见光是大部分生物用来观察事物的基础，紫外线用于医用消毒，验证假钞,测量距离，工程上的探伤等，X射线用于CT照相，伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等。
2波普分类：
无线电波3000米～0.3毫米（微波0.1~100厘米）
红外线0.3毫米～0.75微米（其中：近红外为0.76~3微米，中红外为3~6微米，远红外为6~15微米，超远红外为15~300微米）
可见光0.7微米～0.4微米
紫外线0.4微米～10纳米
X射线10纳米～0.1纳米
γ射线0.1纳米～1皮米
高能射线小于1皮米
传真（电视）用的波长是3～6米
雷达用的波长在3米到几毫米。
5电磁波特性
1电磁波特性
电磁波的电场(或磁场)随时间变化，具有周期性。在一个振荡周期中传播的距离叫波长。振荡周期的倒数，即每秒钟振动(变化)的次数称频率。
很显然，波长与频率的乘积就是每秒钟传播的距离，即波速。令波长为λ，频率为f，速度为V，得：λ=V/f波长入的单位是米(m)，速度的单位是米/秒(m/sec)，频率的单位为赫兹(Hertz，Hz)
整个电磁频谱，包含从电波到宇宙射线的各种波、光、和射线的集合。不同频率段落分别命名为无线电波(3KHz—3000GHz)、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线(伽马射线)和宇宙射线。在19世纪末，意大利人马可尼和俄国人波波夫同在1895年进行了无线电通信试验。在此后的100年间，从3KHz直到3000GHz频谱被认识、开发和逐步利用。根据不同的持播特性，不同的使用业务，对整个无线电频谱进行划分，共分9段：甚低频(VLF）、低频(LF)、中频(MF)，高频(HF)、甚高频(VHF)\特高频(uHF)\超高频(sHF)\极高频(EHF)和至高频，对应的波段从甚(超)长波、长波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、毫米波和丝米波(后4种统称为微波)。见下表。无线电频谱和波段划分。
2频段划分 :
段号频段名称频段范围（含上限不含下限）波段名称波长范围（含上限不含下限）
1 甚低频（VLF） 3～30千赫（KHz）甚长波 100～10km
2 低频（LF） 30～300千赫（KHz）长波 10～1km
3 中频（MF） 300～3000千赫（KHz）中波 1000～100m
4 高频（HF） 3～30兆赫（MHz）短波 100～10m
5 甚高频（VHF） 30～300兆赫（MHz）米波 10～1m
6 特高频（UHF） 300～3000兆赫（MHz）分米波微波 100～10cm
7 超高频（SHF） 3～30吉赫（GHz）厘米波 10～1cm
8 极高频（EHF） 30～300吉赫（GHz）毫米波 10～1mm
9 至高频 300～3000吉赫（GHz）丝米波 1～0.1mm
6光纤通信
1光纤通信
光纤通信技术（optical fiber communications）从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。
光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。
光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。
2光波特性
光波是一种特定频段是电磁波，其颜色与频率有关。
光纤通信：就是利用光波作为载频和光纤作为传输媒质的一种通信方式。它工作在近红外区，即波长是0.8μm（微米）～1.8μm。对应的频率为167THz～375THz。在光纤通信中起主导作用的是激光器（光源、光电检测器）和光纤。
利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式．由于激光具有高方向
性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纤通信．
3光纤原理及应用
光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息．
随着信息技术传输速度日益更新，光纤技术已得到广泛的重视和应用。在多微机电梯系统中，光纤的应用充分满足了大量的数据通信正确、可靠、高速传输和处理的要求。光纤技术在电梯上的应用，大大提高了整个控制系统的反应速度，使电梯系统的并联群控性能有了明显提高。电梯上所使用的光纤通信装置主要由光源、光电接收器和光纤组成。
7微波通信
1微波通信
微波通信（Microwave Communication），是使用波长在1毫米至1米之间的电磁波——微波进行的通信。该波长段电磁波所对应的频率范围是300 MHz（0.3 GHz）~300 GHz。
与同轴电缆通信、光纤通信和卫星通信等现代通信网传输方式不同的是，微波通信是直接使用微波作为介质进行的通信，不需要固体介质，当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离，因此是国家通信网的一种重要通信手段，也普遍适用于各种专用通信网。
2微波波长
微波通信使用波长为1m至0.1mm（频率为0.3GHz～3THz）的电磁波进行的通信。包括地面微波接力通信、对流层散射通信、卫星通信、空间通信及工作于微波波段的移动通信。微波通信具有可用频带宽、通信容量大、传输损伤小、抗干扰能力强等特点，可用于点对点、一点对多点或广播等通信方式。
中国微波通信广泛应用L、S、C、X诸频段，K频段的应用尚在开发之中。由于微波的频率极高，波长又很短，其在空中的传播特性与光波相近，也就是直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发。
一般说来，由于地球曲面的影响以及空间传输的损耗，每隔50公里左右，就需要设置中继站，将电波放大转发而延伸。这种通信方式，也称为微波中继通信或称微波接力通信。长距离微波通信干线可以经过几十次中继而传至数千公里仍可保持很高的通信质量。
3频带的划分
微波按波长不同可分为分米波，厘米波、毫米波及亚毫米波，分别对应于特高频UHF（0.3～3GHz）、超高频SHF（3～30GHz）、极高频
EHF（30～300GHz）及至高频THF（300GHz～3THz）。
目前研究微波通信所用的频段主要是L 波段（1.0~2.0GHz）、S波段（2.0~4.0GHz）、C 波段（4.0~8.0GHz）、X波段（8.0~12.4GHz）、Ku波段（12～18GHz）、K波段（18～27GHz）以及Ka波段（27~40GHz）。
4微波特征
微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。
4.1穿透性
微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长长。微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中
的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。
4.2选择性加热
物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同，产生的热效果也不同。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。因此，对于食品来说，含水量的多少对微波加热效果影响很大。
4.3热惯性小
微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。
5微波原理
1、微波同光波一样，是直线传播的，要求两个通信地点（两个微波站）之间没有阻挡，信号才能传到对方，即所谓的视距传播。在微波的频段使用方面，各国的微波设备往往首先使用4GHz频段。目前各国的通信设备已使用到
2、4、5、6、7、8、11、15、20GHz等各频段。我国的数字微波通信已有2、4、6、7、8、11GHz各频段的设备。频率低，其电波传播较稳定，但其设备及元器件的尺寸也较大，当天线口径一定时，微波频率越低，天线增益也越低。对微波频率的选取要遵照CCIR的建议和各国无线电管理委员会的规定，经申请后得到批准才行。
2、就微波通信的性能而论，数字微波通信的特点可概括为微波、多路、接力六个字。
3、“微波”指通信频率是微波频段，又包括分米波、厘米波和毫米波。微波频段宽度是长波、中波、短波及特高频几个频段总和的l000倍。微波频率不受天电干扰和工业干扰及太阳黑子变化的影响，通信的可靠性
较高。还因微波频率高，所以其天线尺寸较小，往往做成面式天线，其天线增益较高、方向性很强。
4、“多路”指微波通信不但总的频段宽，传输容量大，而且其通信设备的通频带也可以做得很宽。例如，一个4000MHz的设备，其通频带按l%估算，可达40MHz。模拟微波的960路电话总频谱约为4MHz带宽。可见，一套微波收发信设备可传输的话路数是相当多的。因数字信号占用带宽较宽，所以数字微波通信设备在选择适当的调制方式后，可传输的话路容量仍然是相当多的。
5、“接力”因微波频段的电磁波在视距范围内是沿直线传播的，通信距离一般为40~50km。考虑到地球表面的弯曲，在进行长距离通信时，就必须采用接力的传播方式，发端信号经若干中间站多次转发，才能到达收端。
8波导通信
波导（waveguide communication ）通信是一种利用毫米波频段TE01场型的电磁波在圆波导管内（采用中继再生的方式）进行长距离传输的通信手段。
1波导历史
1930年在理论上就对电磁波在圆波导管内传输时，衰减系数将随工作频率的增加而无限制地减少的特性作出论断。20世纪50年代，美国贝尔研究所就有关圆场型电磁波TE01波的实用价值进行了实验。证明TE01波在圆波导管中传输比其它场型的电磁波衰耗都小，且选用50GHz左右频段时，圆波导横截面尺寸适中，工程上容易实现，只是在传输中波导转弯、波导管几何尺寸加工误差、以及法兰盘安装的不规则等，均将导致衰耗增大。而不规则性导致波型变换产生的伴流、色散引起的时延失真，也将使多路通信的噪声功率增加。不过，只要提高波导管内壁光洁度的等级，减小加工尺寸公差，就可使伴流减小或消除；在中继站或终端站设备上加装群时延均衡器，则可抵消波导色散失真；此外采用螺旋波导与介质膜波导用以分离TE01与简并波型相速，并给其它非TE01波型
以较大衰耗，还可使TE01波衰耗起伏较小，产生较小伴流。上述方法将可使圆波导传输中的技术问题基本得到解决。在20世纪60年代美、英、日、德和苏联等国都陆续对波导通信系统进行了现场试验，70年代圆波导传输的再生中继距离已达到40～50km。不过，从70年代初起，同轴电缆的通信容量已达到每系统万路，并相继出现了大容量的微波和光纤通信系统，而城市市话局间以及长途电话业务的需要却均未达到几十万路的量级。波导通信系统虽在技术上堪称先进，但在每系统万路条件下，与同轴、微波和光纤通信系统相比仍不经济，因而未能及时投入商用。
2波导定义
波导通信是一种利用毫米波频段TE01场型的电磁波在圆波导管内（采用中继再生的方式）进行长距离传输的通信手段。
3毫米波
毫米波波长包括10毫米到1毫米,相应频率为30千兆赫到300千兆赫。这是一个很宽的工作频段。传输容量很大。毫米波通信有两种方式。一种是毫米波大气传输方式,它是类似于微波中继系统的毫米波空中通信;另一种是波导通信,毫米波通过特殊金属管(波导管)传输
毫米波有很大的通信容量，但在大气中传播时，受到水蒸汽、氧和雨水的吸收作用，会产生严重的衰落，甚至引起通信中断；而在波导管中传输电磁波能量的衰耗很小，而且比较恒定，传输质量可得到保证。尽管波导通信投资较大但毫米波有用频段宽，通信容量可达十万路双向电话或百余个双向电视节目。在经济上还是有利的。
4调制方式
波导通信长距离传输时一般采用脉码调制方式，短距离传输可采用调频制或调幅制。
5波导应用
大气波导是由于大气表面层折射指数随高度迅速下降而形成的一种区别于标准大气的异常大气结构,它能够使电波射线向下弯曲的曲率大于地球表面的曲率,从而将电磁能量陷获在波导结构内形成大气波导传播。
特别是在贴近海面的几十米高度空间内,大气表面层内海水与大气的双重交互作用使得大气结构变化更加剧烈,蒸发波导就是频繁出现在海洋环境中的一种大气波导形式。大气波导传播现象的出现不仅可以使电磁波偏离原来的传播方向,而且能够使电磁波以较小的衰减沿波导传播到视距以外很远的地方,严重影响了雷达、通信、侦察等基于电磁传播的无线电武器系统。
如何充分利用大气波导传播这一现象来提高电子系统的工作效能,同时如何有效克服大气波导传播给电子系统性能带来的负面影响,使大气波导环境中电磁波的传播特性及其在雷达、通信等问题中的应用研究具有重要的理论意义和实用价值。
9电磁波在信号中传输的应用
查资料，红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等，可见光是所有生物用来观察事物的基础，紫外线用于医用消毒，验证假钞，测量距离，工程上的探伤等，X射线用于CT照相，伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等.
电磁波在信号中的传输
《电磁场电磁波》课程论文电磁波在信号传输中的应用 姓名段一凡 班级 BG1208 学号 121001260807 2015年 10月 9日 电磁波在信号中的应用 摘要本文主要介绍了电磁波的光谱和特性及作为载波在信号传
输的应用，分别有光纤通信，微波通信和波导通信等，介绍了电磁波的频段，电磁波与介质的相互作用，电磁波在不同介质中的传播特性。 关键词电磁波1；光谱2；光纤3；通信4 Application of electromagnetic wave in signal Abstract the spectrum and characteristics of electromagnetic wave and its application in signal transmission are introduced. The optical fiber communication, microwave communication and waveguide communication are introduced. Keywords electromagnetic wave 1; spectrum 2; optical fiber 3; communication 4 目录 一背景1 二定义1 三电磁波概述1 四电磁波普2 1电磁波普的定义2 2波普分类：2 五电磁波特性5 1电磁波特性5 2划分 :5
六光纤通信5 1光纤通信5 2光波特性6 3光纤原理及应用6 七微波通信6 1微波通信6 2微波波长7 3频带的划分7 4微波特征7 1）穿透性7 2）选择性加热7 3）热惯性小8 5微波原理8 八波导通信8 1波导历史8 2波导定义9 3毫米波9 4调制方式9 九电磁波在信号中传输的应用9 1背景 电磁波首先由詹姆斯·麦克斯韦于1865年预测出来，而后由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年至1888年间在实验中证实存在。麦克斯
第十七章电磁波与现代通信---知识点总结
第十七章：电磁波与现代通信 知识点总结： 一、信息与信息传播 1.信息：各种事物发出的有意义的消息。 （1）人类特有的三种信息：语言、符号和图像。 （2）人类历史上，信息和信息传播活动经历了五次巨大的变革：①语言的诞生；②文字的诞生；③印刷术的诞生；④电磁波的应用；⑤计算机与网络技术的应用。 2.早期的信息传播工具：烽火台、驿马、电报机和早期电话等。 记住：莫尔斯发明了电报机；贝尔发明了电话；爱迪生发明了电灯。 3.人类储存信息的工具有：（1）牛骨﹑竹简、木牍；（2）书；（3）磁盘﹑光盘。 二、电磁波及其传播 1.波 （1）波的概念：波是能传播周期性变化的运动形态，还能传递能量以及信息。 （2）波的基本特征： 振幅A：振动的幅度，单位是m，它反映了振动的强弱。 周期T：振动一次所需要的时间，单位是s。 频率f：其数值等于每秒内振动的次数，单位是Hz，频率与周期反映了振动的快慢，f＝1/T。 波长λ：波在一个周期内传播的距离，单位是m。 波速V：波传播的速度，单位是m/s，它反映波传播的快慢。 （3）波的传播速度V与波长λ、频率f的关系是：V＝λf＝λ/T 2.电磁波 （1）电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场。 记住：麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在；赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在。（2）特性：①电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，但金属可以屏蔽电磁波；②一切电磁波都具有能量，可以传递信息。 （3）电磁波在真空中传播的速度为3×108m/s，与光速相同，光波属于电磁波。 3.电磁波谱（按波长由小到大或频率由高到低排列）：γ射线、X射线、紫外线、可见光（红橙黄绿蓝靛紫）、红外线﹑微波﹑无线电波（要了解它们各自应用）。 记住：微波技术主要应用在通信方面，如雷达、导航、电视等领域。 4.人类应用电磁波传播信息的历史经历了以下变化： （1）传播的信息形式从文字→声音→图像； （2）传播的信息量由小到大； （3）传播的距离由近到远； （4）传播的速度由慢到快。 三、现代通信---走进信息时代 1.卫星通信 （1）电视广播、移动通信等主要是利用微波传递信号的。 （2）优点：①覆盖面大；②通信距离长；③不受地理环境限制。 缺点：①造价较高；②信号有零点几秒的时间延迟；③保密性差。 （3）应用：电话、电报、电视广播、全球定位、导航。 2.光纤通信 （1）光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的一种通信方式。 （2）优点：①容量极大；②不会受外界电磁场的干扰；③不怕潮湿、耐腐蚀、能量损耗低。 缺点：①架设线路受地理条件限制；②光缆易被拉断。
电磁场和电磁波的应用
本科生学年论文（课程设计）题目：电磁场与电磁波的应用 学院物理科学与技术学院 学科门类理学 专业应用物理 学号2012437019 姓名郭天凯 指导教师闫正 2015年11月18日
电磁场与电磁波的应用 摘要 随着社会的不断进步与发展，科学技术的不断改革创新，电磁场与电磁波已经应用于社会生活的方方面面，受到了越来越多人的高度重视和关注。电子通信产品的随处可见，手机通信，微波通讯以及无线电视等；电磁波极化在雷达信号滤波、检测、增强、抗干扰和目标鉴别/识别等方面的应用；电磁场在金属材料加工、合成与制备中的应用；电磁波随钻遥测技术在钻井中的应用；电磁场的生物效应在电磁治疗方面的应用等都离不开电磁成与电磁波。本文将进一步对电磁场与电磁波在通讯、科技开发、工业生产、生物科学、材料科学等方面的应用展开分析和探讨。 关键词：电磁场；电磁波；极化；电子通信技术；电磁波的应用
目录 1 电磁场与电磁波的概况 (1) 2 电磁场与电磁波在通讯方面的应用 (2) 2.1 在无线电广播中的应用 (2) 2.2 在电视广播中的应用 (2) 2.3 在移动通信中的应用 (2) 2.4 在卫星通信中的应用 (2) 3 电磁波极化的应用 (3) 3.1 利用极化实现最佳发射和接收 (3) 3.2 利用极化技术提高通信容量 (3) 3.3 极化在雷达目标识别、检测和成像中的应用 (3) 3.4 极化在抗干扰中的应用 (4) 4 电磁波随钻遥测技术在钻井中的应用 (5) 4.1 采用数据融合技术，优化产品性能，提高传输深度 (5) 4.2 采用广播芯片技术，提高信息传输能力 (5) 5 在生物医学中的应用 (6) 5.1 电磁场的生物效应及其发展 (6) 5.2 电磁场作用的机理 (6) 6 电磁场在材料科学中的应用 (7) 7 结束语 (7) 参考文献 (8)
【开题报告】电磁波在左手材料中的传输特性
开题报告 应用物理 电磁波在左手材料中的传输特性 一、选题的背景与意义 近几十年来，物理学在先进材料领域的研究发展取得了巨大的不可思议的令人欢庆鼓舞的成就，如果在几十年前你很难想象哈利波特里才有的隐形衣材料在理论上已经发展成熟并且实验室里已经能初步有了实物雏形。这就是在近十年间横空出世掀起研究狂潮的一种具有不可思议性能的人工复合材料，俗称左手材料。 左手材料的研究要追溯到上世纪60年代前苏联科学家的假想。 物理学中，介电常数ε和磁导率μ是描述均匀媒质中电磁场性质的最基本的两个物理量。在已知的物质世界中，对于电介质而言，介电常数ε和磁导率μ都为正值，电场、磁场和波矢三者构成右手关系,这样的物质被称为右手材料(right-handed materials,RHM)。这种右手规则一直以来被认为是物质世界的常规，但这一常规却在上世纪60年代开始遭遇颠覆性的挑战。1967年，前苏联物理学家Veselago在前苏联一个学术刊物上发表了一篇论文，首次报道了他在理论研究中对物质电磁学性质的新发现，即：当ε和μ都为负值时，电场、磁场和波矢之间构成左手关系。他称这种假想的物质为左手材料(left-handed materials,LHM)，同时指出，电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反，比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。 然而左手材料的研究发展并不一帆风顺。在这一具有颠覆性的概念被提出后的三十年里，尽管它有很多新奇的性质，但由于只是停留在理论上，而在自然界中并未发现实际的左手材料，所以，这一怪诞的假设并没有立刻被人接受，而是处于几乎无人理睬的境地，直到时光将近本世纪时才开始出现转机。直至 1998~1999年英国科学家Pendry等人提出了一种巧妙的设计结构可以实现负的介电系数与负的磁导率，从此以后，人们开始对这种材料投入了越来越多的兴趣。2001年的突破，使左手材料的研究在世界上渐渐呈现旋风之势。 2001年，美国加州大学San Diego分校的David Smith等物理学家根据Pendry等人的建议，利用以铜为主的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、负磁导率的物质，他们使一束微波射入铜环和铜线构成的人工介质，微波
无线电波的传播特性
无线电波的传播特性 1、无线电波的传播特性及信号分析 甚低频VLF 3-30KHz 超长波1KKm-100Km 空间波为主海岸潜艇通信;远距离通信;超远距离导航低频LF 30-300KHz 长波10Km-1Km 地波为主越洋通信;中距离通信;地下岩层通信;远距离导航中频MF 0.3-3MHz 中波1Km-100m 地波与天波船用通信;业余无线电通信;移动通信;中距离导航高频HF 3-30MHz 短波100m-10m 天波与地波远距离短波通信;国际定点通信 甚高频VHF 30-300MHz 米波10m-1m 空间波电离层散射（30-60MHz）;流星余迹通信;人造电离层通信（30-144MHz）;对空间飞行体通信;移动通信 超高频UHF 0.3-3GHz 分米波1m-0.1m 空间波小容量微波中继通信;（352-420MHz）;对流层散射通信（700-10000MHz）;中容量微波通信（1700-2400MHz） 特高频SHF 3-30GHz 厘米波10cm-1cm 空间波大容量微波中继通信（3600-4200MHz）;大容量微波中继通信（5850-8500MHz）;数字通信;卫星通信;国际海事卫星通信（1500-1600MHz） ELF 极低频3~30Hz SLF 超低频30~300Hz ULF 特低频 300~3000Hz VLF 甚低频3~30kHz LF 低频30~300kHz 中波，长波 MF 中频300~3000kHz 100m~1000m 中波 AM广播 HF 高频 3~30MHz 10~100m 短波短波广播 VHF 甚高频 30~300MHz 1~10m 米波FM广播 UHF 特高频 300~3000MHz 0.1~1m 分米波 SHF 超高频3~30GHz 1cm~10cm 厘米波 EHF 极高频30~300GHz 1mm~1cm 毫米波 无线电波按传播途径可分为以下四种：天波—由空间电离层反射而传播；地波—沿地球表面传播；直射波—由发射台到接收台直线传播；地面反射波—经地面反射而传播。无线电波离开天线后，既在媒介质中传播，也沿各种媒介质的交界面（如地面）传播，具有一定的规律性，但对它产生影响的因素却很多。 无线电波在传播中的主要特性如下： （1）直线传播均匀媒介质（如空气）中，电波沿直线传播。 （2）反射与折射电波由一种媒介质传导另一种媒介质时，在两种介质的分界面上，传播方向要发生变化。由第一种介质射向第二中介质，在分界面上出现两种现象。一种是射线返回第一种介质，叫做反射； 另一种现象是射线进入第二种介质，但方向发生了偏折，叫做折射。一般情况下反射和折射是同时发生的。 入射角等于反射角，但不一定等于折射角。反射和折射给测向准确性带来很大的不良影响；反射严重是，测向设备误指反射体，给干扰查找造成极大困难。 （3）绕射电波在传播途中，有力图绕过难以穿透的障碍物的能力。绕射能力的强弱与电波的频率有关，又和障碍物大小有关。频率越低的电波，绕射能力越弱；障碍物越大，绕射越困难。工作于80米（375MHZ）波段的电波，绕射能力是较强的，除陡峭高山（相对高度在200米以上）外，一般丘陵均可逾越。2米波段的电波绕射能力就很差了，一座楼房，或一个小山丘，都可能使信号难以绕过去。 （4）干涉直射波与地面反射波或其它物体的反射波在某处相遇时，测向收到的信号为两个电波合成后的信号，其信号强度有可能增强（两个信号跌叠加）也可能减弱（两个信号相互抵消）。这种现象称为波的干涉。产生干涉的结果，使得测向机在某些接收点收到的信号强，而某些接收点收到的信号弱，甚至收不到信号，给判断干扰信号距离造成错觉。天线发射到空间的电波的能量是一定的，随着传播距离的增大，不仅在传播途中能量要损耗，而且能量的分布也越来越广，单位面积上获得的能量越来越小。反之，
电磁波传播
电磁波传播特性实验报告 Part1 电磁波参量的测量 一、实验目的 1、了解电磁波综合测试仪的结构，掌握其工作原理 2、利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，确定电磁波的相位常数K 和波速v。 二、实验原理 1、自由空间电磁波参量的测量 当两束等幅，同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内沿相同或相反方向传播时，由于相位不同发生干涉现象，在传播路径上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间中电磁波波长λ值，再由 得到电磁波的主要参数K和v等。 电磁波参量测试原理如图1-1所示，和分别表示发射和接收喇叭天线，A和B分别表示固定和可移动的金属反射板，C表示半透射板（有机玻璃板）。由TP发射平面电磁波，在平面波前进的方向上放置成°角的半透射板，由于该板的作用，将入射波分成两束波，一束向A板方向传播，另一束向B板方向传播。由于A和B为金属全反射板，两列波就再次返回到半透射板并达到接收喇叭天线处。于是收到两束同频率，振动方向一致的两个波。如果这两个波的相位差为π的偶数倍，则干涉加强；如果相位差为π的奇数倍，则干涉减弱。 移动反射板B，当的表头指示从一次极小变到又一次极小时，则反射板B 就移动了λ/2的距离，由这个距离就可以求得平面波的波长。 设入射波为垂直极化波
当入射波以入射角向介质板C斜入射时，在分界面上产生反射波和折射波。设C板的反射系数为R，为由空气进入介质板的折射系数，为由介质板进入空气的折射系数。固定板A和可移动板B都是金属板，反射系数均为1?。在一次近似的条件下，接收喇叭天线处的相干波分别为 这里 其中，为B板移动距离，而与传播的路程差为2ΔL。 由于与的相位差为，因此，当2ΔL满足 和同相相加，接收指示为最大。 当2ΔL时满足 和反相抵消，接收指示为零。这里，n表示相干波合成驻波场的波节点数。
11.5 电磁波传播特性
实验11.5 电磁波传播特性 Part 1 电磁波参量的测量 一、实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射。 2. 利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，确定电磁波的相位常数K 和波速v 。 二、实验仪器 （1）三厘米固态信号发生器1台； （2）电磁波综合测试仪1套； （3）反射板（金属板）2块； （4）半透射板（玻璃板）1块。 三、实验原理和方法 1. 自由空间电磁波参量的测量 当两束等幅，同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内沿相同或相反方向传播时，由于相位不同发生干涉现象，在传播路程上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间中电磁波波长λ值，再由 2K v f K πλλω=?? ==? 得到电磁波的主要参数K 和v 等。 电磁波参量测试原理如图1所示，P T 和P R 分别表示发射和接收喇叭天线，A 和B 分别表示固定和可移动的金属反射板，C 表示半透射板（有机玻璃板）。由P T 发射平面电磁波，在平面波前进的方向上放置成45°角的半透射板，由于该板的作用，将入射波分成两束波，一束向A 板方向传播，另一束向B 板方向传播。由于A 和B 为金属全反射板，两列波就再次返回到半透射板并达到接收喇叭天线P R 处。于是P R 收到两束同频率，振动方向一致的两个波。如果这两个波的相位差为π的偶数倍，则干涉加强；如果相位差为π的奇数倍，则干涉减弱。
移动反射板B ，当P R 的表头指示从一次极小变到又一次极小时，则反射板B 就移动了λ/2的距离，由这个距离就可以求得平面波的波长。 设入射波为垂直极化波 0j i E E e φ-= 当入射波以入射角θ1向介质板C 斜入射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波t E 。设C 板的反射系数为R ，T 0为由空气进入介质板的折射系数，T c 为由介质板进入空气的折射系数。固定板A 和可移动板B 都是金属板，反射系数均为-1。在一次近似的条件下，接收喇叭天线P R 处的相干波分别为 12100200j r c j r c E RT T E e E RT T E e φφ--=-=- 这里 ()()()1131 223132 K l l KL K l l K l l L KL φφ=+==+=++?= 其中，ΔL =|L 2-L 1|为B 板移动距离，而1r E 与2r E 传播的路程差为2ΔL 。 由于1r E 与2r E 的相位差为21=2K L φφφ?-=?，因此，当2ΔL 满足 ()20,1,2, L n n λ?== 1r E 与2r E 同相相加，接收指示为最大。 当2ΔL 时满足 图1 电磁波参量测试原理图
电磁波和现代通信
电磁波与现代通信 主讲：李超 知识强化 一、知识概述 现在，我们哪一天都离不开信息，当然也离不开信息技术，例如你正享受着网络带给千里之外的信息。本周学习信息与信息传播的原理和应用。 二、重难点知识归纳及讲解 （一）信息与信息传播： 1. 信息是各种事物发出的有意义的消息。消息中包含的内容越多，信息量越大。 2. 人类特有的信息有三种：语言、符号和图像。 3. 在人类历史上，信息和信息传播活动经历了五次巨大的变革，它们是：①语言的诞生；②文字的诞生；③印刷术的诞生；④电磁波的应用；⑤计算机技术的应用。 4. 早期的信息传播工具有很多，比如：①万里长城上的烽火台；②古代传递官文的驿马；③莫尔斯发明的电报机；④贝尔制作的早期电话。 5.莫尔斯电码与密码： （二）电磁波及其传播： 1. 波的基本特征：所有的波都是在传播周期性变化的运动形态。这里的运动形态又可分为：凹凸相间和疏密相间两种。 2. 振幅：我们把波源偏离平衡位置的最大距离叫做振幅，用字母A表示，单位是M （m），它反映了波源振动的强弱。 周期：波源振动一次所需要的时间叫做周期，用字母T表示，单位是秒（s）； 频率：波源每秒内振动的次数叫做频率，用字母f表示，单位是赫兹（Hz）。频率与周期反映了振动的快慢。它们的关系是：T＝。 波长：波在一个周期内传播的距离叫做波长，用λ表示，单位是M（m）。 波速：波的传播速度，用字母v表示，单位是M/秒（m/s）。
3. 波长、波速、频率、周期的关系是： v＝＝λf。 4. 电磁波： （1）电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场。 （2）电磁波在真空中的传播速度（即光速），c＝3×108m/s。 （3）电磁波谱： 从电磁波谱图可知，电磁波包括了：无线电波、微波、光（包括红外线、可见光和紫外线）、X射线和γ射线等。其中无线电波的波段表见下：
各波段电波传播方式和特点
一．电磁场基本性质： 1．电场和磁场： 静止电荷产生的场表现为对于带电体有力的作用，这种场称为电场。不随时间变化的电场称为静电场。运动电荷或电流产生的场表现为对于磁铁和载流导体有力的作用，这种物质称为磁场。不随时间变化的磁场称为恒定磁场。 2. 电磁波及麦克斯韦方程： 如果电荷及电流均随时间改变，它们产生的电场及磁场也是随时变化的，时变的电场与时变的磁场可以相互转化，两者不可分割，它们构成统一的时变电磁场。时变电场与时变磁场之间的相互转化作用，在空间形成了电磁波。静电场与恒定磁场相互无关、彼此独立，可以分别进行研究。 0c D B B E t D H J t ρ?=???=??????=-??????=+??? c D E B H J E εμσ=??=??=? 3. 物质属性 电磁场与电磁波虽然不能亲眼所见，但是客观存在的一种物质，因为它具有物质的 两种重要属性：能量和质量。但电磁场与电磁波的质量极其微小，因此，通常仅研究电磁场与电磁波的能量特性。电磁场与电磁波既
然是一种物质，它的存在和传播无需依赖于任何媒质。在没有物质存在的真空环境中，电磁场与电磁波的存在和传播会感到更加“自由”。因此对于电磁场与电磁波来说，真空环境通常被称为“自由空间”。 当空间存在媒质时，在电磁场的作用下媒质中会发生极化与磁化现象，结果在媒质中又产生二次电场及磁场，从而改变了媒质中原先的场分布，这就是场与媒质的相互作用现象。 4. 历史的回顾与电磁场与波的应用 公元前600年希腊人发现了摩擦后的琥珀能够吸引微小物体；公元前300年我国发现了磁石吸铁的现象；后来人们发现了地球磁场的存在。1785年法国科学家库仑（1736－1806）通过实验创建了著名的库仑定律。1820年丹麦人奥斯特（1777－1851）发现了电流产生的磁场。同年法国科学家安培（1775－1836）计算了两个电流之间的作用力。1831年英国科学家法拉第（1791－1867）发现电磁感应现象，创建了电磁感应定律，说明时变磁场可以产生时变电场。1873年英国科学家麦克斯韦（1831－1879）提出了位移电流的假设，认为时变电场可以产生时变磁场，并以严格数学方程描述了电磁场与波应该遵循的统一规律，这就是著名的麦克斯韦方程。该方程说明了时变电场可以产生时变磁场，同时又表明时变磁场可以产生时变电场，因此麦克斯韦预言电磁波的存在，后来在1887年被德国物理学家赫兹（1857－1894）的实验证实。在这个基础上俄国的波波夫及意大利的马可尼于19世纪末先后发明了用电磁波作为媒体传输信息的技术。 静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于静电场对于带电粒子具有力的作用。电磁铁、磁悬浮轴承以及磁悬浮列车等，都是利用磁场力的作用。当今的无线通信、广播、雷达、遥控遥测、微波遥感、无线因
电磁波的传播
实验二电磁波的传播 实验目的： 1、掌握时变电磁场电磁波的传播特性； 2、熟悉入射波、反射波和合成波在不同时刻的波形特点； 3、理解电磁波的极化概念，熟悉三种极化形式的空间特点。 实验原理： 平面电磁波的极化是指电磁波传播时，空间某点电场强度矢量E随时间变化的规律。若E的末端总在一条直线上周期性变化，称为线极化波；若E末端的轨迹是圆（或椭圆），称为圆（或椭圆）极化波。若圆运动轨迹与波的传播方向符合右手（或左手）螺旋规则时，则称为右旋（或左旋）圆极化波。线极化波、圆极化波和椭圆极化波都可由两个同频率的正交线极化波组合而成。 实验步骤： 1、电磁波的传播 （1）建立电磁波传播的数学模型 （2）利用matlab软件进行仿真 （3）观察并分析仿真图中电磁波随时间的传播规律 2、入射波、反射波和合成波 （1）建立入射波、反射波和合成波的数学模型 （2）利用matlab软件进行仿真 （3）观察并分析仿真图中三种波形在不同时刻的特点和关系 3、电磁波的极化 （1）建立线极化、圆极化和椭圆极化的数学模型 （2）利用matlab软件进行仿真 （3）观察并分析仿真图中三种极化形式的空间特性 实验报告要求： （1）抓仿真程序结果图 （2）理论分析与讨论
1、电磁波的传播 clear all w=6*pi*10^9; z=0::; c=3*10^8; k=w/c; n=5; rand('state',3) for t=0:pi/(w*4):(n*pi/(w*4)) d=t/(pi/(w*4)); x=cos(w*t-k*z); plot(z,x,'color',[rand,rand,rand]) hold on end title(‘电磁波在不同时刻的波形’) 由图形可得出该图形为无耗煤质中传播的均匀电磁波，它具有以下特点：（1）在无耗煤质中电磁波传播的速度仅取决于煤质参数本身，而与其他因素无关。 （2）均匀平面电磁波在无耗煤质中以恒定的速度无衰减的传播，在自由空间中其行进速度等于光速。 2、入射波、反射波、合成波 （1）axis equal; n=0;%改变n值得到不同时刻的电磁波状态z=0:*pi:10*pi; t=n*pi; B=cos(z-t/4); FB=cos(z+t/4); h=B+FB; plot(z,B,'r',z,FB,'b',z,h,'d'); legend('入射波','反射波','合成波'); axis([0 10 ]); （2）axis equal; n=1/4；;%改变n值得到不同时刻的电磁波状态 z=0:*pi:10*pi; t=n*pi; B=cos(z-t/4); FB=cos(z+t/4); h=B+FB; plot(z,B,'r',z,FB,'b',z,h,'d'); legend('入射波','反射波','合成波'); 电磁波在不同时刻的波形
九年级物理概念汇总：电磁波与现代通信
九年级物理概念汇总：电磁波与现代通信 第十七章《电磁波与现代通信》 ．信息和信息传播活动经历了五次强大的变革：语言的诞生、文字的诞生、印刷术诞生、电磁波的应用、计算机的应用。 2．人类特有的信息是语言、符号、图像 ３．第一个发明电报机的是美国的发明家莫尔斯，同时也发明了利用“点”、“划”和“空白”的例外组合构成的电码——莫尔斯电码，揭开了人类通信史的新纪元。 ４．频率表示波源每秒内振动的次数，通常用字母f表示。国际单位制中，频率的单位是赫兹，符号是Hz。 2.电磁波是在空间传播的周期性变化的电磁场。 ５．1864年，英国青年物理学家麦克斯韦在研究了当时所发现的电磁现象的基础上，建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在；1888年，德国青年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在。 ６．电磁波在真空中传播的速度为3×108m/s；根据麦克斯韦建立的电磁场理论，光波是（填“是”或“不是”）电磁波。 ７．导体中有迅速变化的电流时，在周围空间会有电磁波向外传播，无线电通信就是利用电磁波传输信号的。８．电磁波是向空间各个方向传播的 ９．电磁波不仅在空气中可以传播，甚至还可以在真空中传播；金属对电磁波具有屏蔽作用，如果把手机放入密闭金属的饼干盒中，拔此手机的号码，它不能收到信号（选填“能”或“不能”） 0．现代的通信可以分为卫星通信、光纤通信、互联网等。
1．利用卫星通信，可以使人们的通信更加的方便。地球同步通信卫星在赤道平面上距地球表面高为3.6×107m的轨道上。大凡只要有3颗互成120°度角的同步卫星，就可以覆盖几乎整个地球。卫星通信还有一个严重的实际应用是全球卫星定位系统。 2．电磁波的传播速度跟光速 相同，在真空中传播速度是 3×108m/s ，例外频率的电磁波的传播速度相同 。 3．波长与波速、频率的关系：波速= 波长×频率 。
无线电波的传播特性
无线电波的传播特性 传播特性（一） 移动通信的一个重要基础是无线电波的传播，无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.为了更好地说明移动通信的问题，我们先介绍一下电波的各种传播方式： 1．表面波传播 表面波传播是指电波沿着地球表面传播情况.这时电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响着电波的传播. 当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时，由于地表面是半导体，因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收.另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射. 从物理课程中我们已经知道，只有当波长与障碍物高度可以比较的时候，才能有绕射功能.由此可知，在实际情况中只有长波，中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方.在短波的部分波段和超短波，微波波段，由于障碍高度比波长大，因而电波在地面上不绕射，而是按直线传播. 2．天波传播 短波能传至地球上较远的地方，这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释.直到1925年，利用在地面上垂直向上发射一个脉冲，并收到其反射回波，才直接证明了高层大气中存在电离层.籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方.我们把经过电离层反射到地面的电波叫天波. 电离层是指分布在地球周围的大气层中，60km以上的电离区域.在这个区域中，存在有大量的自由电子与正离子，还可能有大量的负离子，以及未被电离的中性离子.发现电离层后，尤其近三四十年来，随着火箭与卫星技术的发展，利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究.当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分，其研究的空间范围和频段也日益宽广. 在电离层中，当被调制的无线电波信号在电离层内传播时，组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度.所以波形会发生失真.这就是电离层的色散性.同时，由于自由电子受电波电场作用而发生运动，所以当电波经过电离层，其能量会被吸收一部分.而且，从电离层吸收电波的规律看，若使用电波的工作频率太低，则电离层对电波的吸收作用很强.所以天波传播中有一个最低可用频率，低于这个频率，就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作. 传播特性（二） 1．空间波传播 当发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线.所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响. 空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率的影响.收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度.一般地说，视线距离可以达到50km左右. 空间波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对流层的影响. 移动通信中，电波主要以空间波的形式传播.类似的还有微波传播.
电磁波及其传播 (教案)
《电磁波及其传播》教学设计 吴江经济技术开发区实验初级中学张玉妹 一、教材分析 （一）教材分析 《电磁波及其传播》是苏科版九年级下册，第17章第二节内容，是本章的重点，也是难点。本节由“波的基本特征”“了解电磁波”和“电磁波谱”三部分内容组成，其中“了解电磁波”又由“活动17.2 验证电磁波的存在”和“活动17.3探究电磁波的传播特性”组成。内容相对比较抽象，所以在每部分内容呈现的时候，都采取学生体验的方式，让学生在体验中感知，在感知中探究从而获得新知。 本节课在教学顺序安排上做了较大幅度的调整，开始用对讲机引入课题，然后直接让学生感受电磁波的存在和电磁波可以在空气中传播，从而过渡到电磁波的传播特性的教学，最后从问题“电磁波究竟是什么”进入波的基本特征和电磁波谱的教学。物理新课程理念要求“从生活走向物理，从物理走向社会”，在课堂的最后环节设计了“高压线会产生电磁污染，是真的吗？”这个教学环节，让学生带着问题走出课堂。 （二）学情分析 虽然电磁波在我们的生活中有广泛的应用，但毕竟它看不见、摸不着，非常 的抽象，所以学生还是很难理解的。本节课通过学生直观的体验，让学生根据已有的知识经验去设计实验并自己去验证，充分发挥学生的主观能动性，使学生轻松、愉快的掌握知识，形成技能并锻炼能力。 本节课的难点在于如何理解“波的基本特征”，所以需要在教师实验演示、动画、视频等多种手段的辅助引导下，让学生理解波能传播周期性变化的运动状态，从而了解几个物理量的意义。 二、教学目标 （一）知识与技能 (1)认识波的基本特征，知道波能够传播周期性变化的运动形态。 (2)了解振动的振幅、周期与频率，波长与波速的物理意义，知道它们是描述波的性质的物理量。 (3)了解电磁波的意义，体验电磁波的存在。了解电磁波可以在真空中传播的特
导行电磁波的传输特性1
引 言：电磁波可以分为自由空间的传播波和有界区域中的被导波或简称导波。 自由空间波是指在无界空间传播的电磁波。导波是在含有不同媒质边界的空间中传播的电磁波。而构成这种边界的装置称为导波系统。它的作用是束缚并引导电磁波传播。波导是工程上常用的传输电磁波的设备，通过研究导行电磁波的传输特性，有利于提高对波导传输特性的认识，促进理论联系实际，提高处理电磁波传输实际问题的能力；本文通过查阅文献，进行图象模拟与数值计算，综述电磁波在不同波导（矩形波导、圆柱形波导、同轴波导）中的传播特性，进而了解常用的传输电磁波的方式，掌握导行电磁波的传输特性；因此研究导行电磁波传输特性具有十分重要的意义。 一、矩形波导 矩形波导是截面形状为矩形的金属波导管，如图，a ，b 分别表示波导管内壁宽边和窄边尺寸，管壁材料通常用铜制成，矩形波导是微波系统中最常用的传输线之一。 矩 形 波 导 1.1矩形波导中波的传输特性 1、截至波长 截至波长是表征波导中传输模式的一个重要参数，在矩形波导中，TM 波和TE 波的截至波长具有相同的形式。根据截至波数的定义式 2 2? ? ? ??+??? ??=b n a m k c ππ， 1.1.1 又由于T c c k k ππλ22== ，所以TM 波和TE 波的截至波长可以表示为：
2 2 2 2 22?? ? ??+??? ??= ?? ? ??+??? ??= b n a m b n a m c πππλ 1.1.2 由此可见，矩形波导中TM 波和TE 波的截至波长不仅与模有关，而且 与波导尺寸有关。 2、截至频率 波导的截至特性除了可以利用截至波长来描述，也可以用截至频率来描述。定义矩形波导中TM 波和TE 波的截至频率为 2 2212?? ? ??+??? ??= = b n a m k f c c μεμε π，1.1.3 很明显，截至频率不仅与模式及波导尺寸有关，还与波导中所填充介质的电磁参数有关。 3、简并现象 根据导行波在波导中的传输条件可以知道，当电磁波的波长或频率满足一定的条件时，波导才可以在其中传播。因此，不同的模式具有不同的传输条件。根据 2 2 2 2 22?? ? ??+??? ??= ?? ? ??+??? ??= b n a m b n a m c πππλ 可以知道，当m 和n 不为零时，TMmn 模和TEmn 模具有相同的截至波长和截至频率，这种具有相同截至波长但模式不同的现象称为简并现象。在矩形波导中因为分别与TEm0模和TE0n 模相对应的TMm0模和TM0n 模并不存在，所以，TEm0模和TE0n 模是非简并模式，而其余的TMmn 模和TEmn 模都存在简并模式。由于简并模式具有相同的传播常数，所以当波导中出现不均用性或金属壁的电阻率较大时，相互之间易发生能量交换，从而造成能量损耗和相互干扰。因此，一般情况下需要避免简并模式出现，但是某些情况下简并模式也可以得到利用。 ４、主模和高次模 由式2 2 2 2 22?? ? ??+??? ??= ?? ? ??+??? ??= b n a m b n a m c πππλ可以知道，当矩形波形 的a 和b 一定时，m 和n 的值越大，截至波长越短。当a>b 时,在矩形波导中可
第六讲 工程介质中电磁波的传播理论
第六讲工程介质中电磁波的传播理论电磁波是交变电场与磁场相互激发在空间传播的波动。工程介质中电磁波的传播依然满足麦克斯韦方程。为清除地理解雷达检测理论基础，需要对介质中的电磁场、电磁波的传播、波速、衰减、反射与折射的理论有一个基本的了解。 6.1电磁场与电磁波传播方程 岩土、混凝土、钢筋、铁板等为常见的工程介质，前两者电导较小，后两者为良导体。在这些介质中电磁波传播的麦克斯韦方程为：▽×E=-μH t’ ▽×H=εE t’+σE ▽·E=0 ▽·H=0 通常介质的介电常数ε、磁导率μ都是电磁波频率的函数。式中E为电场强度矢量，H为磁场强度矢量，σ为介质的电导率。不失一般性，满足上述麦克斯韦方程的、沿X方向传播的频率为ω的平面电磁波，其电场强度与磁场强度的表达式为： E(x,t)=E o e-αx+i(βx-ωt) H(x,t)=H o e-αx+i(βx-ωt) 6.2电场、磁场与波矢量关系 电磁波是横波，电场强度E、磁场强度H和波矢量K三者互相垂直，组成右手螺旋关系。右手螺旋关系含义如下，四个手指并拢伸直指向电场方向，然后四指回握90° 指向磁场方向，大拇平伸则指向波的传播方向K。电磁波的电厂、磁场、与波矢量的关系如下土所示。在波的传播过程中其空间方向是固定不变的，即使是发生了反射与折射，也只是传播方向K发生变化，电场与磁场的方向依然不变。在空气中电场与磁场是同向位的，两者同时达到极大和极小值，电场强度与磁场强度的比值刚好等于电磁波速。在工程介质中因为有传导电流能量损失，电场与磁场的相位再不同步，磁场落后与电场一个相位，电导率越高，落后的相位越大。 6.3 介质中的电磁波速与能量衰减特性
电磁波及其传播教案设计
《电磁波及其传播》教学设计 一、教材分析 （一）教材分析 《电磁波及其传播》是苏科版九年级下册，第17章第二节内容，是本章的重点，也是难点。本节由“波的基本特征”“了解电磁波”和“电磁波谱”三部分内容组成，其中“了解电磁波”又由“活动17.2 验证电磁波的存在”和“活动17.3探究电磁波的传播特性”组成。内容相对比较抽象，所以在每部分内容呈现的时候，都采取学生体验的方式，让学生在体验中感知，在感知中探究从而获得新知。 本节课在教学顺序安排上做了较大幅度的调整，开始用对讲机引入课题，然后直接让学生感受电磁波的存在和电磁波可以在空气中传播，从而过渡到电磁波的传播特性的教学，最后从问题“电磁波究竟是什么”进入波的基本特征和电磁波谱的教学。物理新课程理念要求“从生活走向物理，从物理走向社会”，在课堂的最后环节设计了“高压线会产生电磁污染，是真的吗？”这个教学环节，让学生带着问题走出课堂。 （二）学情分析 虽然电磁波在我们的生活中有广泛的应用，但毕竟它看不见、摸不着，非常的抽象，所以学生还是很难理解的。本节课通过学生直观的体验，让学生根据已有的知识经验去设计实验并自己去验证，充分发挥学生的主观能动性，使学生轻松、愉快的掌握知识，形成技能并锻炼能力。 本节课的难点在于如何理解“波的基本特征”，所以需要在教师实验演示、动画、视频等多种手段的辅助引导下，让学生理解波能传播周期性变化的运动状态，从而了解几个物理量的意义。 二、教学目标 （一）知识与技能 (1)认识波的基本特征，知道波能够传播周期性变化的运动形态。 (2)了解振动的振幅、周期与频率，波长与波速的物理意义，知道它们是描述波的性质的物理量。 (3)了解电磁波的意义，体验电磁波的存在。了解电磁波可以在真空中传播的特性，知道电磁波在真空中传播的速度。了解电磁屏蔽。 (4)知道电磁波谱，了解电磁波的应用及其对人类生活和社会生活发展的影响。
海水中电磁波传播特性的研究
海水中电磁波传播特性的研究 摘要：利用电磁场传播所满足的Maxwell 方程组，计算和分析出电磁波在导电媒质中传播时的特征；并以海水为例，得出一些有意义的结论，为海水中通信、信号探测、引信研究等方面工作提供理论依据。 关键词：导电媒质；电磁波；传播 一 .前言 对海水中一般性的电磁问题已进行过初步的讨论分析，尽管只有低频电磁波在海水中能传播可观的距离，但电磁波在其中传播时所呈现出来的性质和在普通绝缘媒质中有很大的区别。正是这些特异性质引起了广泛的关注，并且已开始在众多应用中得到体现。以电磁场传播所满足的Maxwell 方程组为出发点，计算和分析了电磁波在导 电媒质中传播 时的一些特征，并以海水这种导电媒质为例，分析了电磁波在其中传播时的特征，得到一些有意义的结论。 二. 主体 1 电磁波传播时导电媒质中电荷的分布特征 对于均匀的导电媒质，根据以下方程： 电流连续方程 91610()N σ ε -≈?Ω 欧姆定律的微分形式 j E σ= 介质中的高斯定理 E ρε ?= 其中：j 为电流密度矢量；ρ为电荷分布体密度；ε为介质的电容率。可得出导电媒质中的电荷分布体密度满足微分方程： t ρρ σε?=-? 从而解得任意时刻的电荷体密度为： 0() 0()t t t e σε ρρ--= 可见：电磁波经过时，导电媒质中的电荷分布的体密度随时间呈指数衰减,若 初始时电荷体密度为0，则以后保持为0，与有无电磁波在其中传播无关。由各种导电媒质的σ、ε可以计算ρ的衰减快慢。例如海水，取14.4()m σ-=Ω ，
90.710/N m ε-=?，可以计算 91610()N σ ε -≈?Ω ，可见其衰减是很快的，也就是说，在均匀导电媒质中不可能有净的自由电荷出现。衰减的电荷实际上是在定向运动，必将在导电媒质表面和非均匀处重新出现。 2 电磁波在导电媒质中的传播特征 电磁波在导电媒质中传播时，振幅不断衰减，电场和磁场强度矢量不再同相，存在色散现象；同时磁场强度比电场强度大得多，电磁波能量中以磁场能量为主，且传播时存在返流现象，这是电磁波在导电媒质中传播时出现的特殊性质。 由麦克斯韦方程组，可得H 、E 和均匀非损耗媒质中的一样，仍然满足亥姆霍兹方程: 22()()0E H k E H ?+= 其中：22k i μωεμωσ=-。 (1)方程的解仍然可为平面单色波形式0exp(())E E i k r t ω=- ，0exp(())H H i k r t ω=- ，但波矢量为一复数矢量。为简单起见，可设波矢量沿某 单一方向，此时其实部与虚部均为单一方向的矢量，波矢量可表示为： 11 22001111()22k i k i k αβ?????? =+=+?????????? ???? 其中：0 k 为波传播方向的单位方向矢量；1 2 112α?=??? ； 1 2 112β?=??? 。 将它们代入平面波表达式中，可见此时的平面波为阻尼横波 000exp()exp(())E k r i k r w t βα-- ，其振幅有衰减，这是因为自由电子在入射电 场的驱动下形成电流，部分电磁场的能量转变成焦耳热． (2)此时电磁波的等相面的速度可由0k r t const αω-= ，两边求导得到： v ρω α = ，可见即使媒质的电磁性质σ、ε、μ和频率无关，色散现象仍然存在。 (3)将E 、H 的表达式代入麦克斯韦方程组中，即可以得到两者的关系式为：
九年级物理全册第21章+信息的传递+第2节+电磁波的海洋教案+新人教版
《电磁波的海洋》 课题§21～2 电磁波的海洋 设计思想 本节内容主要是通过学生观察实验和生活实例展现，让学生经历了“观察—思考—结论”的过程。由于物理与生活、社会有着极为紧密和广泛的联系，在课堂上不可能将庞大数量的信息在有限的时间内塞给学生。因此必须改变“只有讲过才算教过”的观念，应该让学生通过阅读教科书和补充材料来收集各种形式的信息，同时开展调查研究和讨论展示进行学习。本节课对学生知识层面的要求不是很高，但本节课可以很好的体现学生自主学习和相互合作的精神。 学情分析 我们生活在电磁波的海洋里，收音机、电视机、移动电话等等都是靠电磁波来传递信息的。但电磁波是什么？学生往往感到迷惑，它是怎样产生的？这是本章的重点内容。这一节所讲的知识大部分是生活中的客观存在，但学生又无法用视觉、触觉去认识，因此教学中从学生身边的事物讲起，通过对图片的分析、实验演示，让学生体会到了物理知识确实与我们的生活息息相关，充分展示了物理学科的实用性、趣味性、实验性和科学性等特点，进而激发学生学习的兴趣，引起学生的思考。 教材分析 本节为初中物理九年级第二十一章第二节的内容，这一部分内容从学生身边的事物讲起，让学生体会到了物理学确实与我们的生活息息相关，充分展示了物理的实用性、趣味性、实验性和科学性，进而激发了学生的求知欲，引起学生的思考。当今时代信息技术飞速发展，信息技术渗透在人们生活中的各个领域。虽然学生对信息传递的工具较为熟悉，但对信息传递的技术却知之甚少，通过学习让学生对电磁波有初步了解，为学生学习无线电知识做好铺垫，体现出“从生活到物理、从物理到生活”的思想。相比之下，在概念的引入上比较直截了当，教材更注重物理知识的探究过程和学生获得知识的过程。 教学知识与1．了解电磁波的产生和传播；