最新电磁波在波导中传播
电磁波在波导中的传播
令 u( x, y) X ( x)Y ( y)
代入上式可求得
X Y k z2 k 2 X Y
要使上式成立，必须要求左边每一项等于常数， 即 X 2 k x X Y 2 k y Y 而且要求：
k k k k
2 x 2 y 2 z
2
从而有：
d2X 2 k xX 0 2 dx
即
n ky b
当 x = 0时， Ey= 0，即
b)
E y B(C sin k y y D cos k y y)ei ( k z z t ) 0
有 B 0 ，故
i ( k z z t ) E y ( A sin k x x)(C sin k y y D cos k y y )e i ( k z z t ) ( A1 sin k y y B1 cos k y y ) sin k x xe
即
H ( x t ) H 0 ( x y)ei ( k z z t )
根据 E iH
，有
1 i ( k z z t ) 2 2 H B k k B ( k k ) sin k x cos k ye 1 x y 1 y z x y x k z 1 i ( k z z t ) 2 2 H B ( k k ) B k k ) cos k x sin k ye y 1 x z 1 x y x y k z i i ( k z z t ) H B k B k cos k x cos k ye z 1 y 1 x x y
将此式代入亥姆霍兹方程，得到： 2 2 E0 E0 2 2 (k k z ) E0 0 2 2 x y 设u ( x , y )为电磁场的任一直角分量，它满足上式
电磁波在波导中传播与模式分析
电磁波在波导中传播与模式分析引言：电磁波作为一种重要的能量传输和信息传播的方式，在现代社会中得到了广泛的应用。
而波导作为一种特殊的传输介质，对电磁波的传播和模式产生了重要的影响。
本文将探讨电磁波在波导中的传播特性以及模式分析的相关内容。
一、电磁波的基本概念电磁波是由电场和磁场相互耦合而成的一种能量传播形式。
其传播速度等于真空中的光速，具有波长和频率的特性。
在真空中，电磁波的传播方向垂直于电场和磁场的方向，并且传播速度是固定的。
二、波导的基本原理波导是一种具有特殊结构的导波结构，常见的有矩形波导和圆柱波导等。
其基本原理是利用界面反射和全反射来限制电磁波的传播范围。
波导的内部具有一定的几何形状和尺寸，可以通过调整波导的大小和形状来控制电磁波的传播特性。
三、电磁波在波导中的传播在波导中，电磁波的传播方式与真空中存在一定的差异。
由于波导的存在，电磁波的传播会受到波导的限制和约束。
一方面，波导的存在会导致部分能量被反射回波导内部，从而形成多次反射和干涉现象；另一方面，波导与外界的相互作用会导致波导模式的产生。
四、波导模式分析波导模式是指波导中存在的一种特定的电磁波传播模式。
波导模式与波导的尺寸、频率、工作状态等因素密切相关。
其中，矩形波导的模式可以通过解Maxwell 方程组得到；圆柱波导的模式可以通过解贝尔曲线方程来求解。
在进行波导模式分析时，通常会采用模场展开法、有限差分法以及有限元法等数值计算方法。
这些方法可以有效地求解波导中特定频率下的模场分布和传播特性。
通过模式分析，可以引导波导的设计和优化，提高电磁波传输的效率和稳定性。
五、应用和进展波导作为一种特殊的传输介质，被广泛应用于微波通信、雷达技术、光纤通信等领域。
通过合理设计波导的结构和尺寸，可以实现更高效、更稳定的能量传输和信息传播。
随着微波技术和光纤技术的发展，对波导的需求也越来越高。
研究人员不断改进波导的设计和制造工艺，以适应更高频率和更广泛应用的需求。
电磁波在大气波导环境中的传播特性及其应用研究
电磁波在大气波导环境中的传播特性及其应用研究电磁波在大气波导环境中的传播特性及其应用研究引言：电磁波的传播特性及应用研究一直是物理学、通信工程和电磁学等领域的研究热点。
在大气波导环境中，电磁波的传播受到大气层的影响，具有一些独特的特性，因此在雷达、无线通信、天气预报等方面的应用都具有重要意义。
本文将系统地介绍电磁波在大气波导环境中的传播特性及其应用研究。
一、电磁波在大气波导环境中的传播特性1. 大气介质特性对电磁波的传播影响大气介质对电磁波的传播起着重要作用。
大气中的水分子和氧分子对电磁波的吸收、散射和折射产生影响。
此外，大气介质的湿度、温度和密度对电磁波的传播特性也有影响。
2. 大气波导条件下的电磁波传播大气波导是指在大气中存在的具有传播特性的电磁波。
在大气波导条件下，电磁波的传播路径不仅限于直线传播，还涉及地球表面的反射和散射。
这种传播特性使得电磁波在雷达、通信系统等应用中有更优异的性能。
3. 引频雷达的工作原理引频雷达是一种利用大气波导进行远距离目标探测的工具。
它利用了由电离层和地球表面反射后的信号，实现对目标的探测和跟踪。
它的工作原理基于电磁波在大气波导环境中的传播特性。
二、电磁波在大气波导环境中的应用研究1. 引频雷达在大气科学中的应用引频雷达可以测量大气中的电离层、对流层和平流层等层结的高度、密度和变化情况。
通过对大气参数的研究，可以更好地理解天气现象和气候变化。
2. 电磁波在无线通信中的应用在大气波导环境中，电磁波的传播路径更加稳定，因此在无线通信中具有更远的传输距离和更好的可靠性。
这对于无线电视、移动通信和卫星通信等应用具有重要意义。
3. 电磁波在地球物理勘探中的应用通过电磁波在大气波导环境中的传播特性，可以实现地球内部结构的勘探，如矿产资源、油气田的探测。
利用电磁波在大气波导中的传播特性，地球物理勘探的效率和精度都得到了提高。
结论：电磁波在大气波导环境中的传播特性独特而重要。
大气介质的特性对电磁波的传播起到重要影响，而大气波导条件下的电磁波传播使得雷达、通信和地球物理勘探等领域的应用得到了进一步发展。
关于电磁波在非理想导体边界柱形波导中的传播
（ ｃｏｌ ｆ ｈ ｓ ｓａｄＥ ｇ ｅｒ ｇ ｕ ａ— ｎＵ ｉ ｒｉ ， Ｓｈ ｏ ｏ ｙｉ ｎ ｎｉ ｅｉ ，Ｓ ｎｒ ｔ ｅ ｎｖ ｓｙ Ｐ ｃ ｎ ｎ ｓ ｅ ｔ Ｇ ａ ｇｈ ｕ５ ０ ７ ，Ｃ ｉａ ｕ ｎｚｏ ２ ５ ｈｎ ） １
关 键词 ：波导； 微扰法；有限电导率 中图分类 号 ：０ ４ ４２ 文 献标 志码 ：Ａ 文章编 号 ：０２ — ５９（００ ３ ０２ — ６ ５９ ６７ ２１ ）０ — ０８ ０
ｔ ｄ ｅ ｅ ａ ｅ ａ ｅ ｇ 【 ｅ ｓ ｖ ｒ ｌｄ ｃ ｄ ｓ ａ ｏ Ｔｈ ｏ ｍｕ ａ ｉｎ ｗａ ｔｅ ｅ ｆｒ ｌ ｔ ｓ ｈ ｎ ｏ
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｗａ ｅ ｕ ｄ ｖ ｇ ｉ ｅ；ｐ ｒｕ ｂ ｔｖ ｔ ｏ ｉｎ ｔ ｏ ｄ ｃ ｉｉ ｅ ｔ ｒ ａ ｉｅ ｍｅ ｈ ｄ；ｆ ｉｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｔ ｖｙ
关于电磁波在非理想导体边界柱形波导中的传播
林 琼桂
（ 中山大学 物 理科 学与 工程技 术 学 院 ，广 东 广 州 ５ ０ ７ ） １ ２ ５
Ａｂ ｔ ａ ｔ：Ｔｈ ｒｕ ｂ ｔｖ ｔ ｏ ｏ ａｃ ｌ ｔ ｇ ｔ ｅ ｅｆ ｃ ｆｉ ｅ ｆ ｃｌ ｏ ｄ ｃｉ ｇ ｗａ ｌ ｎ ｔ ｒ ｐ ｓｒ ｃ ｅ ｐｅｔ ｒ ａｉｅ ｍｅ ｈ ｄ ｆｒｃ ｌｕ ａｉ ｈ ｆｅ ｔｏ ｍｐ ｒｅ ｔｙ ｃ ｎ ｕ ｔｎ ｌ ｏ ｈｅｐ ｏ — ｎ ｓ
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电磁波的特性和传播规律
电磁波的特性和传播规律电磁波是由振荡的电场和磁场相互作用形成的一种波动现象。
它具有多种特性和传播规律，对我们的生活和科学研究有着重要的影响。
本文将对电磁波的特性和传播规律进行详细探讨。
一、电磁波特性1. 频率和波长电磁波的特性之一是频率和波长。
频率指的是单位时间内电磁波通过某一点的次数，用赫兹（Hz）表示，波长则是指电磁波在空间中一个完整波动所占据的距离，通常以米（m）为单位。
电磁波的频率和波长是成反比的关系，即频率越高，波长越短。
2. 能量和强度电磁波具有能量，能量和频率之间存在着直接关系。
根据普朗克定律和爱因斯坦的光量子假设，电磁波的能量与其频率成正比，即能量越高的电磁波，其频率越高。
电磁波的能量强度则是指单位面积或单位体积内电磁波的能量，通常以瓦特/平方米（W/m²）或瓦特/立方米（W/m³）表示。
3. 色散和折射电磁波在介质中传播时会发生色散和折射。
色散是指电磁波在材料中传播时，频率不同的成分以不同的速度传播，导致波形发生变化。
折射则是指电磁波从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的光密度不同而改变传播方向和速度。
4. 偏振和干涉电磁波还具有偏振和干涉的特性。
偏振是指电磁波振动方向的限定性，可以是线偏振、圆偏振或者无偏振。
干涉则是指两个或多个电磁波相互叠加形成干涉图样，干涉可以是构成增强或者消弱效果。
二、电磁波传播规律1. 直线传播在空气或真空中，电磁波具有直线传播的特性。
当电磁波传播遇到介质时，由于介质的光密度不同，将会发生折射和反射，导致电磁波传播方向改变。
然而，在均匀介质中，电磁波会继续以直线的方式传播。
2. 束缚传播束缚传播是指电磁波在导体或波导中传播的情况。
导体内的电磁波会发生多次反射和传播，形成电磁波在导体中来回传播的模式。
波导是一种特殊的导体，可以将电磁波沿特定方向进行传输，避免波形的扩散和损耗。
3. 散射和吸收电磁波传播时会遇到各种材料和物体，材料和物体对电磁波的传播会发生散射和吸收。
电磁波在波导中的传播与模式分析
电磁波在波导中的传播与模式分析电磁波是一种由电场和磁场相互作用而产生的波动现象。
在自然界中，电磁波的传播方式多种多样，其中一种重要的传播方式是在波导中传播。
波导是一种用于传输电磁波的结构，其特点是能够将电磁波限制在一定的空间范围内传播，从而提高传输效率和减少能量损耗。
在波导中，电磁波的传播受到波导的几何形状和电磁特性的影响。
波导可以分为矩形波导、圆柱波导、光纤等不同类型，每种波导都有其独特的传播特性和模式分析方法。
以矩形波导为例，我们来探讨电磁波在其中的传播和模式分析。
矩形波导是由金属壳体包围的空心矩形管道，其内部通常填充着介质。
当电磁波进入矩形波导时，会受到波导的限制而在其内部传播。
首先，我们来看电磁波在矩形波导中的传播方式。
由于矩形波导的几何形状限制，电磁波只能以横电磁波（TE波）和横磁磁波（TM波）的形式在波导中传播。
TE波是指电场垂直于波导截面方向，而TM波则是指磁场垂直于波导截面方向。
这两种波动模式在波导中的传播速度和传播特性都有所不同。
其次，我们来分析电磁波在矩形波导中的模式分布。
模式是指电磁波在波导中的分布形态。
在矩形波导中，电磁波的模式由波导的几何尺寸和频率决定。
根据波导的尺寸和频率，可以存在多种模式，每种模式都有其特定的电场和磁场分布形态。
通过数学方法和电磁场理论，可以求解出电磁波在矩形波导中的模式分布。
这些模式分布可以用一系列的数学方程和图形来描述。
例如，对于TE波，可以通过求解麦克斯韦方程组和波导的边界条件，得到电场分布的数学表达式。
通过这些数学表达式，我们可以了解到电磁波在波导中的传播路径、衰减情况以及能量分布等信息。
最后，我们来探讨电磁波在波导中的应用。
由于波导能够限制电磁波在一定空间范围内传播，因此在通信、雷达、微波炉等领域中得到广泛应用。
例如，在通信领域中，波导可以用于传输高频率的微波信号，提高信号的传输效率和稳定性。
在雷达领域中，波导可以用于传输和接收雷达信号，提高雷达系统的探测能力和精度。
波导传输原理
波导传输原理
波导传输是一种利用波导结构传输电磁波的技术。
波导是一种由导体或绝缘体制成的管道，能够将电磁波引导到目标位置。
波导传输的原理是基于电磁波在波导中的反射和衍射。
当电磁波进入波导时，会受到波导壁面的反射和衍射作用，从而在波导中形成驻波模式。
这种由波导壁面反射和衍射形成的驻波模式使得波导内的能量得以传输。
波导传输的特点是能够抑制电磁波的辐射损失，并且具有较低的传输损耗。
这是因为波导结构能够限制电磁波在波导内的传播范围，从而减少了能量的辐射损失。
此外，波导还可以通过调整波导壁面的形状和尺寸来控制传输的频率范围和模式。
波导传输被广泛应用于无线通信、微波传输和光纤通信等领域。
在无线通信中，波导传输可以提高信号的传输距离和质量；在微波传输中，波导传输可以实现高频率信号的传输和解调；在光纤通信中，波导传输可以将光信号传输到远距离。
总之，波导传输利用波导结构引导和控制电磁波的传输。
通过合理设计波导结构，可以实现高效、低损耗的电磁波传输。
第四章 电磁波的传播 §1. 平面电磁波§2. 电磁波在介质界面上的反射和折射§3. 有导体存在时电磁波的
知 H
E
较大，非铁磁
B
可取 = 0
(2) E k 在与 k 垂直平面上可将 E 分解成两个分量
(3) H k, 且 H E
(4)
nn ((EH22EH1)1
0 )0
即 Et E't E"t Ht H 't H"t
(5) ' ,
sin 2 sin " 1
(1 2 0 )
电磁波：迅变电磁场， 导体内 = ？
电流：J
E
电荷：
E
/
,
J
E
J
0
t
t
J
,
d dt,
t
0e
t = 0 时，导体内 = 0 ， 然后 随 t 按指数衰减 t = 时，（ = / 特征时间） = 0 / e
导体内的自由电荷分布
t = 0 时，导体内 = 0 ， 然后 随 t 按指数衰减
o
y
x
平面电磁波的特性： （证明 see next page）
(1) 电磁波是横波， E k ， B k
(2) E B ， E B 沿 k 方向
(3) E 和 B同相，振幅比 E / B = v
平面电磁波
证明平面电磁波的特性
E 0
E
E0
ei
(
k
xt
)
E0
ei
( k xt
)i(k
E"
2 1 cos
2sin "cos
E 1 cos 2 cos" sin( ")
振幅关系 Fresnel 公式
(2) E || 入射面： (Ht H )
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电磁波在波导中的传播特点
引言：电磁波在科研领域占有极其重要的地位。
同时电磁波在传播的过程中采用哪种传播线，哪种介质与电磁波的频率是紧密相联系的。
在低频范围内，应采用双线传输线，在高频范围内，为了避免辐射作用应该采用同轴线，在微波领域内，为了避免同轴线的焦耳损耗等形式的热损耗，常常采用波导进行传输。
本文将根据电磁波的传播特性，分析其在矩形波导，圆柱形波导，同轴波导中的传播特性。
关键词：电磁波；波导；矩形波导：圆柱形波导
一． 导行波与波导：
1. 导波系统：在导波系统中的电磁波根据纵向场分量的有无，可以有以下
三种波的模型：（1）横磁波(TM 波)：0,0≠=z z E H 。
(2) 横电波(TE 波)：0,0≠=z z H E 。
(3) 横电磁波(TEM 波)：0,0==z z H E 。
其中TEM 只存在于多导体系统中，而横磁波和横电波一般存在于单导体系统中。
TEM 波沿着传输方向的分量为0，所以其无法再封闭的波导中传播。
2. 导行波：导行波就是大多数能量受到导行系统的边界条件约束，在有限
的横街面里面沿着确定的方向传播的一种电磁波，也就是受到波导约束沿着固定方向与范围内传播的电磁波，简称导波。
其中导波的电厂和磁场分量都是x,y,z 三个方向的函数。
3. 波导：所谓的波导，就是利用良导体制成的中空管状的传输线，是一种
传播电磁能的工具。
常见的波导有横截面为矩形，圆形的，分别被称为矩形波导和圆柱形波导。
电磁波在波导中只能沿着管的轴向方向传播，这就使得电磁波在波导中与无界空间的电磁波在性质上有很大的差别。
二． 矩形波导：
1.几何形状：矩形波导是横截面为矩形的空心金属管，矩形波导结构简单、机械强度大，由于它是封闭结构，可以避免外界干扰和辐射损耗；因为它无内导体，所以导体损耗低，而功率容量大。
在矩形波导中仅存在TE 和TM 两类导波，不可能存在TEM 波，因为TEM 波沿着传输方向的分量为零，所以其无法再封闭的波导中传播。
2. 矩形波导中电磁波型的传输特性：TE 波和TM 波的截止波数均为：
2
2
⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=b n a m k c ππ
（1）截止波长：222
2⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=
=
b n a m k c
c πλ由此可见截止波长不仅仅与波导的结构有关还与决定波型的m,n 有关。
(2)截止频率：2
2
21⎪⎭
⎫
⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=
=
b n a m v
f c
c μελ，当给定了波导的a,b ，将不同波型的m,n 带入公式中即可得到不同波的截止频率，如下图。
从图中可以看出，一般情况下矩形波导工作在TE 10单模传输情况，因为TE 10模容易实现单模传输，当工作频率一定时传输TE 10模的波导尺寸最小，同时若波导尺寸一定，则实现单模传输的频带最宽。
要传播TE 10波必须满足：λ＜2a
（3）功率容量：波导中最大承受的极限功率称为波导的功率容量。
行波状态下
波导传输TE 10模的功率容量为：()2
0221480a abE P br br λπ
-=。
实际传输线上总有反射波存在。
在行驻波状态下，矩形波导传输TE10模的功率容量应修正为 ：
()ρ
λρπbr br br P a E ab P =-='2
02
21480
三． 圆波导：圆波导的提出来自实践的需要。
例如，
雷达的旋转搜索。
如果没有旋转关节，那只好发射机跟着转。
像这类应用中， 圆波导成了必须要的器件。
至于以后要用到的极化衰减器，多模或波纹喇叭，都会应用到圆波导。
可以这样说,几何对称性给圆波导带来广泛的用途和价值。
从力学
和应力平衡角度，机加工圆波导更为有利，对于误差和方便性等方面均略胜矩形波导一筹。
与此同时要探索小衰减，大功率传输线，圆波导是必然的。
1. 截止波长及波型：由TM 波和TE 波的截止波数可求得相应的截止波长，它们分别为()mn mn c v R πλ2TM =，()mn
mn c R
μπλ2TE =。
下图是圆波导波型的分布图：
本图说明TE 11模的截止波长最长，因此TE 11模是圆波导传输的主模，TE 11单模传输的条件为R R 41.362.2<<λ 2. 圆波导中的三个主要模式：
（1）TE 11模(R c 41.3=λ)：TE 11模的场分布如图所示。
其中图(a)表示横截面上的电磁场分布；图(b)表示纵剖面上的电场分布；图(c)为圆波导壁上的壁电流分布。
（2）TE
01模(R
c
64
.1
=
λ)：TE01模的场分布如图所示。
其中图(a)表示横截面上的
电磁场分布；图(b)表示纵剖面上的电磁场分布；图(c)为壁电流的分布。
（3）TM
01模(R
c
62
.2
=
λ)：TM01模的场分布如图所示。
其中图(a)表示横截面上的
电磁场分布；图(b)表示纵剖面上的电磁场分布；图(c)为壁电流的分布。
TM01模适用于微波天线馈线旋转铰链的工作模式。
由于它具有Ez分量，便于和电子交换能量，可作电子直线加速器的工作模式。
但由于它的管壁电流具有纵向电流，故必须采用抗流结构的连接方式。
四：同轴波导：同轴线是一种双导体传输线，
如图所示。
同轴线按结构可分为两种：硬同
轴线和同轴电缆。
硬同轴线内外导体之间媒
质通常为空气，内导体用高频介质垫圈支撑。
同轴电缆的内外导体之间填充高频介质，内
导体由单根或多根导线组成，外导体由铜线编织而成，外面再包一层软塑料等介质。
在同轴线中即可传输无色散的TEM 波，也可能存在有色散的TE 和TM 波。
1. TEM 模的场分量和场结构：同轴线传输的主模是TEM 模，这种模∞
==c c k λ,0将TEM 模横向分布函数满足的二维拉普拉斯方程：()r e d D U E jkr r T -=ln 0α，
()r e d D U H jkr
T -=ln 0ηαϕ
同轴线中场的结构如下图：
2.同轴线中TEM 模的特性参量： 对于同轴线中的TEM 模，0=c k 相移常数为 μεωβ==k 相速与光速的关系为 r
p c
v εμεβω=
==
1 相波长与工作波长的关系为 r
p p f
v ελ
β
π
λ=
=
=
2 特性阻抗为 d
D d D I U Z r ln 60ln 20επη===
农业是第一产业，是国民经济的基础产业。
俗话说“名以食为天”，在农耕时期，农业是人们赖以生存的产业，也是一国实力强大不可分割的重要因素。
21世纪已经迎向我们，工业和服务业的发展已经相当发达，给我们人类带来了很多方便。
但是农业依旧是各国发展不可忽视的产业，时代的变迁已经让农业的发展不仅仅由天决定其发展，各种的挑战已经摆在了农业发展道路上，需要农业去顺应这个时代。
同时这个时代也给农业的发展带来了前所未有的发展机遇，这些都需要我们去把握。
中国作为人口大国，农村人口还占全国的大多数，经济全球化已势不可挡，这些都需要我们去研究我国农业经济该如何去发展。
第一节农业
一．农业的概念
农业，作为国民经济的第一产业，是人类社会最古老，最基
本的物质生产机构。
农业生产是人类利用动植物生长的本能，把外界环境中的物质和能量转化为生物产品，以满足社会需要的一种经济活动。