题目_电波传播

题目:无线电波传播

关键词:无线电波传播信息传递

摘要:无线电技术是通过无线电波传播信号的技术。在天文学上，无线电波被称为射电波，简称射电。

无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。正文:电波传播基本上是按研究对象进行分类的。由于电波传播是研究电波和媒质间的作用过程，电波和媒质都是研究的对象。这样就形成了按电波频率(波段)划分和按媒质划分两类。按频率分类有极长波传播、超长波传播、长波传播、中波传播、短波传播、超短波传播、微波传播和毫米波传播等;按媒质分类则有地下电波传播、地波传播、对流层电波传播、电离层电波传播和磁层电磁波等。这两种分类基本上是"平行"的和彼此对应的，但又是互相交叉的(见图)。由于媒质结构、电波波长等不同，电波传播的物理机制各异。有的以散射传播为主，而有的则以波导传播为主。物理机制不同，传播理论方法也就不同。从这个角度分类，有随机媒质传播理论(散射理论)、分层媒质传播理论、波导模传播理论、绕射传播理论、磁离子理论和反演理论等。与其他学科的关系电波传播的基本理论出发点是电磁理论即麦克斯韦方程组和来源于物理学中的电动力学。地球、地球大气层以至外层空间是电波传播的媒质，多种多样的媒质产生丰富多彩的电波传播内容。为了研究不同类型的电波传播，必须了解不同媒质的物理结构及其运动变化。例如，研究地波需要了解地壳，特别是大地电特性。研究对流层传播需要知道对流层介电特性及其变化，从而要了解温度、湿度和压力结构及其变化、层结和湍流运动等，还要知道各种空气成分特别是氧和水汽分子及其与电波的相互作用以及云雾降水等。而电离层传播研究则需要知道电离层电子浓度和地磁及其变化，还要知道太阳黑子、磁暴、极光以及核爆炸等的影响。在地空电波传播研究中，磁层和外层空间的物理特性当然也需要了解。因此，电波传播是以地球物理、气象学、大气物理和空间物理等为物理基础的。电波传播是电子学的一个分支学科，同电子学中其他分支的关系非常密切。首先，电波传播探测需要利用通信、雷达、无线电导航和天线等技术设备，数据处理和测试控制则须利用电子计算机，而电波传播的研究成果也为这些系统设计、运转和参数预报服务。由于无线电波总带着传播媒质的信息，反映地球、大气层以至外层空间的物理状态及其变化，电波传播现已成为地球物理、气象学、大气物理、空间物理以及天文等方面常用而又极其重要的观测手段之一。电离层和磁层等的地面探测和顶部探测，几乎都是用无线电波。无线电波用于气象和天文，形成了新的学科──无线电气象学和射电天文学。除提供手段外，电波传播在媒质方面的探测数据及分析结果等，也是对相应物理学科的贡献。电波传播理论与数学的联系特别密切。它既利用场论和数学物理方法和数理统计等方面最新的结果，同时又促进这些方面的发展。

电波传播在无线电系统中的应用非常广泛，几乎所有的无线电系统都要涉及电波传播问题，都要利用电波传播的规律以及有关公式、图表、数据和资料等。早期的电波传播研究就是为了建立和改善无线电通信而开展起来的。随着电子技术的发展，电子系统工程日新月异，提出各种各样的电波传播问题。正是这些实际应用中的问题，成了电波传播研究的出发点和动力，促使电波传播研究向前发展。反过来，电波传播每一新的发现和进展，也都为电子系统工程开辟新的技术途径。电波传播对电子系统工程起着技术基础的作用。电子系统工作频段需要根据系统技术指标和电波传播特性来选择。以水下潜艇通信为例，为了要使无线电信号穿过海水而不遭受太大的损耗，只能选用在海水中吸收损耗小的超长波或更长的波段。超远

程精密导航系统选用长波和超长波，就是因为这样的电波沿地面的传播衰减很小，而且相位和幅度都相当稳定。短波可以有效地经电离层反射达到数千、上万公里的距离，与长波、超长波相比较，传输容量较大，天线方向性也较强，所以，远距离的通信、广播、航海移动通信、还有超视距雷达等，都常用这一波段。然而，大容量、高质量和高可靠度的无线电通信和高分辨率雷达等，却必须使用超短波、微波、毫米波甚至波长更短的波。电子系统必须考虑的另一电波传播问题是传播衰减预计。通信、广播和导航系统，必须有足够的辐射功率，以便经过传播的波在接收端能够保证有足够的信噪比，为此就需要预计单向传播衰减。雷达系统则必须预计双向传播衰减和目标散射截面。为使所有的电子系统都能互不干扰地工作，每一无线电发射系统还应保证不干扰其他系统，这又需要预计干扰场强。电子系统的电路设计在很大程度上是电波传播条件设计。如通信站址选择、天线架设高度和仰角的确定以及如何采取有效的分集接收措施以减轻衰落等，都要根据电波传播规律来进行。另外，系统设备的设计还要适应传播信道的特性。例如，传输容量或传输速率都不能超过传播信道所容许的限度。在雷达系统方面，除传播衰减或作用距离外，杂散回波、地面反射和大气折射效应等也都应该加以考虑。杂散回波如地形地物回波，海浪回波，云、雨回波以及飞鸟、飞虫回波等会影响目标检测;地面反射造成的虚目标可能引起错误跟踪;大气折射引起目标视在位置与真实位置之间的误差，如仰角误差、距离误差、高度误差和方位角误差等。为了达到精确定位，这些因素都须根据传播特性而加以抑制、消除或修正。低仰角跟踪情况尤其如此。在遥感技术方面，电波在各种粗糙面及其覆盖层的散射特性，是正确处理和解释数据必不可少的知识，其中包括各种农作物、森林、水面以及水面污染等的后向散射截面和谱特性等。电波传播在大气物理等方面的应用，主要有两种方式:①直接利用传播媒质探测研究结果，如大地电特性、降水特性、对流层结构和电离层结构等;②利用电波传播规律，给出大气物理过程等的传播效应，从而寻求大气物理过程等的无线电探测和分析方法。例如，电离层非相干散射雷达探测，就是基于强大的电磁波与电离层中处于热运动状态的电子和离子的相互作用，以及包含在散射信号中有关电子和离子的浓度、温度和成分等信息。

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，

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

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

无线电波的传播特性修订版

无线电波的传播特性 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

无线电波的传播特性 无线电通信就是不用导线，而利用电磁波振荡在空中传递信号，天线就是波源。电磁波中的电磁场随着时间而变化，从而把辐射的能量传播至远方。 在莫尔斯和贝尔先后发明了有线电报和电话之后，很多科学家对电磁现象大量研究。直到1831年，在英国，法拉弟首先发现了电磁感应现象，并且预言：电与磁的传播是和光一样的一种波。 英国科学家麦克斯韦从1850年就开始对法拉弟提出的课题展开研究。他总结了前人的研究成果，用数学方法对法拉弟的电磁场思想做了严格的论证，并在1864年做出“电与磁的交替转化过程，是一种波的传播形式，是一种光波”的论断，他称这种波为电磁波。 在麦克斯韦首先提出电磁理论后，又过了24年，才由德国伟大的物理学家赫兹通过实验证实了麦氏理论的正确。赫兹设计了一个能够接收电火花的装置，结构极简单。把一根导线弯成圆形，使两端之间仅留一微小的间隙，称它为“共振子”。“共振子”为什么也有火花发生呢赫兹认为，这一定是电振荡以电磁波形式通过空间传播过去的。赫兹于1888年公布了自己的实验结果，证实了电磁波的存在。 赫兹的实验成果震惊了世界，许多科学家继续开展对电磁波的研究。1890年，法国物理学家布朗利发现，将金属粉末即紧缩成块，但是它的电阻减小了，使电流容易通过。这种装有金属粉未的玻璃管被称为“布朗利管”，又称“粉末检波器”，它接收电磁波的灵敏度比赫兹的“共振子”要高得多。 1894年，20岁的意大利青年马可尼从杂志上读到悼念赫兹的文章和他生前的感人事迹，受到极大启发：“如果利用赫兹发现的电磁波，不需要导线也可以实现远距离通信了”。马可尼为自己的大胆设想所激动下宏愿，决心开拓无线电通信事业，把赫兹的研究成果付诸实际应用。在家人的支持下，马可尼就在自己家中进行实验，他用赫兹的火花放电器作发射机，用布朗利的金属粉未检波器作接收机经过一个多月的努力，终于完成了电磁波的发送和接收实验，并在实

无线电波传播模型与覆盖预测

无线电波传播模型 与 覆盖预测 河北全通通信有限责任公司 工程部网络服务组 二0 0二年四月二十日

第一节无线传播理论 1.1 无线传播基本原理 在规划和建设一个移动通信网时，从频段的确定、频率分配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数，都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此进行的场强预测。它是进行系统工程设计与研究频谱有效利用、电磁兼容性等课题所必须了解和掌握的基本理论。 众所周知，无线电波可通过多种方式从发射天线传播到接收天线：直达波或自由空间波、地波或表面波、对流层反射波、电离层波。如图1-1所示。就电波传播而言，发射机同接收机间最简单的方式是自由空间传播。自由空间指该区域是各向同性（沿各个轴特性一样）且同类（均匀结构）。自由空间波的其他名字有直达波或视距波。如图1-1（a），直达波沿直线传播，所以可用于卫星和外部空间通信。另外，这个定义也可用于陆上视距传播（两个微波塔之间），见图1-1（b）。 第二种方式是地波或表面波。地波传播可看作是三种情况的综合，即直达波、反射波和表面波。表面波沿地球表面传播。从发射天线发出的一些能量直接到达接收机；有些能量经从地球表面反射后到达接收机；有些通过表面波到达接收机。表面波在地表面上传播，由于地面不是理想的，有些能量被地面吸收。当能量进入地面，它建立地面电流。这三种的表面波见图1-1（c）。第三种方式即对流层反射波产生于对流层，对流层是异类介质，由于天气情况而随时间变化。它的反射系数随高度增加而减少。这种缓慢变化的反射系数使电波弯曲。如图1-1（d）所示。对流层方式应用于波长小于10米（即频率大于30MHz）的无线通信中。第四种方式是经电离层反射传播。当电波波长小于1米（频率大于300MHz）时，电离层是反射体。从电离层反射的电波可能有一个或多个跳跃，见图1-1（e）。这种传播用于长距离通信。除了反射，由于折射率的不均匀，电离层可产生电波散射。另外，电离层中的流星也能散射电波。同对流层一样，电离层也具有连续波动的特性，在这种波动上是随机的快速波动。蜂窝系统的无线传播利用了第二种电波传播方式。这一点将在后文中论述。 在设计蜂窝系统时研究传播有两个原因。第一，它对于计算覆盖不同小区的场强提供必要的工具。因为在大多数情况下覆盖区域从几百米到几十公里，地波传播可以在这种情况下应用。第二，它可计算邻信道和同信道干扰。 预测场强有两种方法。第一种纯理论方法，适用于分离的物体，如山和其他固体物体。但这种预测忽略了地球的不规则性。第二种基于在各种环境的测量，包括不规则地形及人为障碍，尤其是在移动通信中普遍存在的较高的频率和较低的移动天线。第三种方法是结合上述两种方法的改进模型，基于测量和使用折射定律考虑山和其他障碍物的影响。在蜂窝系统中，至少有两种传播模型，第一种是FCC建议的模型。第二种设计模型由Okumura提供，覆盖边

电波主要传播方式

电波主要传播方式 2008-06-05 11:25:45 作者：不详 电波传输不依靠电线，也不象声波那样，必须依靠空气媒介帮它传播，有些电波能够在地球表面传播，有些波能够在空间直线传播，也能够从大气层上空反射传播，有些波甚至能穿透大气层，飞向遥远的宇宙空间。 任何一种无线电信号传输系统均由发信部分、收信部分和传输媒质三部分组成。传输无线电信号的媒质主要有地表、对流层和电离层等，这些媒质的电特性对不同波段的无线电波的传播有着不同的影响。根据媒质及不同媒质分界面对电波传播产生的主要影响，可将电波传播方式分成下列几种： 地表传播 对有些电波来说，地球本身就是一个障碍物。当接收天线距离发射天线较远时，地面就象拱形大桥将两者隔开。那些走直线的电波就过不去了。只有某些电波能够沿着地球拱起的部分传播出去，这种沿着地球表面传播的电波就叫地波，也叫表面波。地面波传播无线电波沿着地球表面的传播方式，称为地面波传播。其特点是信号比较稳定，但电波频率愈高，地面波随距离的增加衰减愈快。因此，这种传播方式主要适用于长波和中波波段。 天波传播 声音碰到墙壁或高山就会反射回来形成回声，光线射到镜面上也会反射。无线电波也能够反射。在大气层中，从几十公里至几百公里的高空有几层“电离层”形成了一种天然的反射体，就象一只悬空的金属盖，电波射到“电离层’就会被反射回来，走这一途径的电波就称为天波或反射波。在电波中，主要是短波具有这种特性。 电离层是怎样形成的呢？原来，有些气层受到阳光照射，就会产生电离。太阳表面温度大约有6000℃，它辐射出来的电磁波包含很宽的频带。其中紫外线部分会对大气层上空气体产生电离作用，这是形成电离层的主要原因。 电离层一方面反射电波，另一方面也要吸收电波。电离层对电波的反射和吸收与频率(波长)有关。频率越高，吸收越少，频率越低，吸收越多。所以，短波的天波可以用作远距离通讯。此外，反射和吸收与白天还是黑夜也有关。白天，电离层可把中波几乎全部吸收掉，收音机只能收听当地的电台，而夜里却能收到远距离的电台。对于短波，电离层吸收得较少，所以短波收音机不论白天黑夜都能收到远距离的电台。不过，电离层是变动的，反射的天波时强时弱，所以，从收音机听到的声音忽大忽小，并不稳定。 视距传播、散射传播及波导模传播 视距传播是指：若收、发天线离地面的高度远大于波长，电波直接从发信天线传到收信地点(有时有地面反射波)。这种传播方式仅限于视线距离以内。目前广泛使用的超短波通信和卫星通信的电波传播均属这种传播方式。 散射传播是利用对流层或电离层中介质的不均匀性或流星通过大气时的电离余迹对电磁波的散射作用来实现超视矩传播。这种传播方式主要用于超短波和微波远距离通信。 超短波的传播特性比较特殊，它既不能绕射，也不能被电离层反射，而只能以直线传播。以直线传播的波就叫做空间波或直接波。由于空间波不会拐弯，因此它的传播距离就受到限制。发射天线架得越高，空间波传得越远。所以电视发射天线和电视接收天线应尽量架得高

电波传播原理资料

第一章电波传播 无线电通信，是将信息变为电信号，再调制到高频振荡上，由发射天线把已调的高频电流，以电磁波的形式发射出去。电磁波传播到接收地点时，由接收天线将它接收下来，再变成已调的高频电流，通过接收机放大、解调，取出信息，从而达到通信的目的。其工作过程如图1.1所示。 发送端电磁波接收端 一、频率、波长和波速的关系 电磁波的特性可用它的频率、波长和传播速度来表示。一般用符号? 代表频率，常用的单位是赫、千赫和兆赫；用符号λ代表波长，常用单位是米、厘米和毫米；用符号V代表波速，常用单位是公里/秒、米/秒等。 频率、波长和波速，这三个物理量之间的关系，可用公式1.1表示。 V=λ×? 1.1 电磁波在空中传播的速度近似于光在真空中传播的速度，其值为： V =3×108米/秒 1.2 所以 赫 λ λ 8 10 3? = = v f 1.3 或 米 f f v8 10 3? = = λ 1.4 在短波通信中，频率常用兆赫为单位，1兆赫=106赫，所以波长λ又可以写为：

()米 兆赫f 300=λ 1.5 无线电波频率、波长对照见表1.1 表1.1 频率波长对照表 Mc M 18.7516 19 20 21 22232425262728 29303132333435363737.5 15.5 1514.5 1413.51312.5 1211.5 11 10.5 109.5 98.58 4000 Mc M 9.3759.5 10 1112131415 16 17 1818.753231.5 3029 28 27262524232221 20`918 1716 3500 3000 2500 2000 75 80 90 100 110 120 130 140 150 Kc M 8000 37.5Kc M 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 37.5 40 45 50 55 60 65 70 75 计算公式：频率（KC ）= ()M 波长300000 ，波长（M ）= ()KC 频率300000 二、无线电波波段的划分 无线电波的频率范围很宽，根据无线电波传播的特点，二、无线电波波段的划分按工作波长的不同，一般划分为极长波、超长波、长波、中波、短波、超短波和微波等波段，其波长划分范围一般如表1.2所

无线电波的传播特性

无线电波的传播特性 （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的情况。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，由于地球表面是半导体，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。 从物理知识中我们已经知道，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作天波。 电离层是指分布在地球周围的大气层中，从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。 （二） 1. 空间波传播

无线电波的传播方式

无线电波的传播方式 一、无线电波的传播方式 无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后，是经过不同的传播路径到达接收点的。人们根据这些各具特点的传播方式，把无线电波归纳为四种主要类型。 1）地波，这是沿地球表面传播的无线电波。 2）天波，也即电离层波。地球大气层的高层存在着“电离层”。无线电波进入电离层时其方向会发生改变，出现“折射”。因为电离层折射效应的积累，电波的入射方向会连续改变，最终会“拐”回地面，电离层如同一面镜子会反射无线电波。我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。 3）空间波，由发射天线直接到达接收点的电波，被称为直射波。有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的，被称为反射波。直射波和反射波合称为空间波。 4）散射波，当大气层或电离层出现不均匀团块时，无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射，使一部分能量到达接收点，这就是散射波。 在业余无线电通信中，运用最多的是“天波”传播方式，这是短波远距离通信向必要条件。空间波和散射波的运用多见于超高频通信，而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。 二、电离层与天波传播 1．电离层概况 在业余无线电中，短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。短波段信号的传播主要依靠的是天波，所以我们必需对电离层有所了解。 地球表面被厚厚的大气层包围着。大气层的底层部分是“对流层”，其高度在极区约为九公里，在赤道约为十六公里。在这里，气温除局部外总是随高度上升而下降。人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层，但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。 在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。它对电波传播基本上没有影响。 离地面约50到400公里高空的空气很少流动。在太阳紫外线强烈照射下，气体分子中的电子挣脱了原子的束缚，形成了自由电子和离子，即电离层。由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射，电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层，每个分层的密度都是中间大两边小。 离地面50～90公里的称作口层。D层白天存在，晚上消失。D层的密度最小，对电波不易反射。当电波穿过口层时，频率较低的被吸收得较多。 90公里~140公里的是E层。通常情况下E层的密度也较小，只有对中波可以反射。在一些特定条件下，E层有可能反射高频率的无线电波。在盛夏或是隆冬，E层对电波的反射现象总是有规律地出现，你可以清楚地接收到远距离小功率电台发射的信号，而且可以发现可听别的范围是在有规律地变化。所以，爱好者们对这种不稳定的E层总是抱着极大的兴趣在进行观测研究。 高空200～300公里的是F1层，300～400公里是F2层。夏季以及部分春秋季的白天，F1层和F2层同时存在，且F2层的密度最大。到了夜晚，F1和F2合并成一个F2层，高度上升。F2层对电波的反射能力最强，它的存在是短波能够进行远距离通信的主要条件。 电离层示意阁请看图5．1。 2.电离层对电波传播的影响 人们发现，当电波以一定的入射角到达电离层时，它也会象光学中的反射那样以相同的角度离开电离层。显然，电离层越高或电波进入电离层时与电离层的夹角越小，电波从发射点经电离层反射到达地面的跨越距离越大。这就是利用天波可以进行远程通信的根本原出。而且，电波返回地面时又可能被大地反射而再次进入电离层，形成电离层的第二次、第三次反射，如图5．2所示。

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.

电磁波传播特性-南京大学

电磁波传播特性 蒋岳廷 学号131120163 物理学院 摘要：本实验通过波导中引发的电磁波进行实验，波长为厘米量级。应用迈克尔逊干涉仪原理，首先测量电磁波波长，其次测量电磁波在良导体表面反射情况，得出了一些有意思的结论。提供定性解释和误差分析，并有一些实验讨论。

一、引言 1.总述：电磁波传播（propagationt of electromagnetic wave）研究电磁波在地 球环境和日地环境条件下的传播现象和规律，以及应用问题的一门基础学科。地 球环境包括地球面上及表层下的自然环境和人工建造的环境。这门学科有很强 的实用性，是随着人类在信息、环境和空间等方面的活动需要而发展起来的，又 有基础性。它所涉及的许多问题与地球大气层物理和日地物理密切相关。 2.历史：电磁波传播科学的开拓1864年，J．C麦克斯韦（JamesC．Maxwell）首 先提出了电磁场理论，20多年后，H．R赫兹（HeinrichR．Hertz）电磁波实 验成功，启发人们积极探索利用电磁波实现无线通信的途径。一些著名的科学 家和数学索对地波传播理论进行探索，如A．索末菲尔特（A．Sommerfeld）建 立了无线电波沿平地面传播的基础理论，B．范特波尔（B．VanderPol）和 W．沃森（W．Wotson）建立了无线电波绕导电球形地面传播的基础理论。此 后，有不少科学家对绕地球面传播的理论作出了重大的发展。一些发明家和工 程师发明了电子管，研制了无线电收、发设备，进行了地波传播的研究和试 验，发现地波场强随距离增大而迅速衰减，而且顿率越高衰减越快，地波通信 只能是较近距离的。 20世纪的第一个年代．G．马可尼（GuglielmoMarconi）进行了横跨大西洋的 无线电传播和通信试验并获得成功。使有的科学家意识到，在地球大气层上空 可能有一由游离电子组成的层状结构使无线电波返回地球。20世纪20年代， 一些科学家用不同方法观测到了存在于大气层上空的游离电子层，并测得了它 的分层情况，命名为电离层，开创了电离层物理和电磁波在电离层中的传播这 一学科领域，并为建立远距离短波无线电通信以及广播提供了科学依据。 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； 3、研究电磁波在良导体表面的反射。 二、实验仪器 三厘米固态信号发生器1台，电磁波综合测试仪1套，反射板（金属板）2块，半透射板（有机玻璃板）1块。 三、实验原理 1、电磁波参量的测量 变化的电场和磁场在空间的传播称为电磁波，几列电磁波同时在同一媒质中传播时，几列波可以保持各自的特点（波长、波幅、频率、传播方向等）同时通过媒质，在几列波相遇或叠加的区域内，任一点的振动为各个波单独在该点产生的振动的合成。而当两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波源所发出的波叠加时，在空间总会有一些点的振动始终加强，而另一些点的振动始终减弱或完全抵消，因而形成干涉现象。 干涉是电磁波的一个重要特性，利用干涉原理可对电磁波传播特性进行很好的探索。利用迈克尔逊干涉原理测量电磁波波长的原理图如图1所示

各波段的电波传播特点

备波段的电波传播特点 超长波和长波: 3KHz一一30KHz、30KHz一-300KHz长波传播特点，绕射能力强，大地(土壤)的吸收不显著(与传播的地面几乎无关)，在陆地上可传2000-3000Km以上，在海面上更远。 中波: 300KHz一一3MHz(波长1000m一-100m) 中波传播有地波和天波，特点是白天靠地波，而晚上则既靠天波又靠地波(白天D层吸收，晚上D层消失，E层反射〉有衰落现象。中波除广播外多用于船舶、飞机的各种航标电波(导航)。 短波:1 5MHz一-30MHz 短波传播也是靠地波和天波。 地波传播的距离取决于频率和地面的电参数。因为地面对短波的吸收较强，绕射能力较差，一般地波传播距离在几十公里。 天波传播主要是靠电离层反射，F层反射，E层损耗。 短波传播的一个最主要的特点是地波衰减快，天波的稳定性差。短波传播的另一个特点是有寂静区(越距区)存在，既地波传不到，天波反射不到(一般在50-300 Km之间)。 短波传播:有衰落现象 短波传播:有回波现象0.003s/1000Km 0.13s/地球一周

F2层还会形成滑行波。 短波传播当反射仰角大于45。时形成高角波，测向时示向度摆动很大，取向困难，误差也很大。100-350Km是测向的难点。 短波测向难度大，示向游动，模糊。 超短波:30MHz一-3GHz 由于频率很高，地波的衰减很大。天波一般都穿透电离层不反射，因此超短波传播主要靠空间波。在不考虑绕射和大气的影响时，直射传播的距离r可按下式计算。 hIh2分别为地面上的收发天线的高度。 超短波在实际传播中，大气层起着重要的作用，包括大气层的折射作用、吸收作用、散射作用等还有雨、雪、雾、风暴等因此传播状态也是复杂多变的。另外，由于超短波的波长短，地面上山丘、高大建筑物产生回波反射，地面的各种物体，凹凸不平所产生的电波散射也是不可忽视的因素。 超短波传播电场强度的计算 P:辐射功率(千瓦)D:是天线的方向系数h 1 h 2 :是两天线的高度r(km) :是收 发两天线的距离λ：工作波长（m） 在超短波范围内调频广播和电视的发射极化是水平极化，目前使用的测向机大多为垂直极化的测向机，对水平极化的电波是测不准的。 早期无线电测向用旋转环状天线，使用这样简单的环状天线测量经电离层反

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 Array w=6*pi*10^9; z=0:0.001:0.12; 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

电波传播的几个基本概念

电波传播的几个基本概念 目前GSM和CDMA移动通信使用的频段为： GSM：890 ~ 960 MHz，1710 ~1880 MHz CDMA: 806 ~ 896 MHz 806 ~ 960 MHz 频率范围属超短波范围； 1710 ~1880 MHz 频率范围属微波范围。 电波的频率不同，或者说波长不同，其传播特点也不完全相同，甚至很不相同 2.1自由空间通信距离方程 设发射功率为PT，发射天线增益为GT，工作频率为f . 接收功率为PR，接收天线增益为GR，收、发天线间距离为R，那么电波在无环境干扰时，传播途中的电波损耗L0 有以下表达式： L0 (dB) = 10 Lg（PT / PR ） = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) [举例] 设：PT = 10 W = 40dBmw ；GR = GT = 7 (dBi) ；f = 1910MHz 问：R = 500 m 时，PR = ？ 解答：(1) L0 (dB) 的计算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB) = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 – 7 = 78.07 (dB) （2）PR 的计算 PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 )

= 1 ( μW ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW ) # 顺便指出，1.9GHz电波在穿透一层砖墙时，大约损失(10~15) dB 极限直视距离 超短波特别是微波，频率很高，波长很短，它的地表面波衰减很快，因此不能依靠地表面波作较远距离的传播。超短波特别是微波，主要是由空间波来传播的。简单地说，空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。显然，由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离Rmax 。在最远直视距离之内的区域，习惯上称为照明区；极限直视距离Rmax 以外的区域，则称为阴影区。不言而语，利用超短波、微波进行通信时，接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax内。 受地球曲率半径的影响，极限直视距离Rmax 和发射天线与接收天线的高度HT 与HR间的关系为： Rmax ＝3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km) 考虑到大气层对电波的折射作用，极限直视距离应修正为Rmax ＝ 4.12 { √HT (m) +√HR (m) } (km) 由于电磁波的频率远低于光波的频率，电波传播的有效直视距离Re 约为极 限直视距离Rmax 的70% ，即Re = 0.7 Rmax .

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

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：