波动专题-硬件和射频工程师.PDF

1 1 第九章 波动专题 1 第九章 波动专题 麦克斯韦方程揭示的交变电磁场的运动规律极其丰富， 前面几章介绍的只是其最基础的部分，也不全面。本 章将选择有关电磁波的其它一些重要专题作简要介绍， 以供有兴趣读者的选读。 9.1利用天线理论分析瑞利散射， 9.2介绍傅利叶光学和全息， 9.3给出比平面波更复杂的高斯光束的传播特点， 9.4分析多普勒效应， 9.5、9.6给出各向异性介质中平面波的传播。 2 2 瑞利散射模型 2 瑞利散射模型 电磁波传播过程中碰到障碍物将发生散射，散射过程及其所 表现的特性与障碍物的大小有强烈的依赖关系。 当障碍物为介质球且其直径比波长 小得多时，介质球对电磁波的散射 叫瑞利散射。 当介质球直径可与波长比拟时，介 质球对电磁波散射就叫做Mie散射。 瑞利散射模型： 设介质球的半径为a λ， 介电常数为ε，入射波为均匀平面波。 图9-1 均匀平面波中介质球 散射的基本机理是，当均匀平面波投射到介质小球时，将在 介质小球内感应出电偶极子，这个偶极子按入射平面波频率 振荡，这个振荡偶极子相当于一个偶极子天线向空间各个方 向辐射电磁能量，即所谓散射场。 3 3 瑞利散射 3 瑞利散射 介质小球的散射场可视为电基本振子辐射的场 （场量放在图旁边） A sinθ H ϕ 3 [(jkr ) +(jkr )2 ]e−jkr η0 r 2A cosθ Er 3 (1+jkr )e−jkr r A sinθ Eθ 3 [1+(jkr ) +(jkr )2 ]e−jkr r 式中 A 是常数， η 为自由空间波阻抗。 0 入射平面波可表示为 E E [r cosθ− θsinθ]e−j k ⋅r 0 0 0 图9-1 均匀平面波中介质球