无线电波传播第三讲电波传播信道及其作用机制.ppt

在直角坐标（x,y,z）中求解麦克斯韦方程的简谐平面波解，沿x方向传播的波场分量为相对复介电常数传播常数其中为真空中的波常数。xzyvEH半导电媒质中平面波电磁场电场和磁场具有以下关系：（1）同自由空间偶极子的辐射场一样，电场与磁场分量及传播方向都相互垂直；（2）电场与磁场以同样的相速v=c/n传播，这里为光速，称为媒质的相折射指数，其幅度沿传播方向以同样的速率?=k0p衰减；（3）在空间上，磁场分量相对于电场分量出现与媒质特性有关的时间相位移。令?r=1,可得到式中括号内的分式等于导电电流密度与位移电流密度之比，即此比值的大小直接反映半导电媒质的特性，其有耗性质源于其导电性。当导电电流密度小于位移电流密度，媒质趋近于理想电介质的特性，折射率导电电流密度远大于位移电流密度时，媒质趋近于导体的特性，折射率1对于具有同样电磁特性的媒质，当使用频率较高时，媒质表现为电介质的倾向；而当使用频率较低时，则媒质倾向于导电体的特性。2几种常见半导电媒质的导电特性和复介电常数1电介质的复介电常数在洛仑兹力F的作用下，一般介质中的电子运动方程为 式中m和r分别为电子的质量和位移，右边第一项为束缚电子的弹性回复力，ω0为在恢复力作用下电子的自由振荡频率，第二项为碰撞阻尼力，?为电子的碰撞频率当电波谐电磁场为E和B时，由于介质极化与磁化的影响，本地磁场将变为E′,B′。在电子速度vc（光速）的情况下，电波磁场的作用可忽略。因而有为什么？式中极化矢量为当外加时谐场时，位移。把上面两式代入运动方程，可求得电介质的相对复介电常数为其中电介质的谐频为电离层的复介电常数电离层中的电子是不束缚于分子的自由电子，运动方程中的弹性恢复力不存在，损耗来自于碰撞阻尼。同时，电离层为稀薄电离气体，可令E′＝E。当不计地磁场的影响，与上类似可求得式中称为等离子体频率，N为单位体积的自由电子数，称为电子浓度。当考虑地球恒定磁场的影响时，需计入磁场项，则电离层等离子体具有各向异性波阻抗?=0.011–0.012i高频段海水的复介电常数微波频段水的复介电常数由于水分子具有永久性偶极矩，不存在弹性恢复力。在微波作用下，极分子转动并受到摩擦阻尼力而产生弛张现象；同时，运动方程中的加速度项可以忽略。因此相对复介电常数可写为这里?为弛张时间，分别为和时的静态值和高频极限值，它们都是温度的函数。上式）称为德拜（Debye）公式，适用频段为f=0.3～300GHz地球介质的复介电常数对于一般半导电的土壤，相对复介电常数可由式表示。在地球物理媒质中，由于不同特性物质各部分之间的空间电荷或界面上的表面电荷积聚而引起大尺度的场畸变，从而形成称为空间电荷极化或界面极化的机制，其相对复介电常数的表达式要复杂得多电磁相似原理电磁波在导电性强的媒质中，其波长被强烈缩短，即01在电磁场和电波传播的实测研究中，有时需要采用缩小空间尺寸的模型来开展原理性的模拟实验，半导电媒质中的波长缩短现象正可加以利用02为保证模型中的场量关系与欲模拟实际条件下的场量关系相似，须由麦克斯韦方程导出参数间的缩比关系——电磁相似原理03将这些关系代入麦氏方程组，再加上两种场量方程的等同条件，能确定上述6个缩比系数中的3个，即令模型中频率、空间及媒质电参数的缩比系数为，即缩比关系分别为对于非铁磁体有，并且此关系保持不变。相应地，电磁场量的关系为利用所得的3个缩比关系式，首先根据空间缩比要求和适用的模型材料选定，再确定，然后由比值从模型中测得的场量比值求得所需要的场量比值阻抗为左手材料Left-HandedMetamaterials补充介绍左手介质简介左手材料简介单色平面波在各向同性无源介质中传播时满足麦克斯韦方程对于左手材料，磁导率和介电常数同时小于0，E、H与K构成“左手关系”，k与坡映亭矢量方向相反。由于k代表相速度的方向，所以，在左手材料中，相速度与能量速度方向相反，导致负折射率、反切伦柯夫辐射、逆多普勒效应等奇异的电磁学性质。左手材料中，电场、磁场、波矢量、能流密度的方向EHSk左手材料发展历程1968年，前苏联科学家VeselagoVG发现介电常数ε和磁导率μ都为负值的物质的电磁学性质与常规材料不同，还指出当平面电磁