Xidian University 电波传播概论 Fundamental of Electromagnetic Waves Propagation 主讲:李仁先
电波传播概论 Fundamental of Electromagnetic Waves Propagation 主讲： 李仁先
Xidian University 课程简介 学时/周学时:46/4学分:3考试方式:考查(出勤、作业、大作业) 课程类型:必修(电波传播与天线专业)、任选(电子信息科学与技术专业) 辅助课程:电磁场理论(电磁场与电磁波、电动力学)、天线 后续课程:对流层传播、电离层传播、等等 参考教材 张瑜,电磁波空间传播,西安电子科技大学 李莉,天线与电波传播,科学出版社,2004 谢益溪,电波传播,电子工业出版社,199 电磁波空间传播 John A. Richards, Radio wave propagation Non-Specialist, Springer, 2008 谢益溪,无线电波传播:原理与应用,人民邮 吕保维、王贞松,无线电波传播理论及其 H Sizun, Radio wave Propagation for telecon Springer, 2005 西安电子科技大学出版社 nttp:/lwww.xduph.com 物理与光电工程学院电波传播研究所 西学
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 2 课程简介 学时/周学时: 46/4 学分: 3 考试方式：考查(出勤、作业、大作业) 课程类型：必修(电波传播与天线专业)、任选(电子信息科学与技术专业) 辅助课程：电磁场理论（电磁场与电磁波、电动力学）、天线 后续课程：对流层传播、电离层传播、等等 参考教材: ➢ 张瑜，电磁波空间传播，西安电子科技大学出版社，2007。 ➢ 李莉，天线与电波传播，科学出版社，2009。 ➢ 谢益溪，电波传播，电子工业出版社，1990。 ➢ John A. Richards, Radio wave propagation- An Introduction for the Non- Specialist, Springer, 2008. ➢ 谢益溪,无线电波传播:原理与应用,人民邮电出版社，2008。 ➢ 吕保维、王贞松 , 无线电波传播理论及其应用, 科学出版社，2003。 ➢ H. Sizun, Radio Wave Propagation for Telecommunication Applications， Springer, 2005
Xidian University 信息源…发送设备…传输媒介…接收设备收信者 “原始”阶殳 通过语言人力、马力、烽火台等原始 通信手段传递信息。 “编砖伯"发线量情号一矬股鑫息解码” “印刷”阶段以印刷发明为标志开始的通信阶段。 气”阶团以电报、电话和广播的发明开始的阶段 克服距离上的障碍,迅速而准确地传递信息——通信的任务! 电磁波是人类将信息实时地传送到远处的主要手段之一。 阶段」理的通信阶段 物理与光电工程学院电波传播研究所
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 3 信息源 发送设备 传输媒介 接收设备 收信者 “原始” 阶段 通过语言、人力、马力、烽火台等原始 通信手段传递信息。 “书信” 阶段 通过书信、邮政等手段传递信息。 “印刷” 阶段 以印刷发明为标志开始的通信阶段。 “电气” 阶段 以电报、电话和广播的发明开始的阶段。 “信息时代” 阶 段 对语言、数据、图像、文本等多种类信 息实现高效快速准确的传递、储存和处 理的通信阶段 “编码” “发射天线”“信号”传递“接收天线” “解码” 克服距离上的障碍，迅速而准确地传递信息——通信的任务！ 电磁波是人类将信息实时地传送到远处的主要手段之一
Xidian University 电磁波传播的实际环境总是涉及各种各样的媒质(如地面、 地下、水面、水下、对流层大气、电离层等)。 般情况下,电磁波传播过程就是电磁波与媒质相互作用的 物理过程。在电磁波的作用下,媒质产生极化、传导等各种 效应,这些效应反过来又对传播的电磁波施加各种影响。 电磁波传播特性既与媒质特性参数有关,又与电磁波传播特 性参数有关,后者可使同样的媒质表现出极不相同的特性和 边界条件。 物理与光电工程学院电波传播研究所
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 电磁波传播的实际环境总是涉及各种各样的媒质（如地面、 地下、水面、水下、对流层大气、电离层等）。 一般情况下，电磁波传播过程就是电磁波与媒质相互作用的 物理过程。在电磁波的作用下，媒质产生极化、传导等各种 效应，这些效应反过来又对传播的电磁波施加各种影响。 电磁波传播特性既与媒质特性参数有关，又与电磁波传播特 性参数有关，后者可使同样的媒质表现出极不相同的特性和 边界条件。 4
Xidian University 在实际媒质中,电磁波空间传播应主要从以下三方面进行学习和研究: (1)电磁波传播的环境(媒质)特性。主要包括媒质的电学性质、空 间结构与边界特性以及规则或随机的时空变化。不均匀的空间变化以及 非平稳的随机时间变化过程等复杂现象,是电磁波传播各种时、空、频 域效应的根源。 (2)电磁波传播的物理机制与传播模式。电磁波在各种特性媒质中的 传播机制可能涉及吸收、折射、反射、散射、绕射、导引和谐振以及多 径干涉和多普勒( Doppler)频移效应等一系列物理过程。这些过程既取决 于媒质的特性,也与波的特性密切相关。电磁波传播的状况,取决于电 磁波特性参数与媒质特性参数及边界条件的匹配。 (3)信号的媒质效应和传播特性。无线电信号在各种媒质的传播过程 中,可能遭受衰减、衰落、极化偏移和时、频域畸变等效应,并因此而 具有复杂的时空变化特性。某些媒质效应对信息传输的质量和可靠性会 产生严重的影响。但在有些情况下,媒质效应也被用以作为信息传输的 支撑 物理与光电工程学院电波传播研究所
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 在实际媒质中，电磁波空间传播应主要从以下三方面进行学习和研究： （１）电磁波传播的环境（媒质）特性。主要包括媒质的电学性质、空 间结构与边界特性以及规则或随机的时空变化。不均匀的空间变化以及 非平稳的随机时间变化过程等复杂现象，是电磁波传播各种时、空、频 域效应的根源。 （２）电磁波传播的物理机制与传播模式。电磁波在各种特性媒质中的 传播机制可能涉及吸收、折射、反射、散射、绕射、导引和谐振以及多 径干涉和多普勒(Doppler) 频移效应等一系列物理过程。这些过程既取决 于媒质的特性，也与波的特性密切相关。电磁波传播的状况，取决于电 磁波特性参数与媒质特性参数及边界条件的匹配。 （３）信号的媒质效应和传播特性。无线电信号在各种媒质的传播过程 中，可能遭受衰减、衰落、极化偏移和时、频域畸变等效应，并因此而 具有复杂的时空变化特性。某些媒质效应对信息传输的质量和可靠性会 产生严重的影响。但在有些情况下，媒质效应也被用以作为信息传输的 支撑。 5
Xidian University 电磁波传播在工程中应用的基本问题是各个频段不同特性的电信号通过 各种媒质与各种边界条件的传播模式和传播特性;同时,用电磁波对环 境进行电学探测的基础是电磁波在不同媒质传播过程中所携带有关媒质 特性的信息。因此,各种媒质中各频段电磁波的传播效应是电礒波传播 研究的主要对象。 电磁波在媒质中基本以光速传播,是传递信息的理想载体,同时,在传 播过程中,它携带着有关辐射源(特别是自然辐射源)与传播空间媒质 特性的丰富信息,因此,它被广泛应用到各种通信、雷达、遥感等系统 中,以满足日益增长的信息传递与环境研究的要求。无始无终的简谐波 是不能提供任何信息的。信息传输过程实质上就是将信息变成电信号调 制到某频段的电磁波上,形成携带信息的复杂调制波并进行发射,在接 收端予以检测解调,经过信息识别和处理,从而得到需要的信息。 物理与光电工程学院电波传播研究所
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 电磁波传播在工程中应用的基本问题是各个频段不同特性的电信号通过 各种媒质与各种边界条件的传播模式和传播特性；同时，用电磁波对环 境进行电学探测的基础是电磁波在不同媒质传播过程中所携带有关媒质 特性的信息。因此，各种媒质中各频段电磁波的传播效应是电磁波传播 研究的主要对象。 电磁波在媒质中基本以光速传播，是传递信息的理想载体，同时，在传 播过程中，它携带着有关辐射源（特别是自然辐射源）与传播空间媒质 特性的丰富信息，因此，它被广泛应用到各种通信、雷达、遥感等系统 中，以满足日益增长的信息传递与环境研究的要求。无始无终的简谐波 是不能提供任何信息的。信息传输过程实质上就是将信息变成电信号调 制到某频段的电磁波上，形成携带信息的复杂调制波并进行发射，在接 收端予以检测解调，经过信息识别和处理，从而得到需要的信息。 6
Xidian University 主要学习内容 ■电磁波理论基础 ■电波传播基本概念 电波传播环境介绍 地面波传播 ■对流层传播 电离层传播 典型工程应用 物理与光电工程学院电波传播研究所
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 主要学习内容 ◼ 电磁波理论基础 ◼ 电波传播基本概念 ◼ 电波传播环境介绍 ◼ 地面波传播 ◼ 对流层传播 ◼ 电离层传播 ◼ 典型工程应用 7
Xidian University 第一部分电磁波理论基 物理与光电工程学院电波传播研究所
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 第一部分 电磁波理论基础
Xidian University 电磁场和电磁波的起源和发展 电磁场和电磁波的发展过程是一个典型的实验 理论——应用的过程 ·1600年,吉尔伯特《论磁石》出版,标志着近代电学开始。 ·1660年,徳国人格里凯研制了第一台起电机。1709年, 豪克斯比制作了另一台起电机。 ·1729年,英国人格雷与惠勒把电传播了765英尺,随后杜 菲重复了格雷实验,发现了两种不同的带电形式,并发现了 两种的规律:同性相斥,异性相吸 物理与光电工程学院电波传播研究所
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 9 一．电磁场和电磁波的起源和发展 电磁场和电磁波的发展过程是一个典型的实验—— 理论——应用的过程 ⚫1600年，吉尔伯特《论磁石》出版，标志着近代电学开始。 ⚫1660年，德国人格里凯研制了第一台起电机。1709年， 豪克斯比制作了另一台起电机。 ⚫1729年，英国人格雷与惠勒把电传播了765英尺，随后杜 菲重复了格雷实验，发现了两种不同的带电形式，并发现了 两种的规律：同性相斥，异性相吸
Xidian University 1745年,荷兰菜顿大学的马森布洛克发明了第一个蓄电 池——菜顿瓶。 1746年,富兰克林成功证明动电和静电之间没有不可逾 越的鸿沟,并用平板电容器证明了莱顿瓶的原理,建立了 电现象的第一个理论,创造了许多专用名词:正电、负电 电容器、充电、放电、电击等,并发明了避雷针。 1775年,法国人库仑利用扭秤实验得到了库仑定理,将 电磁研究从实验观察和定性描述扩展到了依据数学手段的 定量计算阶段。 1839-1840年,高斯从库仑定律出发,建立了高斯定律, 其后为了弥补高斯定律对于电荷分布不对称问题上的不足, 提出了环流定律。 库仑定律、高斯定律和环流定律构成了静电学的理论基础 物理与光电工程学院电波传播研究所
物理与光电工程学院电波传播研究所 西安电子科技大学 电波传播概论 10 ⚫ 1745年，荷兰莱顿大学的马森布洛克发明了第一个蓄电 池——莱顿瓶。 ⚫ 1746年，富兰克林成功证明动电和静电之间没有不可逾 越的鸿沟，并用平板电容器证明了莱顿瓶的原理，建立了 电现象的第一个理论，创造了许多专用名词：正电、负电、 电容器、充电、放电、电击等，并发明了避雷针。 ⚫ 1775年，法国人库仑利用扭秤实验得到了库仑定理，将 电磁研究从实验观察和定性描述扩展到了依据数学手段的 定量计算阶段。 ⚫ 1839-1840年，高斯从库仑定律出发，建立了高斯定律， 其后为了弥补高斯定律对于电荷分布不对称问题上的不足， 提出了环流定律。 库仑定律、高斯定律和环流定律构成了静电学的理论基础