有损耗媒质中电磁波传播

一、 选择题1．已知自由空间一均匀平面波， 其磁场强度为0cos()y H e H t z ωβ=-， 则电场强度的方向____， 能流密度的方向为____。

（ A ）A. x ，zB. -x ，zC. x ， -zD. -x ， -z2．损耗媒质中的电磁波，其传播速度随媒质电导率σ的增大而 。

（ B ）A.不变B. 减小C. 增大D.和电导率无关3．如图所示两个载流线圈，所受的电流力使两线圈间的距离 。

（ A ）A.增大B.缩小C.不变D.和力无关4．在无损耗媒质中，电磁波的相速度与波的频率 。

（ C ）A ．成正比B ．成反比C ．无关D ．线性变化5．电位移表达式D E ε= （ C ）A ．在各种电介质中适用B ．只在各向异性的电介质中适用C ．只在各向同性的、线性的均匀的电介质中适用D ．真空中适用6．恒定电流场基本方程的微分形式说明它是 （ B ）A. 有散无旋场B.无散无旋场C.无散有旋场D.有散有旋场7．已知电场中一闭合面上的电移位 D 的通量不等于零，则意味着该面内 （ D ）A ．一定存在自由磁荷B ．一定不存在自由电荷C ．不能确定D ．一定存在自由电荷8．下面表述正确的为 （ D ）A ．矢量场的散度结果为一矢量场B ．标量场的梯度结果为一标量场C ．矢量场的旋度结果为一标量场D ．标量场的梯度结果为一矢量场9．电偶极子是_ __ （ A ）A ．两个相距很小的等量异号点电荷组成的系统B ．两个相距很小的等量同号点电荷组成的系统C ．两个相距很大的等量异号点电荷组成的系统D ．两个相距很大的等量同号点电荷组成的系统10．亥姆霍兹定理表明，研究一个矢量场，必须研究它的 ，才能确定该矢量场的性质。

（ A ）A.散度和旋度B.散度和通量C.旋度和环量D.梯度和方向导数11．磁场强度表达式B H μ= （ C ）A.在各种磁介质中适用B.只在各向异性的磁介质中适用C.只在各向同性的、线性的均匀的磁介质中适用D.真空中适用12．正弦电磁场 ( 角频率为ω ) 的磁场强度复矢量H 满足的亥姆霍兹方程为 （ A ）A.22000H H ωεμ∇+=B.220r r H H ωεμ∇+=C.200r H H ωεμ∇+=D.200r H H ωεμ∇+=13．静电场中电位为零处的电场强度 （ C ）A.一定为零B.最大C.不能确定D.最小14．标量场的梯度的方向为 （ B ）A.等值面的切线方向B.等值面的法线方向C.标量增加的方向D.标量减小的方向15．下列关于电场（力）线表述正确的是 （ B ）A.由正的自由电荷出发，终止于负的自由电荷B.由正电荷出发，终止于负电荷C.正电荷逆着电场线运动D.负电荷顺着电场线运动16．矢量场的散度在直角坐标下的表示形式为 （ A ）A.y x z A A A x y z∂∂∂++∂∂∂ B.x y z Ax Ay Az e e e x y z ∂∂∂++∂∂∂ C.x y z A A A e e e x y z ∂∂∂++∂∂∂ D.A A A x y z ∂∂∂++∂∂∂ 17．已知自由空间一均匀平面波，其电场强度为0cos()x E e E t z ωβ=-， 则能流密度的方向____， 磁场强度的方向为____。

一、 单项选择题1．两个矢量的矢量积（叉乘）满足以下运算规律（ B ）A. 交换律 A B B A ⨯=-⨯B. 分配率 ()A B C A B A C ⨯+=⨯+⨯C. 结合率D. 以上均不满足 2. 下面不是矢量的是（ C ）A. 标量的梯度B. 矢量的旋度C. 矢量的散度D. 两个矢量的叉乘 3. 下面表述正确的为（ B ）A. 矢量场的散度结果为一矢量场B. 标量场的梯度结果为一矢量(具有方向性，最值方向)C. 矢量场的旋度结果为一标量场D. 标量场的梯度结果为一标量 4. 矢量场的散度在直角坐标下的表示形式为（ D ）A ．A A A x y z ∂∂∂++∂∂∂B ．y x z x y z A A Ae e e x y z ∂∂∂++∂∂∂C ．x y z A A A e e e x y z ∂∂∂++∂∂∂ D ． y x zA A A xy z ∂∂∂++∂∂∂ 5. 散度定理的表达式为（ A ）体积分化为面积分 A. sVA ds AdV ⋅=∇⋅⎰⎰⎰⎰⎰Ò B.sVA ds A dV⨯=∇⋅⋅⎰⎰⎰⎰⎰ÒC.sVA ds A dV ⨯=∇⨯⋅⎰⎰⎰⎰⎰Ò D.sVA ds A dV ⋅=∇⨯⋅⎰⎰⎰⎰⎰Ò 6. 斯托克斯定理的表达式为（B ）面积分化为线积分A. ()LsA dl A ds ⋅=∇⋅⋅⎰⎰⎰Ñ B.()LsA dl A ds⋅=∇⨯⋅⎰⎰⎰ÑC.()LsA dl A ds ⨯=∇⨯⋅⎰⎰⎰Ñ D. ()LsA dl A ds ⋅=∇⋅⋅⎰⎰⎰Ñ 7. 下列表达式成立的是（ C ） 两个恒等式()0A ∇∇⨯=g ，()0u ∇⨯∇=A.()sVAds A dV =∇⨯⋅⎰⎰⎰⎰⎰Ò； B. ()0u ∇∇=g ；C. ()0A ∇∇⨯=g ；D. ()0u ∇⨯∇=g8. 下面关于亥姆霍兹定理的描述，正确的是（ A ）（注：只知道散度或旋度，是不能全面反映场的性质的）A. 研究一个矢量场，必须研究它的散度和旋度，才能确定该矢量场的性质。

电磁波传播原理电磁波是一种能够在真空中传播的波动现象，它在无线通信、无线电广播、雷达系统等领域发挥着重要的作用。

本文将介绍电磁波的传播原理，包括电磁波的定义与特性、电磁波的传播方式及其影响因素。

1. 电磁波的定义与特性电磁波是由电场和磁场相互耦合而成的波动现象。

电场和磁场通过Maxwell方程组相互关联，形成电磁波的传播。

电磁波具有以下特性：1.1 频率与波长电磁波的频率表示波动的周期性，单位为赫兹（Hz），波长表示波动的空间周期，单位为米（m）。

两者之间的关系为 c = λf，其中，c表示光速。

1.2 能量与强度电磁波携带能量，其能量与强度与电磁场的振幅相关。

强度衡量了电磁波的能量传递速率，单位通常为瓦特/平方米（W/m²）。

1.3 极化与方向电磁波的振动方向决定了其极化状态。

如果电磁波的电场振动方向固定不变，则为线偏振；如果电场振动方向在垂直平面上变化，则为圆偏振或椭圆偏振。

2. 电磁波的传播方式电磁波在空间中以波动的方式传播，主要包括直线传播、绕射传播和反射传播三种方式。

2.1 直线传播当电磁波沿着一条直线传播时，会保持波动的形态不变。

这种传播方式主要适用于开放的空间环境，例如无线通信中的室外传播。

2.2 绕射传播当电磁波遇到一个障碍物时，会发生绕射现象，即波动从一个区域穿过障碍物后继续传播。

绕射传播常见于射频通信中的建筑物、山脉等障碍物环境中。

2.3 反射传播电磁波在遇到介质边界时会发生反射现象，即波动从边界反射回来。

反射传播常见于无线电广播中的地面反射和室内环境中的多次反射。

3. 影响电磁波传播的因素电磁波的传播受到多种因素的影响，包括频率、波长、功率、环境和障碍物等。

3.1 频率与波长频率和波长决定了电磁波在空间中的传播特性。

高频率的电磁波会更容易受到阻碍，传播距离相对较短；低频率的电磁波可以穿透障碍物，传播距离相对较远。

3.2 功率与衰减电磁波的功率越大，传输距离越远。

然而，电磁波在传播过程中会受到衰减，衰减程度取决于介质的特性。

介质损原理
介质损耗原理是指在电磁波传播过程中，电磁波与介质相互作用而产生的能量损耗现象。

介质损耗原理在电磁学中有着重要的应用，可以解释电磁波在介质中衰减的原因。

介质损耗主要有两种形式，即导电损耗和磁性损耗。

导电损耗是指当电磁波通过导电介质时，在电场的作用下，导电介质中的自由电子发生运动和碰撞，产生能量损耗。

磁性损耗是指当电磁波通过磁性介质时，在磁场的作用下，磁性介质中的磁化电流会发生耗散，导致能量损耗。

导电损耗和磁性损耗的大小与介质的性质有关。

对于导电介质来说，其导电损耗主要取决于导电率和电磁波的频率。

导电率越高，频率越高，导电损耗也越大。

而对于磁性介质来说，其磁性损耗主要取决于磁导率和电磁波的频率。

磁导率越高，频率越高，磁性损耗也越大。

介质损耗的存在会导致电磁波在传播过程中能量逐渐减弱，信号衰减。

这对于电磁波的传输和通信系统的性能都会产生影响。

因此，在设计和选择介质时，需要考虑介质的损耗特性，以在最小损耗的情况下传递信号。

同时，还可以通过改变介质的结构和物理性质来减小介质的损耗。

总之，介质损耗原理是电磁学中重要的概念，它解释了电磁波在介质中衰减的机制。

了解介质损耗原理对于电磁波的传输和通信系统的设计与优化具有重要意义。

电磁场在介质中的传播现象引言：电磁场是自然界中普遍存在的一种物理现象，它在空气或真空中的传播已经得到了广泛的研究。

然而，当电磁场传播到介质中时，由于介质的物理性质和结构的复杂性，电磁场的传播现象会发生一系列的变化。

本文将探讨电磁场在介质中传播时的一些重要现象和相关研究进展。

第一部分：介质与电磁场的相互作用介质是指能够传播电磁波的物质或介介质。

与空气或真空相比，介质具有更加复杂的物理性质，如电导率、磁导率和介电常数等，这些性质决定了电磁场在介质中传播过程的特征。

当电磁波传播到介质中时，电磁场的振荡会引起介质内部电荷和磁荷的移动，从而改变了原本的电磁场分布。

这种相互作用导致了一系列有趣的现象和效应。

第二部分：折射现象折射是指电磁波在从一种介质传播到另一种介质时发生的偏折现象。

根据斯涅尔定律，入射角和折射角之间存在一个固定的比值，称为折射率，它反映了介质对电磁波传播的阻力程度。

折射现象在光学领域得到了广泛的研究和应用，如棱镜的原理、眼镜的工作原理等。

第三部分：色散现象色散是指介质对波长不同的电磁波的折射率不同，进而导致不同波长的光在介质中传播速度的差异。

这种现象导致了折射角的变化与入射角的关系不再符合斯涅尔定律。

通常情况下，介质对较短波长的光具有较大的折射率，较长波长的光具有较小的折射率，这就形成了色散效应。

色散效应在光学领域广泛应用于分光仪的原理和材料分析等方面。

第四部分：吸收和散射现象介质对电磁场的能量吸收和散射是电磁场在介质中传播过程中的重要现象。

当电磁波传播到介质中时，由于介质分子或原子的内部结构以及电磁场分布的不均匀性，一部分电磁能量会被转化为热能或散射出来。

这种能量损耗和散射会导致电磁场的强度和传播方向的改变。

吸收和散射现象在介质的热传导、电磁波的衰减以及能量转换等领域具有重要的应用价值。

第五部分：电磁波在生物介质中的传播除了常见的固体、液体和气体介质外，生物体内部的组织和细胞也可以被视为一种特殊的介质。

电磁波传播特性实验报告实验目的：通过本实验，我们旨在深入了解电磁波的传播特性，掌握其在不同媒质中的传播规律和相关参数的测量方法，从而提高对电磁波的理解和应用能力。

实验器材与原理：本实验使用的器材主要包括：1. 发射器：用于产生一定频率、幅度和相位的电磁波信号。

2. 接收器：用于接收传播过来的电磁波信号并测量其幅度和相位差。

3. 调制器：用于调整电磁波信号的频率、相位和幅度。

4. 板间距调节器：用于调整板间距的大小。

在本实验中，我们主要使用了传输线实验箱来模拟电磁波在不同媒质中的传播特性，通过调整模型中的板间距，我们可以模拟不同媒质介电常数的变化，从而探究电磁波在不同媒质中的传播规律和特性。

实验过程与结果：在实验中，我们首先调整了发射器和接收器之间的距离，并通过调制器调整了发射信号的频率和幅度。

随后，我们通过板间距调节器调整了模型中两板之间的距离，模拟了电磁波在不同媒质中的传播特性。

通过实验测量，我们得到了电磁波在不同媒质中的传播速度和衰减规律。

我们发现，相同的信号在空气和绝缘材料中传播的速度是明显不同的，其中，在绝缘材料中的传播速度要明显慢于在空气中的传播速度，这与绝缘材料的介电常数较高有关。

此外，我们还测量了电磁波在不同板间距离下的信号幅度和相位差变化情况，发现信号的传播距离增加时，信号幅度会逐渐减小，相位差也会发生变化，而这种变化的规律与不同媒质的介电常数和板间距离有关。

结论：通过本次实验，我们深入了解了电磁波的传播特性和相关参数的测量方法，并掌握了在不同媒质中进行电磁波传播实验的技巧和方法。

此外，我们还发现了电磁波在不同媒质中传播的速度和衰减规律，这对于我们更深入地理解和应用电磁波具有重要意义。

参考文献：[1] 徐敏忠, 黄英杰, 张辉, 等. 电磁波在不同媒质中的传播特性研究[J]. 科技信息, 2008(35):329-331.[2] 高丽平, 陈建忠, 吴之峰, 等. 电磁波在不同媒质中传播特性研究及应用[J]. 电子技术, 2018(10):303-304.。

收稿日期：2019年4月4日，修回日期：2019年5月9日基金项目：国家自然科学基金项目（编号61702536）资助。

作者简介：王俊，男，硕士研究生，研究方向：水下电磁波通信。

王世练，男，博士，教授，研究方向：水下通信与网络对抗。

∗1引言声波传播一直是水下通信的主要方式，传播范围可达数十公里［1］，是较为可靠的通信技术。

然而它有几个显著的局限性：1）浅水中的性能较差，易受多径、温度、水压、混浊物的影响；2）声波传播速度较慢，带宽受限［2］，通信速率通常低于1kbps ；3）水和空气交界面处存在严重的反射和衰减，以及来自障碍物的衍射。

此外激光技术也可用于水下通信，它主要的优点是可用带宽较高，通信容量大［3］，然而，光通信容易受混浊悬浮颗粒和浮游生物的影响，只能在清澈的水域有效传播。

电磁波在水下会有巨大的衰减，但是它也具有显著的优点，能够在非视距条件下工作，不受水中浑浊物、盐分浓度和气压梯度的影响，具有较高的通信速率和可用带宽，特别是可以借鉴地面无线通信技术。

此外，在空气和水的交界面附近，以特定角度掠射，可以达到较远距离的通信。

文献［4］中提到可以利用电磁波从海水进入空气时形成的表面波进行传播，由于空气的介电常数非常小并且电导率近似为0，因此通过海面的传播损耗远远小于海水中的视距传播。

A.Shaw 等学者通过实验对此进行了验证，发现天线距离水面很近时，电磁波的衰减程度将变小，能够传播90m 的距电磁波在水-空气两层媒质中的传播特性研究∗王俊王世练（国防科技大学电子科学学院长沙410073）摘要根据海水中电磁波的传播特性，建立了水-空气两层媒质的电磁波传播模型，分析了海水中直射路径和海面路径两种传播方式的传播损耗，并利用FEKO 进行仿真验证。

结果表明，100kHz 的电磁波在直射路径15m 处衰减198dB ，而海面路径100m 处衰减161dB 。

利用直射路径可以实现以100kHz 左右的频率近距离的高速传输，利用海面路径则可以实现以100kHz 到1MHz 的远距离传输。

5.1 在自由空间中，已知电场3(,)10sin() V/m y E z t e t z ωβ=−G G，试求磁场强度。

(,)H z t G解：以余弦为基准，重新写出已知的电场表示式3π(,)10cos( V/m 2y E z t e t z ωβ=−−G G这是一个沿方向传播的均匀平面波的电场，其初相角为z +90−D 。

与之相伴的磁场为300311π(,)(,)10cos(210πcos() 2.65sin() A/m120π2z z y x x H z t e E z t e e t z e t z e t z ωβηηωβωβ=×=×−−=−−−=−−G G G G G G G5.2 理想介质（参数为0μμ=、r 0εεε=、0σ=）中有一均匀平面波沿x 方向传播，已知其电场瞬时值表达式为9(,)377cos(105) V/m y E x t e t x =−G G试求：(1) 该理想介质的相对介电常数；(2) 与(,)E x t G相伴的磁场；(3) 该平面波的平均功率密度。

(,)H x t G 解：(1) 理想介质中的均匀平面波的电场E G应满足波动方程2220EE tμε∂∇−=∂G G据此即可求出欲使给定的E G满足方程所需的媒质参数。

方程中222929425cos(105)y y y y y E E e E e e t x x∂∇=∇==−−∂G G G G 221892237710cos(105)y y y E E e e t t x∂∂==−×−∂∂G G G x = 故得91899425cos(105)[37710cos(105)]0t x t x με−−+×−即18189425251037710με−==×× 故181882r 0025102510(310) 2.25εμε−−×==×××=其实，观察题目给定的电场表达式，可知它表征一个沿x +方向传播的均匀平面波，其相速为98p 10210 m/s 5v k ω===× 而8p 310v ====×故2r 3() 2.252ε==(2) 与电场相伴的磁场E G H G 可由0j E ωμ∇×=−H G G求得。