无线电波传播第五讲介电常数的应用介质类型左手介质射线理论
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电波传播基础知识无线电波传播(radio wave propagation)频率从几十赫(甚至更低)到30000千兆赫左右(波长从几万千米到0.1毫米左右)整个频谱范围内的电磁波,称为无线电波。
发射天线或自然源辐射的无线电波,通过介质或受到介质分界面的影响,而到达接收天线的过程,称为无线电波传播。
无线电波在介质或介质分界面的影响下,有被折射、反射、散射、绕射和吸收等现象。
接收点的无线电信号,也有衰减和干扰出现。
为了确定无线电系统的频率、功率、增益、灵敏度、信号噪声比和工作方式等,都需要对无线电波传播特性有所了解。
根据何种介质或何种介质分界面对电波传播产生主要的影响,可将常遇到的电波传播方式分为:(1)地波传播(电波传播主要受地球表面的影响)。
(2)对流层电波传播(电波传播主要受对流层影响)。
(3)电离层电波传播(电波传播主要受电离层影响)。
(4)地—电离层波导电波传播(电波传播主要受电离层下缘和地面的影响,此外还有埋地天线、地壳中电波传播、火箭喷焰、再入等离子体鞘套和核爆炸等影响)。
各种频段的无线电波的传播方式和特点及其应用,可见各有关词汇。
地波传播(propagation of ground wave)沿地球表面的无线电波的传播,称为地波传播。
其特点是信号比较稳定。
在讨论地波传播问题时,一般是将对流层视为均匀介质(有时认为对流层的折射指数垂直梯度为常数),电离层的影响不予考虑,而主要考虑地球表面对电波传播的影响。
半导电性地球表面的影响,一方面使地波的垂直方向电场强度远大于水平方向电场强度,并因在地面上产生感应电流,使地波有较大的衰减;另一方面,由于地球是椭球形,在视线距离以外,地波传播可以认为是围绕弧形地球面的绕射传播。
垂直偶极子所产生的地波垂直电场E通常表示为E=E0ν其中:E0为理想导电地面上的垂直电场,ν称为衰减因子,它是频率、距离和地面电参数的复杂函数。
一般说来,频率愈高,地面电导率愈低,地波随距离衰减就愈快。
左手材料研究进展及应用左手材料,指的是介电常数(ε)和磁导率(μ)都是负数的材料(物质).在自然界中,所有物质的介电常数(ε)和磁导率(μ)都是正数.左手材料这种新型材料的非常之处,在于其负的介电常数和磁导率使得主导普通材料行为的许多物理特性产生逆变. 左手材料有时也被称作”异向介质”,”负折射系数材料”. 迄今为止,我们在自然界中见到的都是右手材料,右手规则一直被认为是物质世界的常规.但是,在左手材料中,电磁波的电场,磁场和波矢却构成左手关系.这也是这种材料被称为"左手材料"的原因.由于这种材料的介电常数和磁导率都是负数,折射率也是负的,根据电磁学理论,可以推断出它有很多奇异的物理特性.由于这个学期正在学习电磁场,电磁场的数学基础和这种反常自然界物质的神奇特性让我非常感兴趣.虽然阅读了较多的文献,不过很多理论还是不能理解.不过,我理解的那一部分已经受益匪浅了.比如,人的大脑要有创新精神,敢于突破常规,虽然右手规则是统治自然界物质的普遍规律,在我们的脑海中,也根深蒂固的有ε和μ同时>0的概念,不过,只要敢于想,敢于创造,这种突破自然界常规的物质LHM(left hand material)就可以发挥出它巨大的功能.一.左手理论的起源和发展1967年,前苏联物理学家Veselag。
在前苏联一个学术刊物上发表了一篇论文,首次报道了他在理论研究中对物质电磁学性质的新发现,即:当ε和μ都为负值时,电场、磁场和波矢之间构成左手关系。
他称这种假想的物质为左手材料,同时指出,电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反,比如光的负折射、负的切连科夫效应、反多普勒效应等等。
这篇论文引起了一位英国人的关注,1968年被译成英文重新发表在另一个前苏联物理类学术刊物上。
但几乎无人意识到,材料世界从此翻开新的一页。
左手材料的研究发展并不是一帆风顺。
在这一具有颠覆性的概念被提出后的30年里,尽管它有很多新奇的性质,但由于只是停留在理论上,而在自然界中尚未发现实际的左手材料,所以,这一学术假设并没有立刻被人接受,而是处于几乎无人理睬的境地,直到将近本世纪时才开始出现转机。