电磁场与电磁波论文
- 格式:doc
- 大小:459.83 KB
- 文档页数:9
关于孕妇防辐射服作用的探究班级:学号:姓名:易近年来,随着人们对于健康关注度的不断提高,孕妇防辐射服的市场蓬勃发展,款式价格层次不齐的孕妇防辐射服玲琅满目,已然成为了准妈妈们的标配之一。
然而对于孕妇防辐射服的效果很多人也提出了质疑,引起了人们的关注。
通过查阅各类相关的资料,我将在本文就孕妇防辐射服功效以及是否有必要穿着等方面谈谈自己的认识,并给出自己的一些建议。
首先,我将结合学到的相关知识以及查阅到的相关资料介绍一些关于孕妇防辐射服的背景知识,然后再进行接下来的探究。
辐射相关背景知识辐射辐射指的是能量以波或是次原子粒子移动的型态传送。
辐射之能量从辐射源向外所有方向直线放射。
一般可依其能量的高低及电离物质的能力分类为电离辐射或非电离辐射。
一般普遍将这个名词用在电离辐射。
电离辐射具有足够的能量可以将原子或分子电离化,非电离辐射则否。
辐射活性物质是指可放射出电离辐射之物质。
电离辐射主要有三种:α、β及γ辐射(或称射线)。
电离辐射或非电离辐射皆对生物有害,而且可影响自然环境。
电离辐射拥有足够高能量的辐射可以把原子电离。
一般而言,电离是指电子被电离辐射从电子壳层中击出,使原子带正电。
由于细胞由原子组成,电离作用可以引致癌症。
一个细胞大约由数万亿个原子组成。
电离辐射引致癌症的机率取决于辐射剂量率及接受辐射生物之感应性。
α、β、γ辐射及中子辐射均可以加速至足够高能量电离原子。
通过查阅资料知道,生活中所能接触到的一些电离辐射主要有医院里用的X光、CT,实验用的放射性同位素,居家中用的某些石材或者地面有氡气泄漏等。
显然,我们在日常生活中能够接触到的电离辐射的种类和机会是非常少的。
电磁辐射电磁辐射是非电离辐射的一种。
非电磁辐射主要有中子辐射,电磁辐射和黑体辐射等。
其中,我们日常生活中接触最多的同时也是我们主要担心的就是电磁辐射。
因此重点讨论电磁辐射。
电磁辐射对人体有所危害,主要表现为热效应和非热效应两大方面。
其中热效应是由于人体70%以上是水,水分子受到电磁波辐射后相互摩擦,引起机体升温,从而影响到体内器官的正常工作。
电磁场与电磁波结课论文----无线电在实际中的应用一、概述无线电波是电磁波的一种,是指在自由空间(包括空气和真空)传播的射频频段的电磁波(波长大于1mm,频率小于300GHz的电磁波)。
无线电技术是通过无线电波传播声音或其他信号的技术。
无线电技术的原理在于,导体中电流强弱的改变会产生无线电波。
利用这一现象,通过调制可将信息加载于无线电波之上。
当电波通过空间传播到达收信端,电波引起的电磁波变化又会在导体中产生电流。
通过解调将信息从电流变化中提取出来,就达到了信息传递的目的。
利用无线电的手段,将由电厂制造出来的电力转换成为无线电波发送出去,在通过特定的接收装置将无线电波收集起来并转换为电力,供人们使用,这就是无线电力传输。
二、应用无线电的最早应用于航海中,使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。
现在,无线电有着多种应用形式,包括无线数据网,各种移动通信以及无线电广播等。
而利用共振实现的无线电力传输的这些应用能让我们眼前一亮。
共振是一种非常高效的传输能量方式。
两个振动频率相同的物体之间可以高效传输能量,而对不同振动频率的物体几乎没有影响。
将发送端和接收端的线圈调校成了一个磁共振系统,当发送端产生的振荡磁场频率和接收端的固有频率相同时,接收端就产生共振,从而实现了能量的传输。
根据共振的特性,能量传输都是在这样一个共振系统内部进行,对这个共振系统之外的物体不会产生什么影响。
最妙的就是这一点了。
当发射端通电时,它并不会向外发射电磁波,而只是在周围形成一个非辐射的磁场。
这个磁场用来和接收端联络,激发接收端的共振,从而以很小的消耗为代价来传输能量。
对于在空间实现无线电力传输或供电的形式,总起来看大致有三类:第一类是通过电磁感应“磁耦合”进行短程传输;第二类是将电能第三类是将电能以微波或激光形式远程传输——发射到远端的接收天线,然后通过整流、调制等处理后使用。
以电磁波“射频”或非辐射性谐振“磁耦合”等形式中程传输。
查阅资料可知,2007年3月“Business 2.0”等媒体报道,美国宾夕法尼亚州的Powercast公司开发无线充电技术,可为各种耗电量相对较低的电子产品充电或供电,诸如手机、MP3、随身听、温度传感器、助听器、汽车零部件,甚至体内植入式医疗装置等。
电磁场与电磁波理论的发展与应用论文电磁理论如今已经拥有十分完备的体系,并且广泛应用于我们的生活中,大大提高了我们的生活质量。
这并不是某一位科学家的功劳,而是靠着一代代科学家前赴后继,后人站在前人的肩膀上不断探索发现,不断发展的结果。
公元前6,7世纪,人们发现了磁石吸铁,磁石指南以及摩擦生电现象,从此人们对“磁"有了概念,但是也仅仅停留于经验阶段,并没有理论研究。
并且,19世纪以前,人们还是认为,“电"与“磁"是两个不相关的概念。
18实际末期,德国科学家谢林认为,宇宙是由活力的,而不是僵死的。
他认为电就是宇宙的活力,是宇宙的灵魂,磁、光、热是相互联系的。
1777年,法国物理学家库仑发明了能够以非常高的精度测出非常小的力的扭秤,利用扭秤可以算出磁力或者静电力的大小。
1785年,库仑利用自己的扭秤建立了库仑定理,即两个电荷之间的力与两电荷的乘积成正比,与他们之间的距离平方成反比。
库伦定理是电学史上第一个定量规律,他使电学研究从定性阶段进入到了定量阶段,在电学史上是一块重要的里程碑。
1789年,生物学家迦伐尼发现了动物电。
1800年,迦伐尼的好朋友伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流,这个装置后来称为伏打电堆,他还把锌片和铜片放在盛有盐水或稀酸的杯中,放多这样的小杯子中联起来,组成电池。
他指出这种电池"具有取之不尽,用之不完的电”,“不预先充电也能给出电击"。
伏打电堆(电池)的发明,提供了产生恒定电流的电源――化学电源,使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。
从此,电学进入了一个飞速发展的时期――电流和电磁效应的新时期。
直到现在,我们用的干电池就是经过改时后的伏打电池。
干电池中用氯化铵的糊状物代替了盐水,用石墨棒代替了铜板作为电池的正极,而外壳仍然用锌皮作为电池的负极。
人们为了纪念他们的功绩,就把这种电池称为伽伐尼电池或伏打电池,并把电压的单位用"伏特"来命名。
电磁场与电磁波揭示电磁场与电磁波的本质与关系电磁场和电磁波是描述电磁现象的两个重要概念。
电磁场是由电荷所构成的空间区域周围存在的物理场,它的存在和变化可以对其他电荷产生力的作用。
而电磁波则是电磁场在空间中的传播,具有波动性质,可以传递能量和信息。
本文将探讨电磁场与电磁波的本质以及它们之间的密切关系。
一、电磁场的本质电磁场是由电荷所激发产生的一种物理场。
根据库伦定律,电荷间的相互作用是通过电磁场传递的,这种传递是瞬时的,即时的。
电磁场存在于电荷周围的空间中,不仅与电荷的性质相关,也与电荷的运动状态有关。
电磁场的本质是一种信息媒介,它可以将电荷的信息传递给其他电荷,从而实现信息的传递和相互作用。
电磁场的强弱和方向是通过电场和磁场来描述的。
电场是由电荷产生的一种力场,它的本质是描述电荷对其他电荷产生力的作用。
磁场是由电流或者称为移动电荷的磁矩产生的一种力场,它的本质是描述电流对其他电荷产生力的作用。
电场和磁场相互垂直,并且彼此相互依赖、相互影响,共同构成了电磁场。
二、电磁波的本质电磁波是电磁场在空间中的传播。
当电荷发生变化时,电磁场会随之变化,产生扰动。
这种扰动以波的形式传播出去,形成电磁波。
电磁波是一种横波,具有电场和磁场相互垂直的振动分量。
电磁波的传播速度是光速,也是任何物质能传播的最大速度。
电磁波具有电磁场的性质,它们都是由电荷产生和激发的,并且都遵循麦克斯韦方程组来描述。
电磁波有三个基本特征:振幅、波长和频率。
振幅表示电场和磁场的最大值,波长表示波的周期性特征,频率表示波的振动次数。
这些特征决定了电磁波在空间中的传播性质,如波速、传播方向等。
三、电磁场与电磁波的关系电磁场和电磁波之间存在着密切的关系。
首先,电磁波是电磁场的传播形式,它是电磁场的集体运动状态,承载着电磁场的能量和信息。
电磁波的产生需要电场和磁场相互作用,并满足一定条件才能形成稳定的电磁波。
其次,电磁波可以通过电磁场的相互作用和传递来影响其他物体和介质。
电磁场与电磁波—电能的无线传输姓名:***班级:电科1101班学号:********引言电能的传输长期以来主要是由导线直接接触进行传输,随着用电设备对供电品质、可靠性、方便性等要求的不断提高,还有特殊场合、殊地理环境的供电,使得接触式电能传输方式,越来越不能满足实际需要;便携式电子设备和家电对快捷方便地获取电能的需求越来越强烈。
因此,无线电能传输越来越受到人们的关注,并被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。
无线电能传输技术最早由著名电气工程师(物理学家)尼古拉·特斯拉提出,就是借助于电磁场或电磁波进行能量传递的一种技术。
按照电能传输原理的不同,无线电能传输分为:电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。
通过该项技术可以实现以探讨将远程无线功率传输系统做成电子式互感器,研究其在高压测量方面的应用,还可以探讨更远的距离使将来室内电器实现无线化,所有室内电器设备都装有无接触功率传输系统,电气设备通过无接触功率接收装置远距离高效率的接收电能工作,而电能发射装置是可以装在墙壁内或者地板下的,使电气设备摆脱电线插座的束缚。
此外,无线输电技术在特殊的场合也具有广阔的应用前景。
例如可以给一些难以架设线路或危险的地区供电;可以解决地面太阳能电站、风力电站、原子能电站的电能输送问题。
深入了解其无线传输电能的意义和方向,具有十分积极的意义。
一、电能无线传输技术的简介1.1电能无线传输的现状1.1.1电能无线传输的研究现状一、国外研究现状国外对无线电能传输技术的研究较早,早在20 世纪70 年代中期就出现了无线电动牙刷,随后发布了几项有关这类设备的美国专利。
20世纪90 年代初期,新西兰奥克兰大学对感应耦合功率传输技术(ICPT)进行研究,经过十多年的努力,该技术在理论和实践上已经获得重大突破。
研究主要集中在给移动设备,特别是在恶劣环境下工作的设备的供电问题,如电动汽车、起重机、手提充电器、电梯、传送带、运货行车,以及水下、井下设备。
电磁场与电磁波论文电磁场与电磁波论文院系:电子信息学院班级:电气11003班学号:201005792序号:33姓名:张友强电磁场与电磁波的应用摘要:磁是人类生存的要素之一。
地球本身就是一个磁场,由于地球自身运动导致的两极缩短、赤道拉长、冰川融化、海平面上升等原因,地球的磁场强度正逐渐衰减。
外加高楼林立、高压电网增多,人为地对地球磁力线造成干扰和破坏。
所以,现在地球的磁场强度只有500年前的50%了,许多人出现种种缺磁症状。
科学家研究证实,远离地球的宇航员在太空中所患的“太空综合症’’就是因缺磁而造成的。
由此可见磁对于生命的重要性。
磁场疗法,又称“磁疗法”、“磁穴疗法”,是让磁场作用于人体一定部位或穴位,使磁力线透人人体组织深处,以治疗疾病的一种方法。
磁疗的作用机制是加速细胞的复活更新,增强血细胞的生命力,净化血液,改善微循环,纠正内分泌的失调和紊乱,调节肌体生理功能的阴阳平衡。
关键词:磁疗、电磁生物体、生物磁场、磁疗保健电磁场与电磁波简介:电磁波是电磁场的一种运动形态。
电与磁可说是一体两面,电流会产生磁场,变动的磁场则会产生电流。
变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波,电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般,因此被称为电磁波,也常称为电波。
电磁场与电磁波在实的电流进行控制,达到控制运行目的。
“常导型”磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼·肯佩尔于1922年提出。
“常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。
只是把电动机的“转子”布置在列车上,将电动机的“定子”铺设在轨道上。
通过“转子”,“定子”间的相互作用,将电能转化为前进的动能。
我们知道,电动机的“定子”通电时,通过电磁感应就可以推动“转子”转动。
当向轨道这个“定子”输电时,通过电磁感应作用,列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。
2.电磁泵利用磁场和导电流体中电流的相互作用,使流体受电磁力作用而产生压力梯度,从而推动流体运动的一种装置。
.引言电与磁的对偶性是指电场与磁场之间的一种对称关系,它们之间虽然用来描述这两种场的有关物理量概念不同,但是在一定条件下,可以用相同的数学模型来描述。
我们在研究电磁场的过程中会发现,电与磁经常是成对出现的,电场与磁场的分析方法也有相当的一致性例如,在静电场中,为了简化电场的计算而引入标量电位,在恒定磁场中,也仿照静电场,可以在无源区引入标量磁位,并将静电场标量电位的解的形式直接套出来,因为它们均满足拉普拉斯方程,因此解的形式也必完全相同这样做的理论依据是二重性原理,所谓二重性原理就是如果描述两种不同物理现象的方程具有相同的数学形式它们的解答也必取相同的数学形式。
在求解电磁场问题时,如果能将电场与磁场的方程完全对应起来,即电场和磁场所满足的方程在形式上完全一样,则在相同的条件下,解的数学形式也必然相同这时若电场或磁场的解式已知,则很方便地得到另一场量的解式在早期的研究中,人们认识电与磁都是从单方面进行研究的,既是分立的。
然而,随着电流磁效应的发现后,认识到电流与磁场之间存在着相互联系,再接着法拉第的电磁感应定律又揭示了变化的磁通与感应电动势之间的联系。
综合上两种现象,存在着“磁生电,电生磁”这种初步的对称。
直到后来在麦克斯韦综合前人的理论的自己的假设,对整个电磁现象做了系统的研究,建立了更为具有普适性的理论:借助于数学这个工具,推广了随时间变化的磁场产生涡旋电场(t B E ∂∂-=⨯∇)及提出位移电流假说,完善了随时间变化的电场产生的磁场(t D B J e ∂∂+=⨯∇v )从而达到了电学与磁学、光学的统一。
从麦氏方程组我们可以看到电与磁之间的明确对称统一(但是对于静电磁场的描述除外)。
本文将对电与磁从统一的角度出发,揭示其彼此对偶的一面。
一方面,对偶性是电磁场内在规律的反映,能建立在比静态更一般的基础上;另一方面,对偶性原理对于我们解决某些复杂的问题可以起到简化的作用,给予极大的帮助,由电的有关物理量知道磁的,反之亦然。
电磁场与电磁波论文电磁场与电磁波摘要:电磁场与电磁波理论是近代自然科学中,理论相对最完整、应用最广泛的支柱学科之一。
电磁场与电磁波技术已遍及人类的科学技术、政治、经济、军事、文化以及日常生活的各个领域。
电磁场与电磁波课程更是电子科学与技术专业的主干课程。
关键词:电磁场与电磁波;电子科学与技术;应用电磁场与电磁波是客观存在的一种物质,具有物质的两种重要属性:能量和质量。
但是,电磁场与电磁波的质量极其微小,因此,通常只研究电磁场与电磁波的能量特性。
人类对电磁现象的认识源远流长,但其知识与应用开始形成系统化及理论化则始于18世纪,卡文迪许、高斯、库伦等著名科学家对电磁现象所做的卓有成效的研究启动了电磁世界这一巨轮的运转。
而19世纪则是电磁研究蓬勃开展的时代,法拉第、欧姆、傅立叶、基尔霍夫、安培、麦克斯韦、赫兹、楞次,单单从这些名字和科学家的阵容,你就可以感受到这一时期电磁科学取得了多么辉煌的成就。
库仑定律的建立基于英国科学家卡文迪许在1772年做的一个一个电学实验,他用一个金属球壳使之带电,发现电荷全部分布在球壳的外表面,球腔中任何一点都没有电的作用。
库伦定律揭示了电荷间的静电作用力与它们之间的距离平方成反比。
安培在假设了两个电流元之间的相互作用力着它们的连线之间的作用力正比于它们的长度和电流强度,而与它们之间的距离的平方成反比的公式,即提出了著名的安培环路定理。
基于这与牛顿万有引力定律十分类似,泊松、高斯等人仿照引力理论,对电磁现象也引入了各种场矢量,如电场强度、电通量密度(电位移矢量)、磁场强度、磁通密度等,并将这些量表示为空间坐标的函数。
但是当时对这些量仅是为了描述方便而提出的数学手段,实际上认为电荷之间或电流之间的物理作用是超距作用。
直到法拉第,他认为场是真实的物理存在,电力或磁力是经过场中的力线逐步传递的,最终才作用到电荷或电流上。
他在1831年发现了著名的电磁感应定律,并用磁力线的模型对定律成功地进行了阐述,但是电磁感应定律的确认是在1851年,这一过程花了20年。
电磁波的应用摘要:本文从电磁波频段使用的角度介绍了电磁波在生活中的应用,包括通讯方面的应用、医疗保健方面的应用、家用电器方面的应用,信息化战争的应用。
This paper introduces the electromagnetic wave from the Angle of the electromagnetic spectrum used in the application of life, including communications applications, the application of health care, home appliance applications, the application of information war.引言随着信息技术的飞速发展,电磁场与电磁波理论在通信,广播,电视,导航遥感遥测等方面有着越来越多的应用。
要想在电磁场与电磁波的应用上有所作为,首先我们需要了解电磁波的基本概念,了解它目前现有的应用,再对电磁波应用在其他领域进行可行的预测。
正文1电磁波的简要介绍:电磁波,又称电磁辐射。
是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式传递能量和动量,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。
电磁辐射的载体为光子,不需要依靠介质传播,在真空中的传播速度为光速。
只要是本身温度大于绝对零度的物体,都可以发射电磁辐射,而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。
因此,人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。
尽管如此,只有处于可见光频域以内的电磁波,才可以被人们肉眼看到。
电磁波主要用以下参数描述:(1)周期T——相邻两个波峰或波谷通过某一固定点所需要的时间间隔,单位为s(秒).(2)频率f——单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷数目,即单位时间内电磁波振动的次数。
f=1/T=w/2π(Hz)。
(3)波长——波是由很多前后相继的波峰和波谷所组成,两个相邻的波峰或波谷之间的距离称为波长。
电磁场与电磁波课程论文(报告、案例分析)院系理工学院电子系专业通信工程班级1111学生姓名王建华学号 ********任课教师谢志远2014年5月19日导行电磁波的传播特性摘要:电磁波除了可以在无限空间或半无限空间中遵循某种规律传播外,还可以沿着某种装置传输,这种装置起着引导电磁波传输的作用,这种电磁波称为导行电磁波,简称为导行波或导波;这些传导电磁波的装置称为导播装置,简称波导。
波导通常包括平双导体传输线、同轴线和矩形波导、圆波导、微带线以及介质波导等几种结构结构,波导是工程上常用的传输电磁波的设备,通过研究导行电磁波的传输特性,有利于提高对波导传输特性的认识,促进理论联系实际,提高处理电磁波传输实际问题的能力;本文通过综述电磁波在不同波导(矩形波导、圆柱形波导、同轴波导)中的传播特性,进而了解常用的传输电磁波的方式,掌握导行电磁波的传输特性;因此研究导行电磁波传输特性具有十分重要的意义。
关键字:传输特性;矩形波导;圆柱形波导;同轴波导1矩形波导矩形波导是截面形状为矩形的金属波导管,如图。
a,b分别表示波导管内壁宽边和窄边尺寸,管壁材料通常用铜制成,矩形波导是微波系统中最常用的传输线之一。
1.1矩形导波中波的传输特性1)截止波长截止波长是表征波导中传输模式的一个重要参数,在矩形波导中,TM波和TE波的截止波长具有相同的形式。
根据截止波数的定义式22b n a m ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=ππC K ,又由于T C c k 2k 2ππλ==,所以TM 波和TE 波的截止波长可以表示为2222c b n a m 2b n a m 2⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=πππλ由此可见,矩形波导中TM 波和TE 波的截止波长不仅与模有关,而且与波导尺寸有关。
2)截止频率波导的截止特性除了可以利用截止波长来描述,也可以用截止频率来描述。
定义矩形波导中TM 波和TE 波的截止频率为22cc b n a m 212k f ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛==μεμεπ, 很明显,截止频率不仅与模式及波导尺寸有关,还与波导中所填充介质的电磁参数有关。
3)简并现象根据导行波在波导中的传输条件可以知道,当电磁波的波长或频率满足一定的条件时,波导才可以在其中传播。
因此,不同的模式具有不同的传输条件。
根 据2222c b n a m 2b n a m 2⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=πππλ 可以知道,当m 和n 不为零时,TMmn 模和TEmn 模具有相同的截止波长和截止频率,这种具有相同截止波长但模式不同的现象称为简并现象。
在矩形波导中因为分别与TEm0模和TE0n 模相对应的TMm0模和TM0n 模并不存在,所以,TEm0模和TE0n 模是非简并模式,而其余的TMmn 模和TEmn 模都存在简并模式。
由于简并模式具有相同的传播常数,所以当波导中出现不均用性或金属壁的电阻率较大时,相互之间易发生能量交换,从而造成能量损耗和相互干扰。
因此,一般情况下需要避免简并模式出现,但是某些情况下简并模式也可以得到利用。
4)主模和高次模 由式2222c b n a m 2b n a m 2⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=πππλ可以知道,当矩形波形的a 和b一定时,m 和n 的值越大,截止波长越短。
当a>b 时,在矩形波导中可能存在的全部模式中,TE10模的截止波长最长,那么TE10模称为主模,其他模式称为高次模.当把矩形波导作为传输系统时,通常采用主模作为工作模式,即单模传输,而抑制高次模。
下图给出了矩形波导中各种模式的临界波长分布图,在给定工作频率的条件下,可以利用此图判断有哪些模式可以在此波导中传输。
1.2 参数分析这些参数的意义:截止波长、截止频率和截止传播常数都与电磁波的工作频率f 无关,它们反映了波导本身的特性。
一个具体电磁波在波导中的传播特性,取决于改电磁波的工作频率、波导的截止频率等波导结构参数。
可分为以下几种情况:⑴:工作频率大于截止频率:c f f >,这时波导中可以传播相应TMmn 模式和TEmn 模式的电磁波。
⑵:工作频率小于截止频率:c f f <,这时波导中不能传播相应TMmn 模式和TEmn 模式的电磁波。
⑶:工作频率等于截止频率:c f f 。
这时波导中不能传播相应TMmn 模式和TEmn 模式的电磁波。
2圆柱形波导横截面为圆形的空心金属波导,称为圆波导。
如图。
2.1圆柱形波导中波的传输特性与矩形波导相同,圆柱形波导中TMmn 模和TEmn 模的传播特性有相应的传播常数z k 确定,而传播常数z k 、波数k 与截止波数c k 三者满足关系222ck k +=γ。
对于给定尺寸的圆柱形波导,TMmn 模和TEmn 模的截止波数c k 分别由式()a k mn mn c χ=(m n χ为m 阶贝塞尔函数的第n 个零点)与()ak mn c χ'=式确定。
截止频率:μεπλ2k vf c c c ==,截止波长Tk 2k 2c c ππλ==,当电磁波的工作频率f 大于 相应模式的截止频率c f 时,波导中就可以传播该模式的电磁波。
相应的传播特性参数如下: 相位常数2mn 2mn a -k ⎪⎭⎫ ⎝⎛=χβ,相速度2c 0p p -1v v ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λλ,波导波长2c g -1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λλλλ与矩形波导一样,我们也可以根据模式截止波长的大小,绘出圆柱形波导中截止波长的分布图,如图所示:2.2 参数分析从以上的分析可知:(1)圆柱形波导中存在无穷多个可能的传输模式----TMmn模和TEmn模;(2)圆柱形波导中最低截止频率模式是TE11模,其截止波长为3.41a,它是圆柱形波导中的主模。
(3)圆柱形波导中存在模式的双重简并:其一:不同模式具有相同的截止波长。
其二:从TE波和TM波的场分量表示式可知,圆柱形波导中存在特有的简并----极化简并。
3同轴波导同轴波导是一种由内、外导体构成的双导体导播系统,也称为同轴线,其形状如图所示,同轴线中主要传播TEM波,一定尺寸的同轴线,在频率增高时除传播TEM波外还可以传播TE波和TM波,但它们均属于要避免的波形。
3.1同轴波导中TEM 波的传播特性常数传播常数ik i ==βλ,TEM 波的相速010p v 11v C Z ===μεβω (0v 为光速), 特性阻抗:由于同轴线上存在单值的电压波和电流波,定义同轴线的电压和 电流之比为IU Z =0,并将0Z 称为同轴线的特性阻抗。
同轴线单位长度的分布电容定义为 ()a b ln 2dl n dl 0t 0s 01πεερ=⋅===⎰⎰U E U U Q C 容易证明分布电容与特性阻抗的关系为 010v 1C Z =,式中v 为电磁波的相速。
3.2参数分析从以上分析可知:EM 波是无色散,其截止波数0k c =,因此,同轴波导中的主模是TEM 模。
3.3同轴线尺寸的选择确定同轴线尺寸时,主要考虑以下几方面的因素。
1)保证同轴线中单模(TEM )传输为了保证在同轴线中只传输TEM 波,其工作波长与同轴线尺寸的关系应满足 ()()b a 11c +≈πλλH >2)保证传输电磁波能量时导体损耗最小为了保证获得最小的导体损耗,将c α表达式中的b 保持不变,对a 求导并 令0a c =∂α,可求得c α取最小值时a b 的比值为59.3ab ≈ 此尺寸相应空气同轴线的特性阻抗约为77欧姆3)保证同轴线据有最大的功率容量为了保证获得最大的功率容量,可将br P 的表达式中b 保持不变,对a 求导 并令0a P br =∂∂ 可求得br P 取最大值时a b 的比值为65.1ab ≈ 此尺寸相应空气同轴线的特性阻抗约为33欧姆显然,上述两种要求所对应的同轴线的特性阻抗并不相同,因此采用时有必要兼顾考虑。
一般情况下同轴线的特性阻抗取50和75两个标准值,后者考虑的损耗小,前者考虑了损耗与功率容量的要求。
4总结本文通过对导行电磁波传输特性的综述,得出如下结论:在矩形波导中,由于其是单导体波导,故不能传输TEM 波,只能传播TM 波和TE 波。
在柱形波导中,圆波导和矩形波导一样,不能传输TEM 波,只能传播TM 波和TE 波。
在同轴波导中,同轴线是多导体导波系统,电磁波在同轴线中主要以TEM 波方式传播。
通过此次学习,对导行电磁波有了一个更加深刻的认识,对我们今后的学习有着重大的意义,特别是在理论联系实际方面,更是让我们受益非浅。
参考文献[1]王家礼、朱满座电磁场与电磁波(第三版)西安电子科技大学出版社 2009.5[2]姚毅电磁场与电磁波重庆大学出版社 2003[3]张瑜电磁波空间传播西安电子科技大学出版社 2007[4]王一平、郭宏福电磁波:传输、辐射、传播西安电子科技大学出版社 2006[5]卢万铮、汪文秉电磁波理论成都电子科技大学出版社 1991[6]殷际杰微波技术与天线——电磁波导性与辐射工程电子工业出版社 2009[7]姜宇工程电磁场与电磁波华中科技大学出版社 2009[8]A.石丸随机介质中波的传播与散射北京科学出版社 1986[9]楼仁海、符果行、肖书君工程电磁理论国防工业出版社 1991[10]John D.Kraus、Daniel Fleisch,Electromagnetics:with applications,5th.ed,McGram Hill 1999[11]Fawwaz T.Ulaby,Fundamentals of Applied Electromagnetics,5th.ed,Prentice Hall 2006[12]Julius Adams Stratton,Electromagnetics Theory,Wiley-IEEE Press 2007[13]徐俊珺、姜彦南导行电磁波中的基于边界条件教学研究科学资讯 2012第16期[14](美)多布金/(译)李晋文无线网络射频工程(硬件、天线和电波传播)人民邮电出版社 2008[15]张克潜、李德杰微波与光电子中的电磁理论电子工业出版社 2001。