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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1、RadioWavePropagation无线电波传播第五讲介电常数的应用介质类型(左手介质)射线理论研习问题：磁化等离子体问题中的磁场考虑电磁波在磁场的等离子体中的传播理论称为磁离子理论；等离子体中的电荷受到的作用有：电磁波的电场力电磁波的磁场力外磁场的磁场力与粒子之间的碰撞力在研究此类问题时如果v<

2、体中。求：(a)电导率与的关系；(b)色散关系；(c)折射率作为的函数关系，讨论<p的情况；(d)现假定存在一个外磁场B0，设平面波沿B0方向传播，证明对于左、右旋圆偏振波，折射率是不同的。介质类型按介质的宏观电磁特性划分，传播信道大致可分为7种类型1均匀各向同性无耗介质介质的电磁参数、为实常数，电磁波以恒速沿直线传播；由点源辐射的能量随距离r沿球面扩散，则观测点在t时刻的瞬时电场为即场的幅度反比于r，而相位延迟正比于r。2均匀有耗介质介质的、为复常数，传播常数，沿波矢量方向r处的瞬时电场为即仍然以恒速v=/沿直线传播，但

3、由于损耗而产生幅度沿路径的指数衰减。损耗一般源于介质分子（例如对流层中的氧气与水汽分子及电离层中的带电粒子）对电子运动能量的阻尼吸收，并消耗于焦耳热和再辐射。3均匀色散介质介质效应表现为在电磁场作用下的介质极化和磁化，当场量频率超过一定数值时，由于带电粒子的质量有限而可能使效应建立的速度跟不上场的变化，因而介质电磁参数、与频率有关，传播常数与ω不为线性关系，则介质称为时间色散的。当电磁场在介质中的波长很短，即介质的传播常数k很大时，极化和磁化效应同外加电磁场不能视为局域对应，还与附近空间的场量有关，则介质称为空间色散的4均匀各向异性介质从介

4、质中的一点沿不同方向所测的介质特性不同，称为各向异性。各向异性介质有其特征方向，例如，重力或地球磁场方向。因而均匀各向异性介质中单色（单频）波的等相面不为球面，波矢量方向k与能量传播（射线）方向S不一致，相速是k与特征方向夹角θ的函数。在此种介质中，物质的极化和磁化矢量与外加电磁场矢量不一定同向，即介质电磁参数（除铁磁物质外，一般只是介电常数ε）为张量，因此，特定方向的介质效应，不仅取决于该方向的场分量，还与其他方向的场分量有关，从而发生波模间的耦合5均匀非线性介质当介质电磁参数、是场强的函数时，本构关系则具有非线性特性。电离层在强电波加热

5、的情况下就表现出这种非线性特性。一般情况下都设为线性介质6非均匀介质非均匀介质的电磁参数、一般为空间点的函数，因而沿射线路径s,传播常数。对于慢变介质，沿波矢量方向r处的瞬时电场为波的空间相位与路径长度不仅是简单的线性关系，还存在波的折射即射线弯曲现象。当电磁参数不满足慢变条件而具有任意的空间分布时，还可能出现反射、散射等效应，波的传播路径和场特性是非常复杂的，一般难于从场方程获得解析解通常只能针对相对简单的介质特性分布模式进行求解，例如，对于平面分层和球面分层以及球形和圆柱形不均匀体等，可以求得一些优势波型的解析解7非稳定和随机时变介质一

6、般情况下介质电磁参数是时间和空间坐标的函数，包含着不同空间尺度的非均匀性和不同时间周期的非稳定性以及随机的时空变化。有耗非均匀时变介质是最普遍的情况，其电磁参数为。对于电离层还需考虑色散、各向异性以及非线性特性。要同时考虑所有效应，信道特性是很复杂的复数介电常数当介质中存在有传导电流（有耗介质）时，通常用电导率（张量）来描述。全电流包含传导电流Jc和位移电流Jd在谐变情况下可以写成式中复介电张量相当于把传导电流等效为位移电流时的介电常数电磁波在均匀各向同性有耗介质的传播完全导电体，如金属，电磁波是不可能在其中传播的。实际的传播介质通常具有半导电

7、特性，如海水、地壳层及上层大气的电离层。在半导电介质中，各种电子在电磁波场的作用下产生运动，而由于阻尼力将消耗其从电磁波获取的一部分能量，则介质表现出吸收耗损特性。均匀半导电介质中的传播，是分析研究各种信道的基础。相对复介电常数传播常数其中为真空中的波常数。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xzyvEH半导电介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，称为介质的相折射指数，

8、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介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