❶ 沿均勻波導傳播的波有哪三種基本模式
橫電磁波(TEM波)
橫磁波(TM波)
橫電波(TE波)
❷ 均勻介質中平面電磁波的傳播
等位面為平面的電磁波稱為平面電磁波。若在這一平面上場的振幅為常數,則稱為均勻平面電磁波。只有一個頻率的電磁波稱為單色電磁波。假設大地由均勻各向同性介質所組成,現討論由高空向地球垂直入射的平面電磁波在其中的傳播特性。
引入笛卡爾坐標系,令z軸垂直向下,x-y軸位於地表水平面上。我們把麥克斯韋旋度方程,即式(4.1.15)的第一方程和第二方程展成分量形式,由於在電磁感應法所使用的頻率范圍內,可忽略位移電流的影響,根據
電法勘探
可得
電法勘探
由於平面電磁波垂直入射於均勻各向同性大地介質中,其電磁場沿水平方向上是均勻的,
電法勘探
由式(4.1.71)可以看出:電磁場分量Ey只和Hx有關,Hy只和Ex有關,它們都沿z軸傳播,物理學中稱這種性質的波為線性偏振波。還應指出,在均勻各向同性質介質中,上述兩組線性偏振波的分解是任意的,因為我們對坐標軸x和y的方位並未作任何限制。如果我們取坐標y軸沿磁場H的極化方向,即令Hy=H,Hx=0,那麼,根據對上述偏振波的分析,必有E=Ex,Ey=0。這就是說,平面波在均勻各向同性介質中,其電場E和磁場H是正交的(E⊥H),E×H→k,且與傳播方向成右螺旋關系,兩者都無垂直分量,Ez=Hz=0。
電磁波傳播方向一般稱之為縱向,與傳播方向垂直的平面叫橫向。顯然,平面電磁波具有橫波特性,稱為橫電磁波(TEM)。當平面電磁波入射到二維大地時,偏振波的分解將受到介質電性軸的限制,且介質中電場E和磁場H是不正交的。電場垂直傳播方向,而Hz≠0,稱為橫電波(TE);磁場垂直傳播方向,而Ez≠0,稱為橫磁波(TM)。在三維介質中,電場和磁場都非橫向,且Ez≠0、Hz≠0,不存在橫電波和橫磁波。
設平面單色電磁波電矢量E沿x軸極化,則磁矢量H沿y軸極化(圖4.1.3),於是
圖4.1.3 平面電磁波的傳播
E=(Ex,0,0),H=(Hx,0,0)
此時電矢量波動方程式(4.1.33)蛻化為
電法勘探
這是一個二階齊次方程,它的一個解型為
Ex=+Ae-kz+-Bekz(4.1.73)
式(4.1.73)右邊第一項為沿z軸正向傳播的波,第二項為沿z軸負向傳播的波。在所討論的均勻無限介質情況下沿z軸負向傳播的波實際上不存在,即-B=0。設在z=0處,電場強度為Ex=Ex0e-iωt,則+A=Ex0e-iωt,於是
Ex=Ex0e-iωte-kz (4.1.74)
我們知道波數k是一個復數,令
k=b-ia
在忽略位移電流情況下,可得到
電法勘探
代入式(4.1.74)得
Ex=Ex0e-bze-i(ωt-az) (4.1.75)
根據式(4.1.75)可以分析均勻介質中均勻平面電磁波的傳播規律:
1)衰減系數和相位系數。從式(4.1.75)可看出,磁場的振幅和相位分別為
電法勘探
從上式中的第一式可以看出,磁場的振幅隨傳播距離而衰減,b決定了衰減的速度,因此稱b為衰減系數。同樣,從式(4.1.76)中的第二式可以看到,磁場隨時間和距離作諧變,a決定了相位隨傳播距離變化的速度,因此a稱為相位系數。
2)趨膚深度。習慣上我們用場強衰減1/e時的距離δ表徵介質的衰減特性,δ就是所謂的趨膚深度。從式(4.1.76)的第一式可以看出,當電磁波前進z=1/b距離時,場強衰減1/e,因此
電法勘探
在忽略位移電流時
電法勘探
在無磁介質中,μ=μ0=4π×10-7H/m,則
電法勘探
式中:ρ為電阻率,Ω·m;f為頻率,Hz。
由此可見,電磁波的趨膚深度隨著介質電阻率的增加而增加,隨電磁場頻率的增加而降低。正是由於存在趨膚深度,所以一塊很薄的良導金屬板就可以將電磁波屏蔽掉。
電磁法的勘探深度與趨膚深度有密切的關系。一般來說,趨膚深度越大,說明衰減系數b小,此時在較深處的電磁場仍具有被檢測的強度,勘探深度也大。因此,當工作頻率固定時,在電阻率高的地方探測深度較大,在電阻率低的地方探測深度較小。在電阻率斷面固定時,改變頻率就可以改變探測深度。
3)相速度和波長。從式(4.1.76)中的第二式可以看出,在t=0 時刻、z=0 處磁場相位為0;在t=t時刻,該0相位面移動到z=ωt/a處,因此電磁波的相速度為
電法勘探
這里取μ=μ0,其他各物理量單位同上。由此可以看出,電磁波的傳播速度隨介質電阻率的增加而增加,隨電磁場頻率的增加而增加。當頻率很大時,位移電流不能忽略,此時式(4.1.79)已不成立。
波長λ為
電法勘探
盡管這個參數叫波長,但它並不反映傳播場的特徵。因為在大多數情況下,我們所研究的是一個純擴散過程,式(4.1.80)在每一層介質中都是成立的。
4)波阻抗。由式(4.1.71)右邊第三式可得
電法勘探
計算Ex與Hy的比值
電法勘探
Zxy稱為波阻抗,定義為一對正交的電場和磁場的振幅之比,它具有阻抗的量綱(單位為歐姆,Ω)。令
Zxy=x-iy (4.1.83)
可得
電法勘探
Zxy的模為
電法勘探
於是,有
電法勘探
式(4.1.86)表明,當平面電磁波入射到均勻各向同性介質時,測量相互正交的地表電場和磁場水平分量,可得到介質的電阻率值。選用不同的頻率可達到不同的勘探深度,這便是大地電磁測深法的理論基礎,式(4.1.86)也是大地電磁測深法計算大地電阻率的公式。
根據式(4.1.83)和式(4.1.84),有
電法勘探
根據歐拉公式,將式(4.1.87)寫成指數形式
電法勘探
式(4.1.88)表明,在均勻介質中,電場與磁場有π/4 的相差。如果介質不均勻,則電場和磁場之間的相位差偏離π/4,這就是電磁法中利用相位特性依據。
上述均勻介質中的波阻抗也稱為介質的本徵阻抗,通常用 Z0表示,如在真空中,Z0=377Ω。
可以證明,當平面電磁波入射到均勻各向同性介質中時,波阻抗是和測量軸方向無關的標量,即有
Zxy=-Zyx
式中負號僅僅是為了保證E、H與傳播方向的右螺旋關系,此時稱為標量阻抗。
在非均勻介質條件下,由於式(4.1.73)的負向波不可忽略,正是由於它的存在,才帶來了深部介質電阻率分布的信息。此時,Zxy≠-Zyx,波阻抗必須用張量來表示。
❸ 在均勻傳輸線上傳播的是什麼形式的電磁波
tem波因為可以證明其傳輸電磁波的波導波長等於tem波的傳輸波長
❹ 5、電磁波在空間傳播的方式有四種,分別是___________、___________、_____
電磁波在空間傳播的方式有四種,分別是:反射、繞射、透射、散射。
從科學的角度來說,電磁波是能量的一種,凡是高於絕對零度的物體,都會釋出電磁波。且溫度越高,放出的電磁波波長就越短。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣,除光波外,人們也看不見無處不在的電磁波。電磁波就是這樣一位人類素未謀面的「朋友」。
(4)無損均勻傳輸線上傳播的是橫電波擴展閱讀
電磁波的傳播不需要介質,同頻率的電磁波,在不同介質中的速度不同。不同頻率的電磁波,在同一種介質中傳播時,頻率越大折射率越大,速度越小。
且電磁波只有在同種均勻介質中才能沿直線傳播,若同一種介質是不均勻的,電磁波在其中的折射率是不一樣的,在這樣的介質中是沿曲線傳播的。通過不同介質時,會發生折射、反射、衍射、散射及吸收等等。
電磁波的傳播有沿地面傳播的地面波,還有從空中傳播的空中波以及天波。波長越長其衰減也越少,電磁波的波長越長也越容易繞過障礙物繼續傳播。機械波與電磁波都能發生折射、反射、衍射、干涉,因為所有的波都具有波動性。衍射、折射、反射、干涉都屬於波動性。
電磁波為橫波。電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變,其強度與距離的平方成反比,波本身帶動能量,任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。
其速度等於光速c(3×10^8m/s)。在空間傳播的電磁波,距離最近的電場(磁場)強度方向相同,其量值最大兩點之間的距離,就是電磁波的波長λ,電磁每秒鍾變動的次數便是頻率f。三者之間的關系可通過公式c=λf。
❺ 電磁波的TE ,TM 和TEM波是怎麼定義的啊
TE波(Transverse Electric Field)是電磁波的一種,是指電場矢量垂直於傳播方向,電場矢量的分量中沒有與傳播方向平行的,而磁場矢量的分量中既有與傳播方向垂直的也有與傳播方向平行的。
TE波(Transverse Electric Field)是電磁波的一種,是指電場矢量垂直於傳播方向,電場矢量的分量中沒有與傳播方向平行的,而磁場矢量的分量中既有與傳播方向垂直的也有與傳播方向平行的。
TEM波(Transverse Electric and Magnetic Field)是指電磁波的電場和磁場都在垂直於傳播方向的平面上的一種電磁波。TE波指電矢量與入射面垂直,或者說傳播方向上沒有電矢量(橫電波)。TM波是指磁矢量與入射面垂直(橫磁波)。TEM波指電矢量和磁矢量都與傳播方向垂直。
(5)無損均勻傳輸線上傳播的是橫電波擴展閱讀
1、TEM波:在傳播方向上沒有電場和磁場分量,稱為橫電磁波。若激光在諧振腔中的傳播方向為z方向,那麼激光的電場和磁場將沒有z方向的分量!
實際的激光模式是准TEM模,即允許Ez、Hz分量的存在,但它們必須<<橫向分量,因為較大的Ez意味著波矢方向偏離光軸較大,容易溢出腔外,所以損耗大,難於形成振盪。
2、TE波(即是物光里的s波):在傳播方向上有磁場分量但無電場分量,稱為橫電波。在平面光波導(封閉腔結構)中,電磁場分量有Ey, Hx, Hz,傳播方向為z方向。
參考資料
網路——TM波
網路——TE波
網路——TEM波
❻ 在均勻波導傳播的電磁波,傳播方向有電場分量,而無磁場分量的稱為
選C
這里的T是英文transverse縮寫,
TE就是電場在橫向(垂直於傳播方向稱為橫向,傳播方向為縱向)
TEM就是電磁場都在橫向。
E是電場在縱向
H是磁場在縱向