❶ 沿均匀波导传播的波有哪三种基本模式
横电磁波(TEM波)
横磁波(TM波)
横电波(TE波)
❷ 均匀介质中平面电磁波的传播
等位面为平面的电磁波称为平面电磁波。若在这一平面上场的振幅为常数,则称为均匀平面电磁波。只有一个频率的电磁波称为单色电磁波。假设大地由均匀各向同性介质所组成,现讨论由高空向地球垂直入射的平面电磁波在其中的传播特性。
引入笛卡尔坐标系,令z轴垂直向下,x-y轴位于地表水平面上。我们把麦克斯韦旋度方程,即式(4.1.15)的第一方程和第二方程展成分量形式,由于在电磁感应法所使用的频率范围内,可忽略位移电流的影响,根据
电法勘探
可得
电法勘探
由于平面电磁波垂直入射于均匀各向同性大地介质中,其电磁场沿水平方向上是均匀的,
电法勘探
由式(4.1.71)可以看出:电磁场分量Ey只和Hx有关,Hy只和Ex有关,它们都沿z轴传播,物理学中称这种性质的波为线性偏振波。还应指出,在均匀各向同性质介质中,上述两组线性偏振波的分解是任意的,因为我们对坐标轴x和y的方位并未作任何限制。如果我们取坐标y轴沿磁场H的极化方向,即令Hy=H,Hx=0,那么,根据对上述偏振波的分析,必有E=Ex,Ey=0。这就是说,平面波在均匀各向同性介质中,其电场E和磁场H是正交的(E⊥H),E×H→k,且与传播方向成右螺旋关系,两者都无垂直分量,Ez=Hz=0。
电磁波传播方向一般称之为纵向,与传播方向垂直的平面叫横向。显然,平面电磁波具有横波特性,称为横电磁波(TEM)。当平面电磁波入射到二维大地时,偏振波的分解将受到介质电性轴的限制,且介质中电场E和磁场H是不正交的。电场垂直传播方向,而Hz≠0,称为横电波(TE);磁场垂直传播方向,而Ez≠0,称为横磁波(TM)。在三维介质中,电场和磁场都非横向,且Ez≠0、Hz≠0,不存在横电波和横磁波。
设平面单色电磁波电矢量E沿x轴极化,则磁矢量H沿y轴极化(图4.1.3),于是
图4.1.3 平面电磁波的传播
E=(Ex,0,0),H=(Hx,0,0)
此时电矢量波动方程式(4.1.33)蜕化为
电法勘探
这是一个二阶齐次方程,它的一个解型为
Ex=+Ae-kz+-Bekz(4.1.73)
式(4.1.73)右边第一项为沿z轴正向传播的波,第二项为沿z轴负向传播的波。在所讨论的均匀无限介质情况下沿z轴负向传播的波实际上不存在,即-B=0。设在z=0处,电场强度为Ex=Ex0e-iωt,则+A=Ex0e-iωt,于是
Ex=Ex0e-iωte-kz (4.1.74)
我们知道波数k是一个复数,令
k=b-ia
在忽略位移电流情况下,可得到
电法勘探
代入式(4.1.74)得
Ex=Ex0e-bze-i(ωt-az) (4.1.75)
根据式(4.1.75)可以分析均匀介质中均匀平面电磁波的传播规律:
1)衰减系数和相位系数。从式(4.1.75)可看出,磁场的振幅和相位分别为
电法勘探
从上式中的第一式可以看出,磁场的振幅随传播距离而衰减,b决定了衰减的速度,因此称b为衰减系数。同样,从式(4.1.76)中的第二式可以看到,磁场随时间和距离作谐变,a决定了相位随传播距离变化的速度,因此a称为相位系数。
2)趋肤深度。习惯上我们用场强衰减1/e时的距离δ表征介质的衰减特性,δ就是所谓的趋肤深度。从式(4.1.76)的第一式可以看出,当电磁波前进z=1/b距离时,场强衰减1/e,因此
电法勘探
在忽略位移电流时
电法勘探
在无磁介质中,μ=μ0=4π×10-7H/m,则
电法勘探
式中:ρ为电阻率,Ω·m;f为频率,Hz。
由此可见,电磁波的趋肤深度随着介质电阻率的增加而增加,随电磁场频率的增加而降低。正是由于存在趋肤深度,所以一块很薄的良导金属板就可以将电磁波屏蔽掉。
电磁法的勘探深度与趋肤深度有密切的关系。一般来说,趋肤深度越大,说明衰减系数b小,此时在较深处的电磁场仍具有被检测的强度,勘探深度也大。因此,当工作频率固定时,在电阻率高的地方探测深度较大,在电阻率低的地方探测深度较小。在电阻率断面固定时,改变频率就可以改变探测深度。
3)相速度和波长。从式(4.1.76)中的第二式可以看出,在t=0 时刻、z=0 处磁场相位为0;在t=t时刻,该0相位面移动到z=ωt/a处,因此电磁波的相速度为
电法勘探
这里取μ=μ0,其他各物理量单位同上。由此可以看出,电磁波的传播速度随介质电阻率的增加而增加,随电磁场频率的增加而增加。当频率很大时,位移电流不能忽略,此时式(4.1.79)已不成立。
波长λ为
电法勘探
尽管这个参数叫波长,但它并不反映传播场的特征。因为在大多数情况下,我们所研究的是一个纯扩散过程,式(4.1.80)在每一层介质中都是成立的。
4)波阻抗。由式(4.1.71)右边第三式可得
电法勘探
计算Ex与Hy的比值
电法勘探
Zxy称为波阻抗,定义为一对正交的电场和磁场的振幅之比,它具有阻抗的量纲(单位为欧姆,Ω)。令
Zxy=x-iy (4.1.83)
可得
电法勘探
Zxy的模为
电法勘探
于是,有
电法勘探
式(4.1.86)表明,当平面电磁波入射到均匀各向同性介质时,测量相互正交的地表电场和磁场水平分量,可得到介质的电阻率值。选用不同的频率可达到不同的勘探深度,这便是大地电磁测深法的理论基础,式(4.1.86)也是大地电磁测深法计算大地电阻率的公式。
根据式(4.1.83)和式(4.1.84),有
电法勘探
根据欧拉公式,将式(4.1.87)写成指数形式
电法勘探
式(4.1.88)表明,在均匀介质中,电场与磁场有π/4 的相差。如果介质不均匀,则电场和磁场之间的相位差偏离π/4,这就是电磁法中利用相位特性依据。
上述均匀介质中的波阻抗也称为介质的本征阻抗,通常用 Z0表示,如在真空中,Z0=377Ω。
可以证明,当平面电磁波入射到均匀各向同性介质中时,波阻抗是和测量轴方向无关的标量,即有
Zxy=-Zyx
式中负号仅仅是为了保证E、H与传播方向的右螺旋关系,此时称为标量阻抗。
在非均匀介质条件下,由于式(4.1.73)的负向波不可忽略,正是由于它的存在,才带来了深部介质电阻率分布的信息。此时,Zxy≠-Zyx,波阻抗必须用张量来表示。
❸ 在均匀传输线上传播的是什么形式的电磁波
tem波因为可以证明其传输电磁波的波导波长等于tem波的传输波长
❹ 5、电磁波在空间传播的方式有四种,分别是___________、___________、_____
电磁波在空间传播的方式有四种,分别是:反射、绕射、透射、散射。
从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是高于绝对零度的物体,都会释出电磁波。且温度越高,放出的电磁波波长就越短。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样,除光波外,人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波就是这样一位人类素未谋面的“朋友”。
(4)无损均匀传输线上传播的是横电波扩展阅读
电磁波的传播不需要介质,同频率的电磁波,在不同介质中的速度不同。不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大折射率越大,速度越小。
且电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播,若同一种介质是不均匀的,电磁波在其中的折射率是不一样的,在这样的介质中是沿曲线传播的。通过不同介质时,会发生折射、反射、衍射、散射及吸收等等。
电磁波的传播有沿地面传播的地面波,还有从空中传播的空中波以及天波。波长越长其衰减也越少,电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。机械波与电磁波都能发生折射、反射、衍射、干涉,因为所有的波都具有波动性。衍射、折射、反射、干涉都属于波动性。
电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变,其强度与距离的平方成反比,波本身带动能量,任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。
其速度等于光速c(3×10^8m/s)。在空间传播的电磁波,距离最近的电场(磁场)强度方向相同,其量值最大两点之间的距离,就是电磁波的波长λ,电磁每秒钟变动的次数便是频率f。三者之间的关系可通过公式c=λf。
❺ 电磁波的TE ,TM 和TEM波是怎么定义的啊
TE波(Transverse Electric Field)是电磁波的一种,是指电场矢量垂直于传播方向,电场矢量的分量中没有与传播方向平行的,而磁场矢量的分量中既有与传播方向垂直的也有与传播方向平行的。
TE波(Transverse Electric Field)是电磁波的一种,是指电场矢量垂直于传播方向,电场矢量的分量中没有与传播方向平行的,而磁场矢量的分量中既有与传播方向垂直的也有与传播方向平行的。
TEM波(Transverse Electric and Magnetic Field)是指电磁波的电场和磁场都在垂直于传播方向的平面上的一种电磁波。TE波指电矢量与入射面垂直,或者说传播方向上没有电矢量(横电波)。TM波是指磁矢量与入射面垂直(横磁波)。TEM波指电矢量和磁矢量都与传播方向垂直。
(5)无损均匀传输线上传播的是横电波扩展阅读
1、TEM波:在传播方向上没有电场和磁场分量,称为横电磁波。若激光在谐振腔中的传播方向为z方向,那么激光的电场和磁场将没有z方向的分量!
实际的激光模式是准TEM模,即允许Ez、Hz分量的存在,但它们必须<<横向分量,因为较大的Ez意味着波矢方向偏离光轴较大,容易溢出腔外,所以损耗大,难于形成振荡。
2、TE波(即是物光里的s波):在传播方向上有磁场分量但无电场分量,称为横电波。在平面光波导(封闭腔结构)中,电磁场分量有Ey, Hx, Hz,传播方向为z方向。
参考资料
网络——TM波
网络——TE波
网络——TEM波
❻ 在均匀波导传播的电磁波,传播方向有电场分量,而无磁场分量的称为
选C
这里的T是英文transverse缩写,
TE就是电场在横向(垂直于传播方向称为横向,传播方向为纵向)
TEM就是电磁场都在横向。
E是电场在纵向
H是磁场在纵向