电磁波衰减Word格式.docx
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研究对象
某质点位移随时间变化规律
某时刻，波线上各质点位移随位置变化规律
物理意义
由振动曲线可知
周期T.振幅A初相φ0
某时刻
方向参看下一时刻
由波形曲线可知该时刻各质点
位移,波长λ，振幅A
只有t=0时刻波形才能提供初相
某质点
方向参看前一质点
特征
对确定质点曲线形状一定
曲线形状随t向前平移
16-2平面简谐波波动方程
●前进中的波动,称为行波.
●描述介质中各质点的位移随时间变化的数学函数式称为行波的波动表式（或波动方程）
设坐标原点的振动为：
O点运动传到p点需用时
相位落后
所以p点的运动方程：
1.平面简谐波的波动表式
定义k为角波数
又
因此下述表达式等价：
为波的相位
●波在某点的相位反映该点媒质的“运动状态〞，所以简谐波的传播也是媒质振动相位的传播。
设t时刻x处的相位经dt传到〔x+dx〕处，那么有
于是得到
——相速度〔相速〕
简谐波的波速就是相速
2.行波动力学方程
将平面波的波函数对空间和时间求导，可得
——波动方程。
各种平面波所必须满足的线性偏微分方程
假设y1，y2分别是它的解，那么〔y1＋y2〕也是它的解，即上述波动方程遵从叠加原理。
3.波动方程推导〔以一维纵波为例〕
取棒中任一小质元原长dx，质量为dm=ρSdx受其它局部的弹性力为f和f+df
质元的运动学方程为：
根据弹性模量的定义：
代入运动方程得：
结论：
任何物理量只要满足上述方程，那么它一定按波的形式传播。
而且对时间偏导数系数的倒数就是波速的平方。
16-3波的能量波的强度
●当弹性波传播到介质中的某处时,该处原来不动的质点开始振动,因而具有动能,同时该处的介质也将产生形变,因而也具有势能
以弹性棒中的简谐横波为例来分析：
有一行波：
质元的速度
质量为Δm的媒质其动能为：
1.波的能量
单位体积媒质中弹性势能等于弹性模量与应变平方乘积的一半
代入上式得在ΔV体积内其势能为：
总机械能为：
2.波动能量的推导
振动系统：
系统与外界无能量交换。
波动质元：
每个质元都与周围媒质交换能量。
定义：
能量密度＝单位体积内的总机械能
特征：
能量密度随时间周期性变化，其周期为波动周期的一半.
能量“一堆堆〞地传播
平均能量密度〔对时间平均）
3.波的强度
能流P—单位时间内垂直通过某一截面的能量称为波通过该截面的能流，或叫能通量。
设波速为u，在Δt时间内通过垂直于波速截面ΔS的能量:
w—能量密度
所以能流为：
能流随时间周期性变化，总为正值
在一个周期内能流的平均值称为平均能流
通过垂直于波动传播方向的单位面积的平均能流称为平均能流密度，通常称为能流密度或波的强度。
〔声学中声强就是上述定义之一例〕
能流密度是单位时间内通过垂直于波速方向的单位截面的平均能量。
能流密度是矢量，其方向与波速方向相同
4.波的吸收
波通过媒质时，一局部能量要被媒质吸收。
造成吸收的因素：
①内摩擦：
机械能→热运动能〔不可逆〕；
②热传导：
疏部、密部有温差，发生热交换，机械能→热运动能〔不可逆〕；
③分子碰撞：
非弹性碰撞使分子规那么振动能→分子内部无规那么的转、振能〔不可逆〕。
对平面波：
设α=const那么：
∵I∝A2
∴
α
称为媒质的吸收系数
与媒质的性质有关;
与波的频率有关.
α固<
α液<
α气（趴在铁轨上听远处火车声）
例:
对5MHz的超声波
在钢中α=2/m,前进1.15m强度衰减为百分之一.
在空气中α=500/m,前进4.6mm强度衰减为百分之一.
超声波探伤：
●ω↑那么α↑（广场上有乐队,你在远处只听到大鼓声）空气中低频波可传得很远。
16-4声波
●在弹性介质中如果波源所激起的纵波的频率,在20Hz到20000Hz之间,就能引起人的听觉,在这频率范围内的振动称为声振动,由声振动所激起的纵波称为声波
频率高于20000Hz的机械波叫作超声波；
频率低于20Hz的机械波叫作次声波
特点：
1.频率范围广
特超声超声
可听声
次声
—穿透力特强、用于研究大气、海洋、地壳
2.传播介质广〔各种气、液、固、等离子体…）
穿透力强〔与原子、电子、空穴、位错、…均作用〕
是探索物质结构三大技术之一
〔声学电磁粒子作用〕
3.与其它学科相互渗透，应用面广超声学、次声学、语言声学、生理声学、噪声学……
次声武器：
与人体器官〔固有频率3~17Hz〕共振。
口语操纵机器人、声纹测定、声纳、噪声温度计…...
既古老、又前沿的学科声波
1.声压（soundpressure）
●媒质中有声波传播时的压力（压强）与无声波传播时的静压力之差称为声压。
●稀疏区声压为负，稠密区声压为正值。
由于疏密的周期性，声压也是周期变化。
设在弹性媒质中有一平面余弦纵波，ρ为密度,u为声速
可得：
其中声压振幅：
2.声强（intensityofsound）
●声强就是声波的平均能流密度。
即单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的声波能量。
●正常人耳的听觉范围：
20<
ν<
20000Hz
I下<
I<
I上
人的耳朵对空气中1kHz的声音：
------闻阈
------痛阈
声阈
3.声强级（soundintensitylevel）
由于可闻声强的数量级相差悬殊，通常用声强级来描述声强的强弱。
规定声强I0=10-12瓦/米2作为测定声强的标准
定义声强级L为：
单位:
分贝（dB）
例:
树叶沙沙响:
10dB.
耳语:
20dB.
正常谈话:
60dB.
繁忙街道:
70dB.
摇滚乐:
120dB.
聚焦超声波:
210dB.
每条曲线描绘的是相同响度下不同频率的声强级
●超声波
胎儿的超声像
〔计算机处理过的假彩色图〕
蝙蝠超声波定位（10万赫兹）
犀牛次声波亲昵交流〔5赫兹〕
16-6惠更斯原理
波的衍射,反射和折射
1.惠更斯原理---在波的传播过程中,波阵面（波前）上的每一点都可看作是发射子波的波源,在其后的任一时刻,这些子波的包迹就成为新的波阵面.
t时刻和t+Δt时刻波面
平面波
球面波
利用这个原理，可通过作图法确定下一时刻的波前位置。
2.波的衍射
·
当波在传播过程中遇到障碍物时,其传播方向绕过障碍物发生偏折的现象,称为波的衍射.
例如：
a↓，λ↑→衍射明显
水波通过窄缝时的衍射
16-7波的叠加原理波的干预驻波
1.波的叠加
假设有几列波同时在介质中传播，那么它们各自将以原有的振幅、频率和波长独立传播；
在几列波相遇处，质元的位移等于各列波单独传播时在该处引起的位移的矢量和。
这种波动传播过程中出现的各分振动独立地参与叠加的事实称为波的叠加原理
能分辨不同的声音正是这个原因；
叠加原理的重要性在于可以将任一复杂的波分解为简谐波的组合。
当波强度过大时，如爆炸产生的冲击波，不满足线性方程，这时叠加原理不适用。
2.波的干预
干预现象-满足相干条件的两列波在空间任一点相遇时,在空间某些点处,振动始终加强,而在另一些点处,振动始终减弱或消失,这种现象称为干预现象
相干条件：
①频率相同；
②振动方向相同；
③有固定的相位差。
水波盘中水波的干预
两列波干预的一般规律留待在后面光的干预中再去分析。
下面研究一种特殊的、常见的干预现象——驻波
3.驻波〔standingwave〕
两列相干的行波沿相反方向传播而叠加时，就形成驻波，它是一种常见的重要干预现象。
驻波的表达式
设有两列相干波，分别沿X轴正、负方向传播，选初相位均为零的表达式为：
其合成波称为驻波其表达式：
利用三角函数关系求出驻波的表达式：
——不具备传播的特征
它表示各点都在作简谐振动，各点振动的频率相同，是原来波的频率。
但各点振幅随位置的不同而不同。
一维驻
二维驻
驻波的特点
①振幅：
各处不等大，出现了波腹〔振幅最大处〕和波节〔振幅最小处〕。
相邻波节间距λ/2，测波节间距可得行波波长。
波腹的位置：
波节的位置为：
②相位：
相位中没有x坐标，故没有了相位的传播。
驻波是分段的振动。
相邻段振动相位相反
驻波的能量
讨论：
在波节处相对形变最大，势能最大；
在波腹处相对形变最小，势能最小。
势能集中在波节。
当各质点回到平衡位置时，全部势能为零；
动能最大。
动能集中在波腹。
能量从波腹传到波节，又从波节传到波腹，往复循环，能量不被传播。
它是媒质的一种特殊的运动状态，稳定态。
16-8多普勒效应〔Dopplereffect〕
观察者接受到的频率有赖于波源或观察者运动的现象，称为多普勒效应。
约定：
（1）波源不动,观察者以速度相对于介质运动
vS=0，vR≠0，
vR>
0（R接近S）
频率升高
vR<
0（R远离S）
频率降低
（2）观察者不动,波源以速度相对于介质运动
水波的多普勒效应〔波源向左运动〕
多普勒效应测速
警察用多普勒测速仪测速
超声多普勒效应测血流速
2.电磁波的多普勒效应
电磁波如光，也有多普勒效应，光与接收器的相对速度决定接收器接收的频率。
可以用相对论（相对性原理和光速不变原理）
证明：
当光源和接收器在同一直线上运动时,其速度为V观察者所接收到的频率为：
上下符号分别对应光源与接收器相向和背离的情况。
当光源远离接收器时，接收到的频率变小，因而波长变长，这种现象叫做“红移〞。
如来自星球与地面同一元素的光谱比较，发现几乎都发生红移。
这就是“大爆炸〞宇宙学理论的重要依据。
冲击波（shockwave）
当波源的速度超过波的速度时，波源前方不可能有任何波动产生。
形成锥形波阵面——冲击波
—马赫数（Machnumber）
带电粒子在媒质中运动，其速度超过该媒质中的光速时〔这光速小于真空中的光速C时），会辐射锥形的电磁波，这种辐射称为切仑柯夫辐射。
超音速的子弹在空气中形成的激波〔马赫数为2〕
雷达波（电磁波）在界面上的反射和透射遵循Snell定律。
实际观测时，由于发射天线与接收天线的距离很近，所以其电磁场方向通常垂直于入射平面，并近似看作法向入射，反射脉冲信号的强度，与界面的反射系数和穿透介质的衰减系数有关，主要取决于周围介质与反射目的体的电导率和介电常数，对于以位移电流为主的介质，既大多数岩石介质属非磁性、非导电介质，常常满足σ/ωε<
<
1，于是衰减系数（β）的近似值为：
既衰减系数与电导率（σ）及磁导率（μ）的平方根成正比，与介电常数（ε）的平方根成反比。
而界面的反射系数为：
式中Z为波阻抗，其表达式为：
显然，电磁波在地层中的波阻抗值取决于地层特性参数和电磁波的频率。
由此可见，电磁波的频率（ω=2πf）越高，波阻抗越大。
对于雷达波常用频率范围（25～1000MHz），一般认为σ<
ωε,因而反射系数r可简写成:
上式说明反射系数r主要取决于上下层介电常数差异。
应用雷达记录的双程反射时间可以求得目的层的深度H：
式中:
t为目的层雷达波的反射时间；
c为雷达波在真空中的传播速度（0.3m/ns）；
εr为目的层以上介质相对介电常数均值。
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:
//govyi/gongwenxiezuo/lunwen/200603/53650.html
一、前言
提起建筑玻璃，一般给人的印象就是遮风、避雨、采光，就是有些建筑师对建筑玻璃也知之甚少。
而当遇到选择玻璃时，面对五光十色、功能各异、品种繁多的建筑玻璃，往往不知如何选择。
建筑玻璃的选择是一门科学，要在保证建筑玻璃应用的平安性、满足建筑玻璃的功能性根底之上，兼顾建筑玻璃的经济性。
只有全面的考虑，做出的选择才是科学合理的。
二、建筑玻璃的平安性
建筑玻璃是典型的脆性材料，极易破坏。
其破坏不但导致其建筑功能的丧失，而且可能给人体带来直接的伤害。
因此，在选择建筑玻璃时，其平安性是首要因素。
建筑玻璃的平安性包含两层含义：
其一是建筑玻璃在正常使用条件下不破坏；
其二是如果建筑玻璃在正常使用条件下破坏或意外破坏，不对人体造成伤害或将对人体的伤害降低为最小。
建筑玻璃的平安性主要表现在它的力学性能，建筑玻璃在使用时要承受各种荷载，如玻璃幕墙、玻璃门、玻璃窗要承受风荷载、自重荷载、日温差作用荷载、年温差作用荷载、地震作用荷载等；
玻璃屋顶、玻璃雨棚和斜屋顶窗除要承受风荷载、自重荷载、日温差作用荷载、年温差作用荷载、地震作用荷载外，还要承受雨荷载、雪荷载，玻璃屋顶还要承受维修的活荷载；
玻璃楼梯和玻璃地板要承受自重荷载和活荷载；
玻璃隔断、落地玻璃窗、玻璃门、玻璃栏河要考虑人体冲击的荷载；
水下用玻璃要承受水荷载。
建筑玻璃应用不同的建筑部位要承受不同的荷载，在相应的荷载作用下进行玻璃的强度和刚度计算，玻璃幕墙按?
玻璃幕墙工程技术标准?
JGJ102进行计算并要满足其设计要求，其他建筑部位的玻璃按?
建筑玻璃应用技术规程?
JGJ113进行计算并要满足其设计要求。
玻璃刚度和强度有一项不符合要求，该玻璃都不能选用，有些建筑部位还强调必须使用平安玻璃，即钢化玻璃和夹层玻璃。
钢化玻璃破碎时，呈细小的颗粒状，不会给人带来大的伤害；
夹层玻璃破坏时，PVB胶片将破碎的玻璃粘在一起，不易伤人，因此这两种玻璃称为平安玻璃。
保证平安性是建筑玻璃选择的第一道门槛。
三、建筑玻璃的功能性
传统的建筑玻璃只有三项功能，即遮风、避雨和采光。
现代建筑玻璃品种繁多，功能各异。
除具有传统的遮风、避雨和采光性能外，还具有透光性、反光性、隔热性、隔声性、防火性、电磁波屏蔽性等。
3.1
透光性
一般说来，玻璃是透明的，玻璃用来采光正是基于它的透明，玻璃的透明是它的传统根本属性之一，也为人们所熟知，这里不予讨论。
这里论及的是玻璃的透光性，它与透明性是两个概念，透光不一定透明。
玻璃的透光性具有极好的装饰效果，应用玻璃的透光性，可使室内的光线柔和、恬静、温暖。
室内光线过强会刺激人眼，使人躁动不安。
应用玻璃的透光性可消除这些不利因素，同时增加建筑的隐蔽性。
例如用压花玻璃装饰卫生间的门和窗，不但阻隔了外界的视线，同时也美化了卫生间的环境。
用磨砂玻璃作室内隔断，既节省室内空间，又显得华丽堂皇。
用透光玻璃装饰的室内过道窗，透出淡淡的纤细柔光，朦胧中充满神秘感。
可以说，现代化建筑正在越来越多地运用玻璃的透光性。
3.2
反光性
在建筑上大量应用玻璃的反射性始于热反射镀膜玻璃的产生。
人们创造热反射镀膜玻璃的目的之一是为了建筑的节能，是为了降低玻璃的遮阳系数和降低玻璃的热传导系数。
创造热反射镀膜玻璃的目的之二是为了美观，因为热反射玻璃有各种颜色，如茶色、银白色、银灰色、绿色、蓝色、金色、黄色等。
热反射玻璃不仅有颜色，其反射率也比普通玻璃高，通常为10%—50%之间，因此热反射玻璃可谓是半透明玻璃。
如今热反射玻璃大量地应用于建筑，如建筑门、窗，特别是幕墙，可以说，热反射玻璃在幕墙上的应用是玻璃反射性应用的最高境界。
它使得一幢幢大厦色彩斑斓，较高的反射率将建筑物对面的街景反射在建筑物上，可谓景中有景。
在应用玻璃的反射性时应限制在合理的范围，不可盲目地追求高反射率。
有些玻璃幕墙的反射率非常高，与其周围的建筑和街景及不协调，就是该建筑物本身除了光亮耀眼，其他方面的美感已荡然无存。
反射率过高，不仅破坏建筑的美与和谐，而且会造成“光污染〞。
3.3隔热性
由于玻璃是绝缘材料，其热阻值为1m2K/W，所以外表看来玻璃的隔热性应当很好。
传热有三种形式，热传导、对流和热辐射。
由于玻璃是透明材料，因此，三种传热形式都具有，并且玻璃是薄型板材，从这个意义上来说，玻璃的隔热性不好。
普通平板玻璃的热传导系数U值高达5.3—6，所以门、窗是建筑能耗的主要洞口，玻璃幕墙那么更是高能耗。
玻璃是透明材料，其热工性能用两个参数来表征，其一是热传导系数U值，其二是遮蔽系数Se。
为增加玻璃的隔热性，可选用普通中空玻璃，其热传导系数为3—3.5，如果想进一步增加玻璃的隔热性，可选用Low-E中空玻璃，其热传导系数可达小于2，遮阳系数可达小于0.2，其隔热性可与普通砖墙比较。
3.4隔声性
所谓隔声就是用建筑围护结构把声音限制在某一范围内，或者在声波传播的途径上用屏蔽物把它遮挡住一局部，这种做法称之为隔声。
隔声一般分为两大类：
其一是隔绝空气声，就是用屏蔽物〔如门、窗、墙等〕隔绝在空气中传播的声音；
其二是隔绝楼板撞击声。
本文主要是表达用玻璃隔绝空气声。
普通玻璃的隔声性能比较差，其平均隔声量为25—35dB，中空玻璃由于空气层的作用，其平均隔声量可达45dB。
为什么有了空气层隔声量就提高了？
这是因为声波入射到第一层玻璃上的时候，玻璃就产生“薄膜〞振动，这个振动作用在空气层上，而被封闭的空气层是有弹性的，由于空气层的弹性作用将使振动衰减，然后再传给第二层玻璃，于是总的隔声量就提高了。
夹层玻璃的隔声量可达50dB，是玻璃家族中隔声性能最好的玻璃。
夹层玻璃由于在两片玻璃之间夹有PVB胶片，PVB胶片是粘弹性材料，消除了两片玻璃之间的声波耦合，极大地提高了玻璃的隔声性能。
如果要进一步提高玻璃的隔声性能，可选用夹层中空玻璃，甚至双夹层中空玻璃，如机场候机室、电台或电视台播音室等。
3.5防火性
防火玻璃是指具有透明、能阻挡和控制热辐射、烟雾及火焰，防止火灾蔓延的玻璃。
当它暴露在火焰中时，能成为火焰的屏障，能经受1个半小时左右的负载，这种玻璃的特点是能有效地限制玻璃外表的热传递，并且在受热后变成不透明，能使居民在着火时看不见火焰或感觉不到温度升高及热浪，防止了撒离现场时的惊慌。
防火玻璃还具有一定的抗热冲击强度，而且在800摄氏度左右仍有保护作用。
普通玻璃是不防火的，具有防火性能的玻璃主要有复合防火玻璃、夹丝玻璃和玻璃空心砖等。
复合防火玻璃是在两片玻璃或钢化玻璃之间凝聚一种透明而具有阻燃性能的凝胶，这种凝胶遇到高温时发生分解吸热反响，能吸收大量的热能，变成不透明、有良好隔热作用的玻璃。
它能保持在一定的时间内不炸裂，炸裂后碎片不掉落，可隔断火焰，防止火焰蔓延。
如果同时向凝胶中添加阻燃剂，在高温下能放出阻燃气体，就会同时具有阻燃和灭火功能；
如果在复合层中嵌入铁丝网，那么可以提供保温、防止热扩散和防护的多重效果；
如果在防火夹层中嵌入热敏传感元件，并与自动报警装置、自动灭火装置串接起来，就可以同时具有报警和灭火功能。
玻璃空心砖是将两块由普通玻璃或彩色玻璃压制成的槽型玻璃，通过胶结或熔结成整体的玻璃制品，具有不燃、透光、绝热、隔音及防火功能，可以用作防火、采光的围护结构。
3.6电磁波屏蔽性
只有金属材料才具有屏蔽电磁波的作用，玻璃是无机非金属材料，因此普通玻璃不具有屏蔽电磁波的功能。
只有使其具有金属的性能才能到达屏蔽电磁波的目的。
通常采用三种方法，其一是在普通玻璃外表镀透明的导电膜；
其二是在夹层玻璃中夹金属丝网；
其三是上述两种方法同时采用。
采用在玻璃外表镀制金属或者金属氧化物薄膜来到达电磁屏蔽的目的是比较常用的方法。
膜层一般是导体，也可以是半导体，由于膜层材料和厚度的不同，对电磁波屏蔽的波长范围和衰减效果也不同。
在夹层玻璃的两片玻璃之间夹金属丝网，其屏蔽效果更好。
丝网的粗细和网眼的大小都对屏蔽波段和衰减效果有明显影响。
通常采用银丝或者镀银的丝网，也可以使用不锈钢网。
相对说来，后者的工艺比较复杂，造价也高于前者。
如果要求更好的屏蔽效果，一般是把两种技术结合起来使用。
当电磁波穿过电磁屏蔽玻璃时，电磁波被极大地衰减。
电磁屏蔽玻璃一般可以做到对于1GHz频率的电磁波衰减30-50dB，高档产品可以衰减80dB。
到达防止内部信息向室外泄漏，同时防止室外信息干扰室内的设备的作用。
电磁屏蔽玻璃主要考虑的是其电磁屏蔽功能，因此其装饰性能是次要的。
在大型计
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