14

电磁波在不同介质中传播的COMSOLMultiphysics仿真对比研究

摘要：电磁场与电磁波，是作为电子以及通信类必修专业基础课的其中之一，同样也还是学习微波技术以及天线等后续相关课程的理论基础.并且电磁波在空间之中的传播是电磁场与电磁波中非常重要的内容之一.我们主要利用COMOSL

Multiphysics模拟电磁波在聚对二甲苯介质中的三维传播情况.通过研究发现电场和磁场透过介质后的强度发生了改变，并且损耗正切值越小透射过介质的电磁波就越强，相应地介质吸收了的电磁波就越少.其次，发现电磁波的强弱与损耗正切值和频率有关.当损耗正切值一定时，频率越大透射过介质的电磁波越弱；当频率一定时，损耗正切值越大，透射过介质的电磁波越弱.

关键词：电磁波；二甲苯介质；COMOSLMultiphysics

目录

1引言 15

2电磁波在不同介质下的传播理论 16

2.1电磁波均匀有耗煤质之中的传播 16

2.2电磁波在回旋介质之中的传播 17

2.3电磁波在等离子体之中的传播 18

2.4电磁波在电离层之中的传播 18

2.5电磁波在导电煤质之中的传播 18

3利用COMSOLMultiphysics模拟电磁波的三维传播 19

3.1太赫兹波的传播示意图 19

3.2透射谱与吸收谱 20

3.3各个频点处的电磁场的分布情况 21

4电磁波在实际中的应用 26

15

5总结 27

参考文献 27

1引言

随着电磁波研究领域的不断进步，对电磁波的研究已成为当今社会的研究热点，能够通过做实验来深入理解电磁场的理论知识，但是由于这部分内容复杂抽象，结构非常严谨，理论性非常强，在这样的条件下并且具备动态时变的特点，所探索的内容不仅仅看不见而且也摸不着，在学习的过程中很难创建对电磁波波动性的感性认识，因此，借助COMOSLMultiphysics来仿真模拟此实验.

1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁波理论.他断定电磁波的存在，推导出电磁波与光具有同样的传播速度.1887年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在.之后，人们又进行了许多实验，不仅证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁波，它们的本质完全相同，只是波长和频率有很大的差别.电磁波的传播有四个基本传播途径形式.其中地波指的是电波在传播的时候它是紧挨气体和地面传播的(付奇远，成嘉琦，2022).当在地波传播时，由于地面会逐步的收到能量，因此它就会很快的变弱，某种意义上揭示了导致了它不会传播很远的距离.直射波也能够被叫为空间波，它主要是指无线电波从发出端开始发出然后经过空间直线传播到收到端的传播的方式，它无法传播的很远，通常在能够看得到的范围内.天波指的是从天线朝着天上进行辐射的电磁波，通过空气的电离层折射，继而又到达大地的无线电波.散射传播是一种指散射是从已经发出的电磁波在投到电离层或者是高度较低的大气层内的不均匀的气体时发生的，只有一些能够到达收到点.虽然它能够散射传播很远的距离，但是由于它的效率很低而且进行操作很困难，因此它并没有被广泛的应用(陈奇远，杨雨萱，2023).电磁波的传播最重要的特性有四个.趋肤效应就是指射频信号仅仅在导体内具有或者是在自由的空间中有凭借波的形式，在这种条件中并且它只可以在导体的表面存在，不能深入到导体的内部.当射射频信号本身不在一个导体的周围，而是射频信号本身成为了电磁波在自由空间中进行运动，那么就可能会受到自由空间消耗.自由空间损耗就是指如果一个接收机与一个发射机离的远，在此类场景里那么这个接收机所能够收到的信号功率也就只能是占据了发射机发出的功率的一点，因为大多数的能量全被分布了.世界上存在很多物体，当射频遇到它们时，射频信号

16

就会变小，例如空气、墙等(付奇朝，陈羽天，2021).吸收就是指当把这些物体当做是带有插入损耗的器件时，那么这些物体就会带有插入损耗.反射就是指当射频再遇到某些物体时，那么射频信号的方向就会发生改变(陈瑞鑫，孙佳颖，2021).

COMOSLMultiphysics是一款大型高级数值仿真软件，其具有高度的开放性、杰出的易用性以及优秀的计算性能等优势.通过COMSOLMultiphysics软件仿真能够将难懂的电磁内容可视化，在这等场景下能够更好地了解，并且很容易来运用这个软件[1-21.本篇文章介绍了电磁波在导电煤质、等离子体、电离层、回旋介质等几种不同介质之中的传播规律，并且还用COMSOLMultiphysics模拟了电磁波在聚对二甲苯介质