当前课程知识点:电磁场工程应用 >  第6章 平面电磁波的反射和透射 >  6.1.4易拉罐增强WiFi信号? >  易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射

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易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射在线视频

下一节:平面波在理想介质分界面上的斜入射

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易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射课程教案、知识点、字幕

同学们好从上一次课

我们知道

当电磁波垂直入射到理想导体表面的时候会发生全反射

并且反射波和入射波是等值反向的

也就是说会有一个半波损失

今天我们就来看理想导体平面

被电磁波全反射的一个工程应用

也就是易拉罐是不是真的能增强WiFi的信号

相信大家都听说过WiFi增强神器

易拉罐就是其中的一种

经常听人说易拉罐能让WiFi的信号增强多少多少倍

也就是说

把易拉罐切成如图所示的形式

那么我们这一堂课就来分析

这个易拉罐真的是不是能增强WiFi的信号

首先

我们来看一个天线的反射板

在很多的定向天线中经常使用金属板作为反射板

那么我们首先来分析在一个反射板

为什么要用它又有什么作用

我们从它的原理开始分析

假设这是一条定向的天线

这个是一个反射板

它是用金属材料制成的

可以看成理想的导体

当天线与理想导体之间的距离为四分之一个波长的时候

此时天线上面的信号有这么几种

第一个直接朝上方辐射的波

我们把它称之为波1

也就是图上的红颜色所示的波

第二个波是朝下辐射的波

我们用波2来表示

就是图中的蓝颜色所说的波 很显然

当这个波向下面传输的时候

从A点传输到B点是需要时间的

然后当它到达B点

也就是理想导体以后会发生全反射

所以它会朝上的

然后到达A点继续朝上面传播

因此整个过程是从A到B

经过全反射以后

再从B回到A再继续朝上进行传播

那么在整个过程中

波2的相位变化分成这么三段

第一段在AB段

它传播的距离是四分之一个波长

因此带来的相位滞后就是一个周期的

四分之一倍也就是二分之π

在理想导体的表面会发生全反射

此时反射系数等于-1

因此有一个半波损失

换一句话说带来的相后滞位是π的角度

第三段从B到A

当电磁波从B点传播到A点

也就是经过四分之一个波长的时候

带来的相位差依然是二分之π

因此

当波2到达A点的时候

与波1进行叠加

此时它是一个同相叠加

因为波2在整个过程中的相位滞后是二分之π

加π再加二分之π正好是2π

因此它们两个同相叠加

那么这一个反向板的作用是干什么呢

第一

提高天线的增益

第二

同时也能屏蔽理想导体背面的物体对天线的作用

所以第一个是提高天线增益的作用

第二个是起着一个屏蔽的作用

根据我们刚才的分析

反射板的安装位置是有要求的

并不是安放在随意的一个位置都可以

只有当反射板距离天线四分之一波长的奇数倍的时候

波1和波2才是同相叠加的

在实际中

为了使天线的体积更小

通常就选四分之一个波长

我们再来分析

易拉罐是不是真的能增强WiFi信号

当易拉罐切成如图所示的样子的时候

因为易拉罐的罐身的主要成分是金属

可以看成理想导体

易拉罐就相当于一个反射板

因此

当易拉罐离天线的距离满足四分之一波长的奇数倍的时候

它确确实实能够增强WiFi的信号

那么请大家思考

是不是把易拉罐放在任何一个位置

它都能增强WiFi信号呢

根据我们刚才的分析

很显然不能

只有满足它离天线的距离是四分之一波长的

奇数倍的时候才能满足直接波和反射波的同相叠加的要求

其实除了满足这一个距离的要求以外

WiFi信号的强弱

还与易拉罐的形状是有关系的

实际上

这一个理想导体板对天线的作用可以让镜像天线来表示

假设这一个代表着理想的导体板

所以它的电导率为无穷大

我们把天线分解成一个一个的天线元

每一个天线元都可以看成一个点源

设它放在A点

这是一个实际的天线源

直接天线和反射板的距离为d的话

拉么它的镜像天线在B点

它离反射板的距离也是d

也就是说

实际天线与镜像天线关于反射板是对称的

此时假设空中间有任意的一个场点C

C点的波有两个波

第一个是从天线直接传到这一点的波

称之为直接波还有一个是反射波

反射波是经A点传输到D点到达D点以后

经过这个理想导体再全反射到达C点

但是由于镜像天线和实际天线是关于理想导体对称的

因此AD和BD是相等的

也就是说

反射波和镜像天线所引起的推迟时间是相同的

我们以水平的天线元为例

假设A点有一个水平的天线源

设天线的电流为I

那么它的镜像天线的电流

I'和原电流I是等大反向的

而我们知道任意一点的场都是I所产生的场和

I'所产生的场的叠加

很显然

这一点的场与距离d是有关系的

当d等于四分之一波长的时候

为了简单

我们来考虑场中C点的场

电流I在C点会产生一个场

镜像电流I在C点也会产生一个场

首先来考虑镜像电流所产生的场

镜像电流在C点所产生的场所引起的

相位差就是BA之间的距离

而BA之间的距离等于两倍的d也就是半个波长

在半个波长的距离上所引起的相位差是π的角度

同时

我们还注意到

镜像电流和I是等大反向的

因此镜像电流在C点所产生的场

跟I在C点所产生的场

本身还有一个π的相位差

传输的距离有一个π的相位差

本身电流有一个相位差

两个π一相加正好等于2π

因此I和I'在C点所产生的场的相位几乎是一致的

理由就是2d的空间距离所导致的相位差为π

电流I和镜像电流的方向是相反的

它对应的相位差也是π两者一叠加

因此这两个场能同相叠加

因而加强了这一点的场的强度

电磁场工程应用课程列表:

第0章 场的概念

-0.1 场与路

--场与路

--场与路

-0.2 矢量的基本运算

--矢量的基本运算

--矢量的基本运算

-0.3 场的直观表示--场线

--场的直观表示

--场的直观表示

-0.4 标量场的方向导数和梯度

--标量场的方向导数和梯度

--标量场的方向导数和梯度

-0.5.1 矢量场的通量和散度

--矢量场的通量和散度

--矢量场的通量和散度

-0.5.2 矢量场的环量和旋度

--矢量场的环量和旋度

--矢量场的环量和旋度

-0.6 散度和旋度

--散度和旋度

--散度和旋度

-0.7 亥姆霍兹定理

--亥姆霍兹定理

--赫姆霍兹定理

-第0章 场的概念--第0章习题

-第0章 场的概念——讨论题

第1章 静电场

-1.1静电场的源

--静电场的源

--静电场的源

-1.2电场强度

--电场强度

--电场强度

-1.3电位

--电位

--电位

-1.4电偶极子

--电偶极子

--电偶极子

-1.5静电场中的导体和电介质

--静电场中的导体和电介质

--静电场中的导体和电介质

-1.6高斯定理

--高斯定理

--高斯定理

-1.7静电场的基本方程

--静电场的基本方程

--静电场的基本方程

-1.8静电场分界面的衔接条件

--静电场分界面的衔接条件

--静电场分界面的衔接条件

-1.9静电场的边值问题及求解

--静电场的边值问题及求解

--静电场的边值问题及求解

-1.10镜像法

--镜像法

--镜像法

-1.11电轴法

--电轴法

--电轴法

-1.12地球的电容-电容及求解

--地球的电容-电容及求解

--地球的电容-电容及求解

-1.13静电力与静电能量

--静电力与静电能量

--静电力与静电能量

-1.14高电压技术中的电场问题

--高电压技术中的电场问题

--高电压技术中的电场问题

-第1章 静电场--第1章习题

-第1章 静电场——讨论题1

-第1章 静电场——讨论题2

-第1章 静电场——讨论题3

第2章 恒定电场

-2.1鱼塘大量死鱼之谜-电流及电流密度

--鱼塘死鱼之谜--电流及电流密度

--鱼塘死鱼之谜--电流及电流密度

-2.2三大定律

--三大定律

--三大定律

-2.3电源电动势和局外场强

--电源电动势和局外场强

--电源电动势和局外场强

-2.4恒定电场的基本方程和边界条件

--恒定电场的基本方程和边界条件

--恒定电场的基本方程和边界条件

-2.5电流为什么弯曲?--恒定电场边界条件的应用

--电流为什么弯曲--恒定电场边界条件的应用

--电流为什么弯曲--恒定电场边界条件的应用

-2.6恒定电场的边值问题

--恒定电场的边值问题

--恒定电场的边值问题

-2.7恒定电场与静电场的比拟

--恒定电场与静电场的比拟

--恒定电场与静电场的比拟

-2.8恒定电场的工程应用:电导和部分电导

--恒定电场的工程应用:电导和部分电导

--恒定电场的工程应用:电导和部分电导

-2.9别墅起火之谜--绝缘电阻

--别墅起火之谜—接地电阻

--别墅起火之谜—绝缘电阻

-2.10奶牛被严重击伤,人却安全无恙?--跨步电压

--奶牛遭雷击人却安全

--奶牛遭雷击人却安全

-第2章 恒定电场--第2章习题

-第2章 恒定电场——讨论题1

-第2章 恒定电场——讨论题2

第3章 恒定磁场

-3.1磁感应强度

--磁感应强度

--磁感应强度

-3.2磁场中的物质--磁化

--磁场中的物质-磁化

--磁场中的物质-磁化

-3.3安培环路定理

--安培环路定理

--安培环路定理

-3.4恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件

--恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件

--恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件

-3.5.1矢量磁位及其边值问题

--恒定磁场中的位函数-矢量磁位及其边值问题

--恒定磁场中的位函数-矢量磁位及其边值问题

-3.5.2标量磁位及其边值问题

--恒定磁场中的位函数-标量磁位及其边值问题

--恒定磁场中的位函数-标量磁位及其边值问题

-3.6恒定磁场中的镜像法

--恒定磁场中的镜像法

--恒定磁场中的镜像法

-3.7.1自感和互感的概念

--恒定磁场的工程应用:电感-自感及互感的概念

--恒定磁场的工程应用:电感-自感及互感的概念

-3.7.2自感和互感的计算

--恒定磁场的工程应用:电感-自感及互感的计算

--恒定磁场的工程应用:电感-自感及互感的计算

-3.8恒定磁场的能量

--恒定磁场的能量

--恒定磁场的能量

-3.9.2虚位移法

--磁场力-虚位移法

--磁场力-虚位移法

-3.9.3法拉第观点

--磁场力-法拉第观点

--磁场力-法拉第观点

-3.10磁路

--磁路

--磁路

-第3章 恒定磁场--第3章习题

-第3章 恒定磁场——讨论题1

-第3章 恒定磁场——讨论题2

第4章 时变电磁场

-4.1电磁感应定律

--电磁感应定律

--电磁感应定律

-4.2感应电场

--感应电场(涡旋电场)

--感应电场

-4.3全电流定律

--全电流定律:安培环路定律的修正

--全电流定律

-4.4麦克斯韦方程组

--麦克斯韦方程组及分界面衔接条件

--麦克斯韦方程

-4.5.1坡印廷定律和坡印廷矢量

--坡印亭定理和坡印亭矢量

-4.5.2坡印廷定理的应用

--坡印廷矢量的工程应用:同轴电缆的能量传输分析

--坡印廷矢量的工程应用

-4.6.1 动态位的引入

--动态位的引入及其方程

--动态位的引入

-4.6.2 动态位的积分解

--达朗贝尔方程的积分解

--动态位的积分解

-4.7.1时谐电磁场及其复数表示

--时谐电磁场及其复数表示

--时谐电磁场及其复数表示

-4.7.2麦克斯韦方程的复数形式

--时变场方程的复数形式

--时变场方程的复数形式

-4.7.3复介电常数

--复介电常数和复磁导率

--复介电常数和复磁导率

-4.7.4坡印廷定理的复数形式

--坡印廷定理的复数形式

--坡印廷定理的复数形式

-4.7.5时谐场的坡印廷矢量

--时谐场中的坡印廷矢量

--时谐场中的坡印廷矢量

-4.7.6时变场计算实例

--时变场计算实例

--时变场计算实例

-第4章 时变电磁场--第4章习题

-第4章 时变电磁场——讨论题1

-第4章 时变电磁场——讨论题2

第5章 均匀平面电磁波

-5.1 均匀平面电磁波的概念

--均匀平面电磁波的概念

--均匀平面电磁波的概念

-5.2.1 无界理想介质中平面波的方程

--无界理想介质中均匀平面波的波动方程

-- 无界理想介质中均匀平面波的波动方程

-5.2.2 无界理想介质中的平面波传播特性

--无界理想介质中均匀平面波的参数和传播特性

--无界理想介质中均匀平面波的参数和传播特性

-5.3.1导电媒质中均匀平面波的方程

--导电媒质中均匀平面波的方程和求解

--导电媒质中均匀平面波的方程和求解

-5.3.2导电媒质中均匀平面波的传播特性

--导电媒质中均匀平面波的参数和传播特性

--导电媒质中均匀平面波的传播特性

-5.3.3 4G手机能否用于煤矿的井上下通信?

--4G手机

-- 4G手机能否用于煤矿的井下和井上通信

-5.3.4潜艇通信困难?

--海水中潜艇之间的通信困难?

--海水潜艇通信困难

-5.3.5良导体和良介质中均匀平面波的传播特性

--良导体和良介质中均匀平面波的传播特性

--良导体和良介质中均匀平面波的传播特性

-5.3.6趋肤效应

--趋肤效应

--趋肤效应

-5.3.7趋肤效应的工程应用2例

--趋肤效应的工程应用2例

--趋肤效应的工程应用2例

-5.4.1 电磁波的极化

--电磁波的极化

--电磁波的极化

-5.4.2 圆极化的旋向判断

--圆极化的旋向判断

--极化旋向判断

-5.4.3 极化的工程应用举例—立体电影

--极化的工程应用举例2——液晶显示

--极化的工程应用举例

-第5章 均匀平面电磁波--第5章习题

-第5章 均匀平面电磁波——讨论题1

-第5章 均匀平面电磁波——讨论题2

第6章 平面电磁波的反射和透射

-6.1.1平面电磁波对一般导电媒质的垂直入射

--平面电磁波对一般导电媒质分界面的垂直入射

--电磁波对一般导电媒质的垂直入射

-6.1.2均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射

--均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射

--电磁波对理想导体平面的垂直入射

-6.1.3均匀平面波对理想介质分界面的垂直入射

--均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射

--电磁波对理想介质分界面的垂直入射

-6.1.4易拉罐增强WiFi信号?

--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射

--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射

-6.2.1平面波在理想介质分界面上的斜入射

--平面波在理想介质分界面上的斜入射

--平面波在理想介质分界面上的斜入射

-6.2.2雷达测距和雷达低空盲区

--雷达测距和雷达低空盲区

--雷达测距和雷达低空盲区

-6.2.3光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射

--光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射

--光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射

-6.2.4电磁波在理想介质表面的全透射

--电磁波在理想介质表面的全透射

--电磁波在理想介质表面的全透射

-第6章 平面电磁波的反射和透射--第6章习题

-第6章 平面电磁波的反射和透射——讨论题1

-第6章 平面电磁波的反射和透射——讨论题2

-第6章 平面电磁波的反射和透射——讨论题3

易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射笔记与讨论

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