电波与光波传输技术/普通高等教育“十一五”国家级规划教材·21世纪高等院校信息与通信工程规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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卢春兰，杨涛，余同彬 等 著

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• 电波传输
• 光波传输
• 通信工程
• 信息技术
• 高等教育
• 规划教材
• 电磁场与电磁波
• 无线通信
• 光纤通信
• 信号处理

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115262936

版次：1

商品编码：11182878

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-02-01

页数：384

字数：602000

内容简介

　　《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·21世纪高等院校信息与通信工程规划教材：电波与光波传输技术》在电磁场理论的基础上，从传输信道的角度系统完整地阐述了电波与光波信道的传输规律。全书共分7章，内容包括：传输线理论，金属波导与微带线，介质波导和光波导，天线基础知识，线天线，口径天线，电波传播概论。书中主要介绍导行电磁波以及光纤中光波的传输规律，还介绍了天线转换辐射电磁波的基本原理以及自由电磁波传播的基本规律。鉴于近几年无线光通信技术的快速发展，《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·21世纪高等院校信息与通信工程规划教材：电波与光波传输技术》还涉及到无线光通信知识。全书条理清晰，重点突出，抽象概念形象化，场分布图示形象直观，数学推导严谨。书中安排有较多例题，每章末配有适量的习题。
　　《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·21世纪高等院校信息与通信工程规划教材：电波与光波传输技术》可作为电子信息类和通信类专业的本科生教材，也可作为电磁场与微波技术学科研究生入学考试参考书，适当删减内容还适合相关专业不同教学层次的教学需求。

内页插图

目录

绪论
第1章 传输线理论
1.1 微波传输线
1.1.1 导波的分类
1.1.2 传输线的分布参数和等效电路
1.2 均匀传输线方程及其解
1.2.1 均匀传输线方程
1.2.2 均匀传输线方程解
1.3 均匀传输线的传输特性和特性参数
1.3.1 均匀传输线上行波的传输特性
1.3.2 均匀传输线的3个重要参数
1.4 传输线的传输功率、效率和损耗
1.4.1 传输功率与效率
1.4.2 传输线损耗
1.5 无耗传输线的3种工作状态
1.5.1 行波状态
1.5.2 驻波状态
1.5.3 行驻波状态
1.6 史密斯(SMITH)圆图
1.6.1 阻抗圆图
1.6.2 导纳圆图
1.7 无耗传输线的阻抗匹配
1.7.1 阻抗匹配概念
1.7.2 四分之一波长阻抗变换器
1.7.3 单支节调配器
1.7.4 双支节调配器
习题

第2章 金属波导与微带线
2.1 分析规则金属波导的纵向场方法
2.1.1 TE模
2.1.2 TM模
2.1.3 纵向场法分析步骤
2.1.4 空腔金属波导内不存在TEM模
2.2 波导中电磁波的传输特性
2.2.1 波导的截止现象和截止波长
2.2.2 TE模和TM模的相速、群速、波导波长
2.3 矩形波导
2.3.1 矩形波导中的TE模和TM模
2.3.2 矩形波导中电磁波的传输特性
2.3.3 矩形波导中的主模TE10模
2.3.4 波导的衰减
2.3.5 TE10模的激励方法
2.4 圆形波导
2.4.1 圆波导中的TE模和TM模
2.4.2 圆波导中电磁波的传输特性
2.4.3 圆波导中的3种常用波型
2.5 同轴线的高阶模及单模传输条件
2.5.1 同轴线中的高次模
2.5.2 同轴线单模传输条件
2.6 微带线
2.6.1 带状线
2.6.2 微带线
2.7 新型微波毫米波传输线
习题

第3章 介质波导和光波导
3.1 介质波导
3.1.1 圆形介质波导
3.1.2 介质镜像线
3.2 薄膜光波导
3.2.1 薄膜光波导的几何光学分析
3.2.2 薄膜光波导的模式理论
3.3 光纤中光线的传播
3.3.1 阶跃光纤和梯度光纤
3.3.2 阶跃光纤中光线的传播
3.3.3 梯度光纤中光线的传播
3.4 光纤中的传输模式
3.4.1 光纤中的电磁场解
3.4.2 特征方程
3.4.3 模式的传播条件及截止参数
3.4.4 LPmn模的场分布及功率分布
3.4.5 理想光纤中模式的正交性和完备性
3.5 单模光纤
3.5.1 单模传输条件和截止波长
3.5.2 工作模特性
3.5.3 单模光纤中的双折射
3.6 光纤的传输损耗
3.6.1 石英玻璃光纤的损耗
3.6.2 其他类型光纤的损耗
3.6.3 弯曲损耗
3.7 光纤的色散
3.7.1 色散概念与色散分类
3.7.2 波长色散
3.7.3 模式色散
3.7.4 色散对通信的影响
3.7.5 单模光纤的色散及单模光纤的分类
3.8 光纤的制作和光缆
3.8.1 预制棒的制备
3.8.2 光纤的拉制
3.8.3 光缆
习题

第4章 天线基础知识
4.1 概述
4.2 电基本振子
4.2.1 近区场
4.2.2 远区场
4.3 磁基本振子
4.3.1 对偶原理法
4.3.2 直接积分法
4.4 天线的方向性
4.4.1 方向函数
4.4.2 方向图
4.4.3 方向系数
4.5 天线的电参数
4.5.1 方向特性
4.5.2 阻抗特性
4.5.3 带宽特性
4.5.4 极化特性
4.5.5 最佳接收条件
4.6 接收天线理论
4.6.1 有效面积与有效长度
4.6.2 弗利斯传输公式
4.7 短振子与半波振子
4.7.1 短振子
4.7.2 半波振子
4.8 天线阵的方向特性
4.8.1 方向图乘积定理
4.8.2 远区条件
4.8.3 二元阵
4.8.4 均匀直线阵
4.8.5 非均匀直线边射阵
4.9 天线阵的辐射阻抗
4.9.1 二元阵的4端网络模型
4.9.2 感应电动势法简介
4.9.3 半波振子间的互阻抗曲线
4.9.4 互阻抗理论及其曲线的应用
4.10 理想导电地对天线的影响
4.10.1 镜像理论
4.10.2 单极天线
习题

第5章 线天线
5.1 双极天线
5.1.1 对称振子天线
5.1.2 理想导电平面地上的对称振子
5.2 折合振子
5.3 线天线的馈电
5.4 八木-宇田天线
5.5 行波线天线
5.6 双锥天线
5.6.1 无限双锥天线
5.6.2 有限双锥天线
5.7 非频变天线原理
5.8 平面螺线天线
5.8.1 等角螺线天线
5.8.2 阿基米德螺线天线
5.9 对数周期天线
习题

第6章 口径天线
6.1 口径天线的基本原理
6.1.1 惠更斯元的辐射
6.1.2 平面口径辐射积分公式
6.1.3 矩形、圆形口径的辐射特性
6.1.4 增益的计算
6.2 喇叭天线
6.2.1 H面扇形喇叭天线
6.2.2 E面扇形喇叭天线
6.2.3 角锥喇叭天线
6.2.4 最优喇叭天线的设计
6.3 反射面天线
6.3.1 抛物面天线
6.3.2 卡塞格伦天线
6.3.3 反射面天线的馈源
6.4 光学天线
6.4.1 光学天线增益
6.4.2 卫星间激光通信中的光学天线
习题

第7章 电波传播概论
7.1 基础知识
7.1.2 传输媒质对电波传播的影响
7.1.3 干扰与噪声
7.2 地波传播
7.2.1 地球表面的电特性
7.2.2 地波传播特性
7.3 天波传播
7.3.1 电离层
7.3.2 无线电波在电离层中的传播
7.3.3 短波天波传播
7.4 视距传播
7.4.1 自由空间电波传播的菲涅耳区
7.4.2 地面对电波传播的影响
7.4.3 低空大气层对电波传播的影响
7.5 移动通信中的电波传播
7.5.1 光滑地面上的亮区场
7.5.2 光滑球面地上的电波绕射
7.5.3 山峰绕射
7.5.4 地面移动通信电波传播的特点
7.6 卫星通信系统中的电波传播
7.6.1 传输损耗
7.6.2 去极化现象
7.6.3 大气折射与对流层闪烁
7.6.4 电离层闪烁
7.7 激光在大气信道中的传输
7.7.1 大气对激光束传播的影响
7.7.2 大气信道模型
7.8 激光在海水信道中的传输
7.8.1 海水的透射光谱特性
7.8.2 海水对激光束传播的影响
7.8.3 海水信道特性
7.9 复杂电磁环境的构成与特征
习题
参考文献

前言/序言

电波与光波传输技术 前言 在信息爆炸的时代，信息的快速、高效、可靠传输是现代社会运转的基石。从日常的手机通话、无线网络，到跨洋的互联网数据传输，再到尖端的科学探测与军事通信，电波与光波的传输技术扮演着不可或缺的关键角色。本教材旨在系统、深入地阐述电波与光波在信息传输领域的原理、技术与应用，为读者构建一个全面而扎实的知识体系。 第一部分：基础理论与物理原理 信息传输的载体——电波与光波，其本质是电磁波。本部分将从电磁波的产生、传播、特性等基本物理原理出发，为后续内容的展开奠定坚实的理论基础。 第一章：电磁波基础 麦克斯韦方程组回顾与详解： 详细介绍麦克斯韦方程组在描述电场、磁场以及它们之间相互关系中的核心作用。重点讲解方程组的微分形式和积分形式，以及它们在理解电磁波产生和传播过程中的物理意义。 电磁波的产生： 探讨电荷的加速运动如何产生电磁波，介绍不同频率电磁波的产生机理，例如天线辐射、激光器发光等。 电磁波的传播： 分析电磁波在真空、介质中的传播特性，包括波速、波长、频率、波阻抗等参数。深入讲解平面电磁波的形成及其场分布。 电磁波的特性： 详细阐述电磁波的极化特性（线极化、圆极化、椭圆极化）、频率、振幅、相位等重要物理量，以及它们对信息传输的影响。 电磁频谱： 介绍整个电磁频谱的划分，从低频的无线电波到高频的伽马射线，重点关注通信领域常用的频率范围（射频、微波、毫米波）以及光波的可见光、红外、紫外波段。 第二章：电波传播特性 电波在实际环境中传播时，会受到多种因素的影响，表现出复杂的传播规律。本章将重点分析这些传播特性。 传播路径： 详细介绍地面波、天波（电离层反射）、空间波（视线传播）等主要传播方式，分析它们适用的频率范围和传播距离。 衰减： 探讨电波传播过程中遇到的各种衰减机制，包括自由空间损耗、吸收损耗（大气吸收、地面吸收）、反射损耗、衍射损耗等。 反射、折射与散射： 深入分析电波在遇到不同界面（如地表、建筑物、云层）时的反射、折射和散射现象，以及这些现象对信号强度的影响。 多径效应： 重点讲解多径传播导致信号叠加、失真（如衰落、符号间干扰）的原理，这是无线通信中一个至关重要的问题。 地形与环境对传播的影响： 分析地形（山丘、峡谷）、建筑物、植被、天气（雨、雪、雾）等环境因素对电波传播的影响，以及如何进行传播损耗的估算。 电波传播模型： 介绍常用的电波传播模型，如自由空间模型、对数距离模型、Okumura-Hata模型、COST-231 Hata模型等，用于预测特定环境下的传播损耗。 第三章：光波基础与传播特性 光波作为信息传输的另一重要载体，具有带宽大、损耗低等独特优势。本章将聚焦光波的性质及其传播特性。 光的本性： 介绍光的波动说和粒子说，以及波粒二象性。 光波的产生与检测： 介绍各种光源（LED、激光器）的发光原理，以及光电探测器（光电二极管、光电倍增管）的光电转换机制。 光波的传播： 分析光波在真空、介质（包括光纤）中的传播速度、折射率等参数。 光纤光学基础： 全内反射原理： 详细阐述全内反射是光纤实现高效传输的关键。 光纤的结构与分类： 介绍单模光纤、多模光纤的结构特点、芯径、包层折射率分布，以及它们在传输性能上的差异。 光纤中的损耗： 讲解光纤的主要损耗机制，包括吸收损耗、散射损耗（瑞利散射、米氏散射）、弯曲损耗（宏弯、微弯）。 光纤中的色散： 详细分析码间串扰（ISI）的主要根源——色散。重点讲解材料色散、波导色散、极化模色散等类型，以及它们对信号带宽和传输速率的影响。 非线性效应： 介绍在高光功率传输下可能出现的克尔效应、拉曼散射、布里渊散射等非线性效应，以及它们对信号的影响。 第二部分：电波与光波传输技术 在掌握了电波与光波的基础理论后，本部分将深入探讨实际的传输技术，包括调制解调、信道编码、多址技术以及在不同应用场景下的具体实现。 第四章：信号调制与解调技术 调制是将信息加载到载波上的过程，解调则是提取信息的过程。本章将介绍各种主要的调制解调技术。 模拟调制技术： 调幅（AM）： 介绍双边带、单边带、残边带调幅的原理，以及它们的优缺点。 调频（FM）： 详细讲解调频的原理，包括瞬时频率、频偏、调制指数等概念，以及FM的抗干扰能力。 调相（PM）： 介绍调相的原理，及其与调频的关系。 数字调制技术： 振幅键控（ASK）： 介绍基于振幅变化的数字调制方式。 频率键控（FSK）： 介绍基于频率变化的数字调制方式。 相移键控（PSK）： 详细讲解二进制相移键控（BPSK）、四进制相移键控（QPSK）的原理，以及更高阶PSK的实现。 正交振幅调制（QAM）： 介绍QAM的原理，以及它如何结合幅度与相位进行调制，实现高频谱效率。 其他数字调制技术： 简要介绍GMSK、OFDM等在现代通信系统中广泛应用的调制技术。 解调技术： 针对各种调制方式，介绍相应的解调器原理，例如包络检波器、锁相环（PLL）、相干解调器等。 第五章：信道编码与差错控制 为了保证信息在传输过程中的可靠性，需要采用信道编码技术来增加冗余，检测和纠正错误。 编码与解码基础： 介绍编码率、信息码元、校验码元等基本概念。 线性分组码： 海明码： 详细讲解海明码的编码和译码原理，以及其纠错能力。 循环冗余校验码（CRC）： 介绍CRC码的生成多项式和校验过程，以及其强大的检错能力。 卷积码： 介绍卷积码的生成原理、编码器结构，以及维特比算法等译码算法。 纠错码（ECC）： 里德-所罗门码（RS码）： 介绍RS码的原理及其在CD、DVD、卫星通信等领域的应用。 LDPC码与Turbo码： 介绍近年来在高速通信领域取得突破的现代高性能纠错码。 交织技术： 介绍交织器和解交织器的作用，以及它如何对抗突发性错误。 第六章：多址技术 在通信系统中，允许多个用户共享有限的信道资源是至关重要的。本章将介绍各种多址技术。 频分多址（FDMA）： 介绍如何将信道带宽划分为多个非重叠的频段分配给不同用户。 时分多址（TDMA）： 介绍如何将信道时间划分为多个不重叠的时间隙分配给不同用户。 码分多址（CDMA）： 详细讲解CDMA的原理，即利用不同用户的扩频码来区分用户，实现共享同一时频资源。 空分多址（SDMA）： 介绍利用天线阵列的空间分辨率来区分用户。 OFDMA（正交频分多址）： 介绍OFDMA如何结合OFDM和FDMA的优势，在4G/5G等系统中得到广泛应用。 第七章：无线通信系统中的传输技术 本章将聚焦无线电波在各种无线通信系统中的传输技术应用。 蜂窝移动通信： 移动通信系统演进： 简要回顾1G、2G、3G、4G、5G等代际技术的关键变化，重点介绍其在传输技术上的进步。 频率规划与复用： 介绍频率复用技术，以及如何通过扇区分割、小区设计来提高频谱效率。 功控与切换： 讨论移动终端功率控制的重要性，以及用户在移动过程中进行基站切换的机制。 MIMO（多输入多输出）技术： 详细阐述MIMO技术如何利用多根天线提升数据传输速率和链路可靠性，包括空间复用、空间分集等。 波束赋形： 介绍波束赋形技术如何将能量聚焦于特定用户，提高信号质量并减少干扰。 无线局域网（WLAN）与蓝牙： 介绍Wi-Fi和蓝牙等短距离无线通信技术的传输原理、调制方式、协议栈以及在日常生活中的应用。 卫星通信： 讨论卫星通信的特点、传输方式（上行、下行）、调制解调技术，以及其在广播、导航、偏远地区通信等领域的应用。 微波通信： 介绍微波中继通信的原理、天线系统、传播特性，以及其在点对点长距离通信中的应用。 第八章：光纤通信系统中的传输技术 本章将深入探讨光波在光纤通信系统中的传输技术，这是现代信息高速公路的核心。 光纤通信系统架构： 介绍光纤通信系统的基本组成部分，包括光源、光纤、光放大器、光调制器、光电探测器、光复用器/解复用器等。 光调制与解调： 介绍直接调制、外调制（电光调制、声光调制）、外差检测、零差检测等光信号的调制与解调技术。 光信号复用技术： 时分复用（TDM）： 介绍如何将多个低速率光信号合并成一个高速率信号。 波分复用（WDM）： 详细讲解WDM的原理，包括波长选择开关（WSS）、粗波分复用（CWDM）、密集波分复用（DWDM）技术，以及它们如何大幅提升光纤传输容量。 光放大技术： 掺铒光纤放大器（EDFA）： 详细介绍EDFA的工作原理、优势以及在长距离光通信中的关键作用。 其他光放大器： 简要介绍拉曼放大器、半导体光放大器（SOA）等。 光开关与路由： 介绍各种光开关（如MEMS光开关、热光开关）在光网络中的作用，以及光路由技术。 光网络技术： 介绍光传输网络（OTN）、软件定义网络（SDN）在光通信领域的应用。 第三部分：应用与发展趋势 本部分将结合实际应用场景，探讨电波与光波传输技术的最新发展趋势和未来前景。 第九章：电波与光波传输技术的典型应用 移动通信系统： 深入分析4G/5G/6G通信系统中电波传输技术的具体实现，如大规模MIMO、毫米波通信、新型调制编码方案等。 互联网接入技术： 介绍宽带接入技术，包括DSL、光纤到户（FTTH）、无线接入（Wi-Fi、WiMAX）的传输原理。 卫星通信应用： 涵盖卫星电视广播、卫星导航（GPS、北斗）、低轨卫星互联网星座（如Starlink）等。 物联网（IoT）通信： 探讨LoRa、NB-IoT、Zigbee等面向物联网的低功耗、远距离无线通信技术的传输特点。 雷达与遥感： 介绍雷达信号的产生、传播、接收及其在目标探测、距离测量中的应用，以及遥感技术中电磁波的应用。 医疗与工业应用： 探讨电波在医学成像（MRI）、射频消融、工业自动化中的传输技术应用。 光通信在数据中心、海底通信、城域网中的应用。 第十章：未来发展趋势与挑战 更高带宽与速率： 探讨实现Tb/s甚至Pb/s级别传输速率的技术途径，如太赫兹通信、空分复用（SDM）等。 智能化与软件定义： 讨论人工智能（AI）在通信系统中的应用，如智能波束赋形、动态资源分配、自适应调制编码，以及软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）对通信传输架构的影响。 6G通信技术展望： 介绍6G设想中的关键技术，如可见光通信、通信感知一体化、全息通信等。 量子通信： 简要介绍量子通信的原理及其在信息安全领域的潜在应用。 绿色通信： 探讨如何降低通信系统的能耗，提高能源效率。 频谱与光纤资源的可持续利用。 面临的挑战： 如高频段的传播难题、功耗问题、安全性问题、新型材料与器件的研发等。 结语 电波与光波传输技术是信息通信领域的核心驱动力，其发展日新月异，不断突破着人类认知的边界，也深刻地改变着我们的生活。本教材力求全面、系统地梳理这一领域的知识脉络，希望能为广大师生、科研人员及工程技术人员提供有价值的参考，共同推动信息传输技术的进步与创新。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉是，它不仅仅是一本教材，更像是一位耐心而渊博的导师。作者在讲解过程中，似乎总能考虑到读者的可能困惑，并提前给出解答。我注意到，在一些关键概念的阐述上，作者会反复强调其核心要点，并从不同角度进行解读，确保读者能够真正理解。这种“润物细无声”的教学方式，比生硬的知识灌输更有效果。我尤其欣赏的是，书中的内容更新似乎也跟上了时代的发展，没有停留在过时的技术上，而是兼顾了经典理论与现代技术。虽然我不是行业专家，但通过阅读，我能感受到作者对该领域的深刻理解和扎实的功底。它让我对电波和光波传输技术这个领域有了更全面、更深入的认识，也激发了我进一步探索的兴趣。总的来说，这是一本值得认真研读，并且能够在我未来的学习和工作中发挥重要作用的参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计非常精美，硬壳封面，纸张厚实且带有光泽，触感温润，翻阅时不易留下指纹，这在同类教材中是比较少见的。封面设计简洁大气，书名和副标题的排版也很考究，整体给人一种专业、严谨的学术书籍的感觉。我尤其喜欢它内文的印刷质量，文字清晰锐利，图表线条流畅，色彩还原度高，阅读起来眼睛不容易疲劳。虽然我还没有深入阅读内容，但仅仅是它的出版质量，就已经让我对接下来的学习充满了期待。我之前购买过一些电子工程类的教材，很多时候都存在纸张泛黄、印刷模糊、装帧粗糙的问题，严重影响了阅读体验。而这本《电波与光波传输技术》给我的第一印象就非常良好，让我觉得物有所值。我相信，一本优秀的教材，不仅仅是内容的深度和广度，其载体的品质也同样重要，它能够潜移默化地影响读者的学习态度和兴趣。它摆在书架上，本身就是一种视觉上的享受，也是一种学习的动力。

评分☆☆☆☆☆

在阅读过程中，我注意到作者在遣词造句上非常严谨，术语使用准确规范，这对于建立正确的专业认知至关重要。很多教材在这一点上做得不够好，容易误导读者。但这本书在这一方面做得相当出色，让我能够建立起扎实的专业术语体系。而且，作者在组织论述时，条理清晰，段落之间逻辑紧密，即使是复杂的理论，也能被分解成易于理解的单元。我发现，当遇到一些不熟悉的术语时，书中往往会在首次出现时进行解释，或者在后面的章节中进一步展开说明，这种设计非常人性化。此外，我喜欢书中穿插的案例分析，这些案例能够将抽象的理论具象化，让我更深刻地理解技术的作用和价值。例如，书中可能讲述了一个关于远程通信系统设计的例子，其中就应用了前面章节提到的各种传输技术，这样的结合非常有启发性。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书在理论深度和实践应用之间找到了一个很好的平衡点。虽然是一本规划教材，其内容并未流于表面，而是对电波和光波传输的各个方面都进行了深入的探讨。在深入理论分析的同时，书中也没有忽视实际工程中的应用，例如在介绍光纤通信时，它会提及不同类型光纤的特性、光模块的选型、以及在实际网络建设中的考量。对于我来说，了解这些实际应用层面的知识，能够帮助我将书本上的理论与未来的工作联系起来，思考这些技术在现实世界中是如何发挥作用的。在一些章节中，我还看到了对一些前沿技术的提及，虽然可能不是重点，但足以让我感受到这个领域发展的活力和方向。这本书的价值在于，它既能打牢我的理论基础，又能让我对行业发展有初步的认知，这对于我未来的学习和职业规划都非常有益。

评分☆☆☆☆☆

从我粗略翻阅的章节来看，这本书的编排逻辑非常清晰，知识点的过渡自然流畅，就像一个经验丰富的老师在循序渐进地讲解一样。开篇就对电波和光波的基本概念进行了系统的梳理，然后逐步深入到各自的传输原理、调制解调技术、信道特性等关键内容。我尤其欣赏它在介绍复杂概念时，往往会辅以大量的图示和类比，这对于像我这样非科班出身但对这个领域充满兴趣的读者来说，是极大的帮助。有些公式和理论，在我看来是相当抽象和难懂的，但是通过书中的图解和解释，我能够更容易地理解它们背后的物理意义和实际应用。例如，在讲到电磁波的传播损耗时，书中不仅给出了理论公式，还配了一张示意图，形象地展示了信号在不同介质中衰减的过程，并解释了不同频率下的传播特性差异。这种“化繁为简”的处理方式，大大降低了学习门槛，让我感到信心倍增。