第3章平面电磁波2课件.pptVIP

3.1 无界理想介质中的均匀平面波 (复习) 波长与波数 电磁能量 据平面波特点，设 波阻抗（本征阻抗） 相速度 例3.1 已知无界理想介质（?＝9?0，?＝?0，?＝0）中正弦平面波的频率 f =108Hz，电场强度为 ，求： （1）平面波的相速度vp、波长?、相位常数k、波阻抗?； （2）写出电场E和磁场H的瞬时表达式； （3）求坡印廷矢量的平均值。 解： 五、沿任意方向传播的均匀平面波 3.2 波的极化 波的极化：空间任一固定点电场强度E 矢量末端随时间变化的轨迹。 一般情况下，z方向传播的均匀平面波可分为Ex和Ey两个分量： 轨迹是直线称为直线极化；轨迹是圆称为圆极化；轨迹是椭圆称为椭圆极化。 一、线极化： Ex和Ey的相位相同或相差180? x y 即：合成电场大小随时间变化，但方向不变，矢端轨迹为一直线。 二、圆极化： Ex和Ey的振幅相等，相位相差?90? 即：合成电场大小为常数，不随时间变化，但方向随时间变化，矢端轨迹为一圆，并在圆上以角速度?旋转。 Ex超前Ey时为右旋圆极化波 Ex滞后Ey时为左旋圆极化波 x y 反时针旋转 右旋圆极化波 x y 顺时针旋转 左旋圆极化波 三、椭圆极化： Ex和Ey的振幅、相位不相等 ——椭圆方程 即：合成电场矢端在一椭圆上旋转。 ? 0，Ex超前Ey时，得到右旋椭圆极化波 ? 0 ，Ex滞后Ey时，得到左旋椭圆极化波 右旋椭圆极化波 x y 左旋椭圆极化波 x y 当?=90?，Eym=Exm=Em时，椭圆极化 → 圆极化。 当?=0时，椭圆极化 → 直线极化。 若E的变化轨迹在x轴上(?=0)，称为x轴方向的线极化波。 若E的变化轨迹在y轴上(?=90?)，称为y轴方向的线极化波。 线极化和圆极化都可以看作椭圆极化的特例： 例3.3：证明线极化波可以分解为振幅相等旋向相反的两个圆极化波。 证： 左旋 右旋 例：判别下列均匀平面波的极化形式： 解： 练习：判断极化方式。圆或椭圆极化判断是左旋还是右旋极化。 解： 3.3 无界损耗媒质中的均匀平面波 在时谐电磁场中，均匀、无源导电媒质中有 ——等效介电常数 实部?：媒质的介电常数 虚部-?/?：导电媒质的欧姆损耗。 虚部越大表示电磁能量损耗越大。 一、等效介电常数 工程上，通常用损耗角正切 tan?来表征媒质的损耗特性，定义为 ——损耗角正切 正弦稳态，无源损耗媒质中，齐次亥姆霍兹方程为： 表示单位距离振幅的衰减量 二、损耗媒质中的均匀平面波 据平面波特点，设 （复数） 1、本征阻抗（又称波阻抗） 色散效应：导电媒质中电磁波的传播速度（相速度）随频率改变的现象。 导电媒质中电场和磁场的振幅以e-?z随z的增大而减小，他们在空间上互相垂直且均垂直于传播方向，但在时间上存在相位差，电场超前于磁场。 2、相速度：等相位面的移动速度 3、电磁能量 Ex Hy z 导电媒质中均匀平面波的传播特点： （1）E、H与传播方向ez之间相互垂直； （2）电场与磁场振幅呈指数衰减； （3）波阻抗为复数，电场与磁场不同相。 （4）电磁波的相速与频率有关； （5）电磁能量以e-2?z衰减，且?正比于f，频率越高衰减越大； （6）平均磁场能量密度大于平均电场能量密度。 1、良介质（低损耗媒质）：??? ??，是一种良好的但电导率?不为零的非理想绝缘材料。在这种媒质中，位移电流起主要作用，而传导电流的影响很小。 三、良介质和良导体中的参数 2、良导体：?????，在这种媒质中，传导电流起主要作用，而位移电流的影响很小。 在良导体中，磁场的相位滞后于电场45?。 衰减常数随频率、?和?的增加而增大。 趋肤效应：? ? f 和? ，高频电磁波在良导体中很快衰减，只能存在于良导体表层的现象。 趋肤深度（或穿透深度）?：等于电磁波场强的振幅衰减到表面值的1/e（或0.368）时电磁波所传播的距离。 例3.5 海水的媒质参数为μ=μ0、ε=81ε0、σ= 4 S/m。已知频率为 f =100Hz的均匀平面波在海水中沿z方向传播，电场在x方向，其振幅为1V/m，求：（1）衰减常数、相位常数、波阻抗、相速度和波长； （2）电场和磁场的瞬时表达式。 解： 视为良导体 在海水中电磁波的波长变短，速度变慢。 * * * * * * * * * *