第五章均匀平面波在无界媒质中的传播091223.ppt

2005-1-25 第一章 电磁场的数学物理基础 第一课 第一课 第一课 5.1 理想介质中的均匀平面波 5.2 电磁波的极化 线极化波的应用 在工程上，常将垂直于大地的直线极化波称为垂直极化 波，而将与大地平行的直线极化波称为水平极化波。 中波广播天线架设与地面垂直，发射垂直极化波。收听者要得到最佳的收听效果，就应将收音机的天线调整到与电场E平行的位置，即与大地垂直； 电视发射天线与大地平行，发射平行极化波，这时电视机接收天线应调整到与大地平行的位置，我们所见到的电视共用天线都是按照这个原理架设的。 圆极化波的应用 在很多情况下，系统须利用圆极化波才能进行正常工作。例如， 1 火箭等飞行器在飞行过程中其状态和位置在不断改变，因此火箭上的天线方位也在不断地改变，此时如果用线极化的信号来遥控，在某些情况下则会出现火箭上的天线收不到地面控制信号而造成失控。 2 在卫星通信系统中，卫星上的天线和地面站的天线均采用了圆极化天线。 3 在电子对抗系统中，大多也采用圆极化天线进行工作。 极化 直线极化和圆极化都可以看作椭圆极化的特例。 可见，两个正交的线极化波的合成波，可以是线极化波，或圆极化波，或椭圆极化波。 反之，任一线极化波，圆极化波或椭圆极化波也可以分解为两个正交的线极化波。 而且，一个线极化波还可以分解为两个振幅相等但旋向相反的圆极化波；一个椭圆极化波也可以分解为两个旋向相反的圆极化波，但振幅不相等。 5.3 导电媒质中的均匀平面波 5.4 色散与群速 作业 5.14或5.19 5.18或5.24 5.22或5.25 5.26 例5.2.1 说明下列沿+z 方向传播的均匀平面波的极化方式。 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 解：（1） （2） （3） （4） 左旋圆极化波 右旋圆极化波 线极化波 左旋椭圆极化波 ( 1 ) 例 5.2.1 判别下列均匀平面波的极化形式： 解： （1）由于 所以 这是一个线极化波，合成波电场与 轴的夹角为 （2）由于 所以 此波的传播方向为 轴方向，与图（5.2.2的圆极 化波的传播方向相反，故应为右旋圆极化波。 （3）由于 所以 此波沿 轴方向传播，故应为右旋椭圆极化波。 5.2.5 极化波的分解 任何一个线极化波都可以表示成旋向相反、振幅相等的两圆极化波的叠加,即 任何一个椭圆极化波也可以表示成旋向相反、振幅不等的两圆极化波的叠加，即 任何一个线极化波、圆极化波或椭圆极化波可分解成两个线极化波的叠加 电磁波的极化在许多领域中获得了广泛应用。如： 5.2.6 极化波的工程应用 在雷达目标探测的技术中，利用目标对电磁波散射过程中改变 极化的特性实现目标的识别 无线电技术中，利用天线发射和接收电磁波的极化特性，实现 最佳无线电信号的发射和接收。 在光学工程中利用材料对于不同极化波的传播特性设计光学偏 振片等等 垂直极化 水平极化 水平金属栅网 金属反射板 玻璃钢罩 馈源 抛物面 ?/4 出 极化扭转天线示意图 45°金属栅网 垂直极化 水平极化 水平金属栅网 金属反射板 玻璃钢罩 馈源 抛物面 ?/4 出 极化扭转天线示意图 45°金属栅网 入 导电媒质的典型特征是电导率? ≠ 0。 电磁波在导电媒质中传播时，有传导电流 J =? E 存在，同时伴随着电磁能量的损耗。 电磁波的传播特性与非导电媒质中的传播特性有所不同。 5.3.1 导电媒质中的均匀平面波 5.3.2 弱导电媒质中的均匀平面波 5.3.3 良导体中的均匀平面波 讨论内容 沿 z 轴传播的均匀平面波解为 令 ，则均匀平面波解为 5.3.1 均匀导电媒质中的均匀平面波 称为电磁波的传播常数 是衰减因子，? 称为衰减常数，单位：Np/m（捺培/米） 是相位因子，? 称为相位常数，单位：rad/m（弧度/米） 瞬时值形式 振幅有衰减 波动方程 本征阻抗 导电媒质中的电场与磁场 非导电媒质中的电场与磁场 相伴的磁场 本征阻抗为复数 磁场滞后于电场 可知，在导电媒质中，磁场与电场的相位不相同。 将 代入式（5.3.12），可得到 即 由式（5.3.11）可得到，磁场强度复矢量与电场强度 复矢量之间满足关系 （5.3.13） （5.3.14） 相速不仅与媒质参数有关，而且与电磁波的频率有关 传播参数 平均坡印廷矢量 导电媒质中均匀平面波的传播特点： 电场强度 E 、磁场强度 H 与波的传播方向相互垂直，是横