【2017年整理】五均匀平面波在无界媒质中的传播.doc

幻灯片1 本章内容 5.1 理想介质中的均匀平面波 5.2 电磁波的极化 5.3 导电媒质中的均匀平面波 幻灯片2 均匀平面波的概念 波阵面：空间相位相同的点构成的曲面，即等相位面 平面波：等相位面为无限大平面的电磁波 均匀平面波：等相位面上电场和磁场的方向、振幅都保持不变 的平面波 均匀平面波是电磁波的一种理想 情况，其分析方法简单，但又表 征了电磁波的重要特性。 幻灯片3 5.1 理想介质中的均匀平面波 5.1.1 一维波动方程的均匀平面波解 5.1.2 理想介质中均匀平面波的传播特点 5.1.3 沿任意方向传播的均匀平面波 幻灯片4 5.1.1 一维波动方程的均匀平面波解 设在无限大的无源空间中，充满线性、各向同性的均匀理想介质。均匀平面波沿 z 轴传播，则电场强度和磁场强度均不是 x和 y 的函数，即 幻灯片5 设电场平行于x轴，且只是z的函数，即 幻灯片6 幻灯片7 结论：均匀平面波的电场强度和磁场强度都垂直于波的传播 方向 —— 横电磁波（TEM波） 幻灯片8 解的物理意义 第一项 第二项 幻灯片9 相伴的磁场 结论：在理想介质中，均匀平面波的电场强度与磁场强度相 互垂直，且同相位。 幻灯片10 5.1.2 理想介质中均匀平面波的传播特点 研究该均匀平面波的时空变量 时间观察方式是在固定的空间位置观察变量随时间的变化。 空间观察方式是在确定时刻观察变量随空间坐标的变化。 幻灯片11 1. 均匀平面波的传播参数 （1）角频率、频率和周期 角频率ω ：表示单位时间内的相位变化，单位为rad /s 周期T ：时间相位变化 2π的时间间隔，即 幻灯片12 （2）波长和相位常数 波长λ ：空间相位差为2π 的两个波阵面的间距，即 相位常数 k ：表示波传播单位距离的相位变化 k 的大小等于空间距离2π内所包含的波长数目，因此也称为波数。 幻灯片13 （3）相速（波速） 这是一个沿+z方向匀速前进的正弦波 ? 可看作固定于波形上的某一点，在数学上该点对应于 不同时刻 的波形 幻灯片14 相速v：电磁波的等相位面在 空间中的移动速度 故得到均匀平面波的相速为 幻灯片15 （4） 平面波电场和磁场的关系 与E 相伴的磁场H 可由 求得 其瞬时值形式 式中 ——媒质的本征阻抗 幻灯片16 2、能量密度与能流密度 幻灯片17 幻灯片18 3、理想介质中的均匀平面波的传播特点 电场、磁场与传播方向之间相互垂直，是横电磁波（TEM 波） 无衰减，电场与磁场的振幅不变 波阻抗为实数，电场与磁场同相位 电磁波的相速与频率无关，无色散 电场能量密度等于磁场能量密度， 能量的传输速度等于相速 幻灯片19 例5.1.1 频率为9.4GHz的均匀平面波在聚乙烯中传播，设其为无耗材料，相对介电常数为εr =2.26。若磁场的振幅为7mA/m，求相速、波长、波阻抗和电场强度的幅值。 因此 幻灯片20 幻灯片21 解：以余弦为基准，直接写出 幻灯片22 幻灯片23 解：设电场强度的瞬时表示式为 式中 幻灯片24 式中 对于余弦函数，当相角为零时达振幅值。考虑条件t = 0、z =1/8m 时，电场达到幅值，得 幻灯片25 所以 磁场强度的瞬时表示式为 式中 因此 幻灯片26 例5.1.4 自由空间中平面波的电场强度 求在z =z0处垂直穿过半径R =2.5m的圆平面的平均功率。 幻灯片27 5、沿任意方向传播的均匀平面波 沿+z方向传播的均匀平面波 幻灯片28 于是，平均坡印廷矢量 垂直穿过半径R =2.5m的圆平面的平均功率 幻灯片29 5、沿任意方向传播的均匀平面波 沿+z方向传播的均匀平面波 幻灯片30 幻灯片31 幻灯片32 幻灯片33 5.2 电磁波的极化 5.2.1 极化的概念 5.2.2 线极化波 5.2.3 圆极化波 5.2.4 椭圆极化波 5.2.5 极化波的合成与分解 5.2.6 极化的工程应用 幻灯片34 5.2.1 极化的概念 波的极化 在电磁波传播空间给定点处，电场强度矢量的端点随时间变化的轨迹。 波的极化表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变 化的特性, 是电磁理论中的一个重要概念。 幻