电磁场课件5均匀平面波在无界空间中的传播分析.ppt

本章总结 第五章 均匀平面波在无界空间中的传播 5.1 理想介质中的均匀平面波 在线性、各向同性的均匀媒质（无源）中，对于沿+z方向传播的均匀平面波，电场仅是z坐标的函数。若电场沿x方向传播，则Ex满足标量亥姆霍兹方程 均匀平面波函数 此方程的通解为 ? 电磁场与电磁波 ? 第五章 均匀平面波在无界空间中的传播 对于无界的均匀媒质中只沿一个方向传播的电磁波，讨论沿+z方向传播的均匀平面波，其电场强度为 与之相伴的磁场强度为 它们的瞬时值形式分别为 ? 电磁场与电磁波 ? 本征阻抗 电场的相位超 前于磁场的?/4 相速 第五章 均匀平面波在无界空间中的传播 在良导体中，电磁波的衰减常数随波的频率、媒质的磁导率和电导率的增加而增大。因而，高频电磁波在良导体中的衰减常数非常大。 ? 电磁场与电磁波 ? 第五章 均匀平面波在无界空间中的传播 1.趋肤效应与趋肤深度 由于电磁波在良导体中的衰减很快，故在传播很短的一段距离后就几乎衰减完了。因此，良导体中的电磁波局限于导体表面附近的区域，这种现象称为趋肤效应（Skin Effect）。工程上常用趋肤深度?（穿透深度）来表征电磁波的趋肤程度，其定义为电磁波的幅值衰减为表面值的1/e（0.368）时电磁波所传播的距离。按此定义，有 对于良导体： 趋肤深度? ? 电磁场与电磁波 ? 可见，在良导体中，电磁波的趋肤深度随着波的频率、媒质的磁导率和电导率的增加而减小。 例如铜的电导率?=5.8?107S/m，磁导率?0=4??10-7H/m， 下表给出了三种频率时铜的趋肤深度。 f /MHz 0.05 1 ? /mm 29.8 0.066 0.00038 由此可见，随着频率升高，趋肤深度急剧地减小。因此，具有一定厚度的金属板即可屏蔽高频时变电磁场。 第五章 均匀平面波在无界空间中的传播 ? 电磁场与电磁波 ? 由上分析可见，当平面波在导电媒质中传播时，其传播特性与比值 有关。可见，传播特性不仅与媒质特性有关，而且还与频率? 有关。对应于比值 的频率称为界限频率，它是划分媒质属于低耗介质和导体的界限。左表给出几种媒质的界限频率。 第五章 均匀平面波在无界空间中的传播 媒 质 频 率 （MHz） 干 土 2.6 （短波） 湿 土 6.0 （短波） 淡 水 0.22 （中波） 海 水 890 (超短波) 硅 （微波） 锗 （微波） 铂 （光波） 铜 (光波) ? 电磁场与电磁波 ? 2.表面电阻 在高频时，良导体的趋肤深度很小，与恒定电流或低频电流均匀分布于导体的横截面上的情况不同，电流仅存在于导体很薄的一层内，实际载流截面减小了，因此高频下的高频电阻大于直流或低频电阻。故良导体的本征阻抗（表面阻抗）为 具有相等的电阻和电抗分量 二者都与电导率、趋肤深度有关。前者表示厚度为?的导体每平方米的电阻，称为导体的表面电阻率，简称表面电阻；后者称为表面电抗。 第五章 均匀平面波在无界空间中的传播 ? 电磁场与电磁波 ? 表面电阻往往被当作导体导电性的参数来对待 因此，高频时导体的电阻远比低频或直流电阻大。这是由于趋肤效应使高频下电流在导体上所流过的截面积减小了，从而使电阻增大，如下表所示。 第五章 均匀平面波在无界空间中的传播