第五章均匀平面波在无界媒质中的传播.ppt

六、色散与群速 群速：载有信息的电磁波通常是由一个高频载波和以载频为中心 向两侧扩展的频带所构成的波包，波包包络传播的速度就 是群速。 —— 无色散 —— 正常色散 —— 反常色散 群速vg：包络波的恒定相位点推进速度 相速vp：载波的恒定相位点推进速度 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * 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 5.3 导电媒质中的均匀平面波 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 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（奈培/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 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 电磁波（TEM波）； 媒质的本征阻抗为复数，电场与磁场不同相位，磁场滞后于 电场? 角； 在波的传播过程中，电场与磁场的振幅呈指数衰减； 波的传播速度（相度）不仅与媒质参数有关，而且与频率有 关（有色散）。 平均磁场能量密度大于平均电场能量密度。 弱导电媒质： 5.3.2 弱导电媒质中的均匀平面波 弱导电媒质中均匀平面波的特点 相位常数和非导电媒质中的相位常数大致相等； 衰减小； 电场和磁场之间存在较小的相位差。 例题：频率为150MHz的均匀平面波在损耗媒质中传播，已知相对介电常数为1.4，相对磁导率为1， 问电磁波在该媒质中传播几米后，波的相位改变90°？ 良导体： 5.3.3 良导体中的均匀平面波 良导体中的参数 波长： 相速： 金、银、铜、铁、铝等金属 对于无线电波均是良导体。 例如铜： 趋肤效应：电磁波的频率越高，衰减系数越大，高频电磁波只能 存在于良导体的表面层内，称为趋肤效应。 趋肤深度（?）：电磁波进入良导体后， 其振幅下降到表面处振幅的 1/e 时所传播的距离。即 本征阻抗 良导体中电磁波的磁场强度的相位滞后于电场强度45o。 趋肤深度? 铜： 表5.3.1一些金属材料的趋肤深度和表面电阻 材料名称 电导率σ /(S/m) 趋肤深度δ /m 表面电阻RS /Ω 银 6.17×107 紫铜 5.8×107 铝 3.72×107 钠 2.1×107 黄铜 1.6×107 锡 0.87×107 石墨 0.01×107 例5.3.1 一沿 x 方向极化的线极化波在海水中传播，取+ z 轴 方向为传播方向。已知海水的媒质参数为εr = 81、μr =1、 σ= 4 S/m ，在 z = 0 处的电场Ex = 100cos(107πt ) V/m 。求： （1）衰减常数、相位常数、本征阻抗、相速、波长及趋肤深度； （2）电场强度幅值减小为z = 0 处的 1/1000 时，波传播的距离 （3）z = 0.8 m 处的电场