第6章平面波在无界媒质中的传播案例.ppt

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* (2) 平均功率密度为 * 例 6-4 微波炉利用磁控管输出的2.45 GHz的微波加热食品。在该频率上,牛排的等效复介电常数ε′=40ε0,tanδe=0.3,求: (1) 微波传入牛排的趋肤深度δ, 在牛排内8mm处的微波场强是表面处的百分之几;  (2) 微波炉中盛牛排的盘子是用发泡聚苯乙烯制成的, 其等效复介电常数的损耗角正切为ε′=1.03ε0,tanδe=0.3×10-4。说明为何用微波加热时牛排被烧熟而盘子并没有被烧毁。  * 解: (1) 根据牛排的损耗角正切知,牛排为不良导体, * (2) 发泡聚苯乙烯是低耗介质, 所以其趋肤深度为 * 例6-5 证明均匀平面电磁波在良导体中传播时,每波长内场强的衰减约为55dB。  证: 良导体中衰减常数和相移常数相等。  因为良导体满足条件 , 所以,相移常数α=衰减常数 。 设均匀平面电磁波的电场强度矢量为 * 那么z=λ处的电场强度与z=0处的电场强度振幅比为 即 * 例 6-6 已知海水的电磁参量σ=51Ω·m,μr=1, εr=81, 作为良导体欲使90%以上的电磁能量(仅靠海水表面下部)进入1 m以下的深度,电磁波的频率应如何选择。  解:对于所给海水,当其视为良导体时,其中传播的均匀平面电磁波为 式中良导体海水的波阻抗为 * 因此沿+z方向进入海水的平均电磁功率流密度为 故海水表面下部z=l处的平均电磁功率流密度与海水表面下部z=0处的平均电磁功率流密度之比为 * 依题意 考虑到良导体中衰减常数与相移常数有如下关系: 从而 * 6.9 电磁波极化特性的工程应用 例 6-7 证明任一线极化波总可以分解为两个振幅相等旋向相反的圆极化波的叠加。  解: 假设线极化波沿+z方向传播。不失一般性,取电场强度矢量E x,则 上式右边第一项为一左旋圆极化波,第二项为一右旋圆极化波, 而且两者振幅相等,均为E0/2。 * 例 6-8 判断下列平面电磁波的极化形式: 解:(1) E=jE0(jex+ey)e-jkz,Ex和Ey振幅相等,且Ex相位超前Ey相位π/2,电磁波沿+z方向传播,故为右旋圆极化波。 * (2) E=jE0(ex-2ey)ejkz,Ex和Ey相位差为π,故为在二、四象限的线极化波。  (3) Ezm≠Exm,Ez相位超前Ex相位π/2,电磁波沿+y方向传播, 故为右旋椭圆极化波。  * 例 6-9 电磁波在真空中传播,其电场强度矢量的复数表达式为 试求:  (1) 工作频率f; (2) 磁场强度矢量的复数表达式;  (3) 坡印廷矢量的瞬时值和时间平均值;  (4) 此电磁波是何种极化,旋向如何。 * 解:(1) 真空中传播的均匀平面电磁波的电场强度矢量的复数表达式为 所以有 其瞬时值为 * (2) 磁场强度复矢量为 磁场强度的瞬时值为 * (3) 坡印廷矢量的瞬时值和时间平均值为 * (4) 此均匀平面电磁波的电场强度矢量在x方向和y方向的分量振幅相等,且x方向的分量比y方向的分量相位超前π/2,故为右旋圆极化波。 例题6-10 自由空间中均匀平面波的磁场表达式如下 * 试分析:(1)波矢量 和波长;(2)常数A;(3)电场强度;(4)平均坡印亭矢量。 解:(1) 依据题设给出的磁场强度可得其空间相位 (2)波矢量的方向代表了电磁波传播的方向 横电磁波,磁场方向与传播方向垂直 * (3) 自由空间中传播,因此波阻抗为 (4)平均坡印亭矢量为 * * * * * * * * * * * * 矢端轨迹是椭圆,则该电磁波称为椭圆极化波; * 1)沿+z方向传播的均匀平面波: 找出x,y分量的振幅和初相位, 若等相或反相则是线极化波 若振幅相等,若 Ex 分量超前 Ey 90度,则是右旋圆极化波 若振幅相等,若 Ex 分量落后 Ey 90度,则是左旋圆极化波 其它情况是椭圆极化波。 2. 极化的判断 * 例6-2:试求下列均匀平面波的极化方式和传播方向。 (1) (2) (3) (4) * 解: (1)沿 ez方向传播的左旋圆极化波 (2)沿 ez 方向传播的右旋圆极化波 (3)沿 ez 方向传播的线极化波 (4)沿 ez 方向传播的左旋椭圆极化波。 电磁波旋向

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