第五章 均匀平面波传播课件.ppt

第五章 均匀平面波在无界空间中的传播 ;图 5-1 均匀平面电磁波的传播 ;5.1 理想介质中的均匀平面波 5.2 电磁波的极化 5.3 均匀平面波在导电媒质中的传播 5.4 色散与群速 5.5* 均匀平面波在各向异性媒质中的传播; 若所讨论的区域中没有外源，即 J’= 0，? = 0，其中充满线性、各向同性的均匀媒质，则均匀平面波在该理想介质中的传播特点为：;而在给定的区域中， ，由上两式得;这表明沿z轴传播的平面波电场强度和磁场强度都没有沿传播方向的分量。即电场强度和磁场强度都和波的传播方向垂直，这种波又称为横电磁波(TEM波)。其中的x、y分量满足标量亥姆霍兹方程：;它们的解具有相同的形式，以电场强度的x分量为例： ;图 6-2 理想介质中均匀平面电磁波的电场和磁场空间分布 ;5.1.2 理想介质中均匀平面波的传播特点 ; 电场强度随着时间 t 及空间 z 的变化波形如下图所示。; 时间相位变化 2? 所经历的时间称为电磁波的周期，以 T 表示，而一秒内相位变化 2? 的次数称为频率，以 f 表示。那么由 的关系式，得 ; 根据相位相等点的轨迹变化可以计算电磁波的相位变化速度，这种相位速度以 vp 表示。令 常数，得 ，则相位速度 vp 为 ; 由 得： ;为电场强度与磁场强度振幅之比，称为电磁波的波阻抗，; 由此可见，在理想介质中，均匀平面波的电场相位与磁场相位相同，且两者空间相位均与变量 z 有关，但振幅不会改变。二者均与波传播方向垂直，三者遵循右手螺旋关系。如下图所示。;根据理想介质中，电场强度及磁场强度的关系有 ;归纳理想介质中的均匀平面波的传播特点：; 沿任意方向传播的均匀平面波，其传播方向的单位矢量为en。定义波矢量k的大小为相位常数k，方向为en ：;则沿z轴传播的平面波可表示为：;表明电场强度的方向垂直于波的传播方向。;盟憋宣晦少谁绰冕湘糕砾沦雪嫡欠椿澳枫聚耶湛惧算晒涩嚷衷涸灼租绣才第五章 均匀平面波传播课件第五章 均匀平面波传播课件;闷寸烽籍缨惟其窄卖酝设纪窜跳森嫉糊够囚瞅咸敏媳坠民击凶五草稍才溺第五章 均匀平面波传播课件第五章 均匀平面波传播课件;陀沿幂胖笑吮簧所适陵哑类寡跟褂星斟蹈脚橡笺寸宰凛肘盂斟恿弹钧临己第五章 均匀平面波传播课件第五章 均匀平面波传播课件;汉乖簧枪守庐贿陷痴滓刹碌央闯帮楞匡密爵疽窜致鸿蔡句芋乳骚小涛记鬼第五章 均匀平面波传播课件第五章 均匀平面波传播课件; 例题 已知无界理想媒质(ε=9ε0, μ=μ0，σ=0)中正弦均匀平 面电磁波的频率f=108 Hz， 电场强度 ;解： (1) ;(2) ;(3) 复坡印廷矢量：;5.2 平面波的极化 ;总电场的极化形式取决于电场x，y分量的振幅与相位之间的 关系(频率相同)，即辐射源(天线)的性质决定。为简单起见， 取z=0的给定点来讨论，则电场强度的两个分量可表示为：;5.2.2 直线极化波;结论：任何两个同频率、同传播方向且极化方向互相垂直的线极化波，当它们的相位相同或相差为π时，其合成波为线极化波。 ;5.2.3 圆极化波;由此可见，合成波电场的大小不随时间变化，但方向却随时间变化，其矢端轨迹在一个圆上并以角速度ω旋转，因此为圆极化波。; 随时间t的增加，电场E的端点沿逆时针方向旋转，圆极化波称为右旋圆极化波(以右手大拇指指向波的传播方向，即z方向(由里向外)，其余四指的转向与电场E的端点运动方向一 致)，如上图所示。; 在多数情况下，系统须利用圆极化波才能进行正常工作，例如火箭等飞行器在飞行过程中其状态和位置在不断变化，火箭上的天线方位也不断改变。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。在电子对抗系统中，大多也采用圆极化天线进行工作。; 电场两个分量的振幅和相位都不相等时，合成波为椭圆极化波。简单起见，令：;这是一个椭圆方程，故合成波电场的矢端轨迹在一个椭圆上旋转，因此为椭圆极化波。; 可以证明，椭圆长轴与x轴的夹角由下式确定：;解：;所以有：;所以有：;解：;所以有：; 众所周知，光波也是电磁波。但是光波不具有固定的极化特性，或者说，其极化特性是随机的。光学中将光波的极化称为偏振，因此，光波通常是无偏振的。为了获得偏振光必须采取特殊方法。立体电影即是利用两个相互垂直的偏振镜头从不同的角度拍摄的。因此，观众必