电磁场与电磁波第五章均匀平面波在无界媒质中的传播课件.ppt

* 铜： 5.3.4 良导体表面的损耗功率和表面电阻 电磁波对导体有一定的穿透深度，因此将在导体中激发起沿电场方向的传导电流。 由于 J 随着 z 指数衰减，因此可以认为电流集中于良导体表面，面电流密度为: * 平均损耗功率密度为： 导体表面每单位面积的平均损耗功率为： 根据前面的讨论： 称为表面电阻。通常记为：Rδ 。 * * 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 = 80、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、波阻抗、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 处的电场强度和磁场强度的瞬时表达式； （4） z = 0.8 m 处穿过1m2面积的平均功率。 解：（1） 根据题意，有 所以 也就是说，此时海水可视为良导体。 * 故衰减常数 相位常数 波阻抗 相速 波长 趋肤深度 * （2） 衰减因子为e-αz ，当电场幅值减小为 z = 0 处的1/1000 时，波传播距离为多少？ 在 z = 0.8 m 处，所以电场的瞬时表达式为： 磁场的瞬时表达式为： （3）电场的 瞬时表示式 令 e-αz＝1/1000， * （4）在 z = 0.8 m 处的平均坡印廷矢量 穿过 1m2 的平均功率 Pav = 0.75 mW 由此可知，电磁波在海水中传播 时衰减很快，尤其是高频电磁波，其 衰减更为严重，这给潜艇之间的通信 带来了很大的困难。 海水中电磁波趋肤深度随频率变化曲线。 * 例5.3.2 在进行电磁测量时，为了防止室内的电子设备受外界电磁场的干扰，可采用金属铜板构造屏蔽室，通常取铜板厚度大于5δ就能满足要求。若要求屏蔽的电磁干扰频率范围从10KHz到100MHz ，试计算至少需要多厚的铜板才能达到要求。铜的参数为μ=μ0、ε=ε0、σ = 5.8×107 S/m。 解：对于频率范围的低端 fL =10kHz ，有 对于频率范围的高端 fH =100MHz ，有 * 由此可见，在要求的频率范围内均可将铜视为良导体，故 为了满足给定的频率范围内的屏蔽要求，故铜板的厚度 d 至少应为 * 5.4 色散与群速 色散现象：相速随频率变化。 群速：波包的包络的传播速度，称为“群速”。 单一频率的电磁波不携带任何有用信息，只有由多个频率的 正弦波叠加而成的电磁波才可能携带有用信息。　 电磁波的传播特性与介质参数(?、? 和? )有关，当这些参数 随频率变化时，不同频率电磁波的传播速度就会有所不同， 这就称为“色散”，这种媒质称为色散媒质。　 电磁波携带信息通常是利用一些低频率信号对一列高频载波进行调制，结果形成以载波频率为中心、向两侧扩展的窄带电磁波波束。 ——这类电磁波束通常称为“波包”。 * z 载波，速度vp 波包的包络，速度vg 调幅波 相当于相乘 * 两束振幅均为Em、角频率分别为?0 + ?? 和 ?0－?? 、相位常数分别为 ? 0+ ?? 和?0－?? 的同向传播的电磁波 以角频率?? 缓慢变化的振幅，波包的包络 频率相近的两列电磁波叠加后将形成“波包” 行波因子，代表沿z 轴传播的行波 合成波电场为： * z 变振幅的载波，速度vp 波包的包络，速度vg 以角频率?? 缓慢变化的振幅，波包的包络 行波因子，代表沿z 轴传播的行波 * —— 无色散 —— 正常色散 —— 反常色散 群速vg：波包包络的恒定相位点的推进速度 由 相速vp：载波的恒定相位点的推进速度 * 例5.3.2 载频 f =100 kHz 的窄带信号在海水中传播，试求其群速。 海水参数：? = 4 S/m、 ?r = 80、?r = 1 。 海水可视为良导体。 vg vp , 为反常色散媒质 解： 当 f = 100 kHz时， * 作业：P226 5.20 5.22 5.23 第5章 均匀平面波在无界媒质中的传播 电磁场与电磁波 * *