[物理]第五章 均匀平面波在无界媒质中的传播.ppt

5.1 理想介质中的均匀平面波 复习 5.2 电磁波的极化 复习 复习 5.3 导电媒质中的均匀平面波 复习 5.4 色散与群速 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 垂直极化 水平极化 水平金属栅网 金属反射板 玻璃钢罩 馈源 抛物面 ?/4 出 极化扭转天线示意图 45°金属栅网 垂直极化 水平极化 水平金属栅网 金属反射板 玻璃钢罩 馈源 抛物面 ?/4 出 极化扭转天线示意图 45°金属栅网 入 沿任意方向传播的均匀平面波 波传播方向 z y x o r n e 等相位 面 P(x,y,z) 右旋圆极化波 o Ex y x E Ey a 左旋圆极化波 o x E y x E y E a 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，单位：1/m 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）。 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。 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磁强度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 0.01×107 石墨 0.87×107 锡 1.6×107 黄铜 2.1×107 钠 3.72×107 铝 5.8×107 紫铜 6.17×107 银 表面电阻RS /Ω 趋肤深度δ /m 电导率σ /(S/m) 材料名称 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 此时海水可视为良导体。 故衰减常数 相位常数 本征阻抗 相速 波长 趋肤深度 （2） 令e-αz＝1/1000， 即eαz＝1000，由此得到电场强度幅值减小为 z = 0 处的1/10