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《电磁场与电磁波》习题解答 第七章 正弦电磁波
7.1 求证在无界理想介质沿任意方向 en ( en为单位矢量)传播的平面波可写成
j( en r t)
E Eme
o
解 Em为常矢量。在直角坐标中
故
则
而
故
可见,已知的j( en
可见,已知的
j( en r
Eme
t)
满足波动方程
故E表示沿en方向传播的平面波。
7.2 试证明:任何椭圆极化波均可分解为两个旋向相反的圆极化波。 解 表征沿+z方向传播的椭圆极化波的电场可表示为
式中取
显然,E和E分别表示沿+z方向传播的左旋圆极化波和右旋圆极化波。
7.3
3 .
在自由空间中,已知电场 E(z,t)叩0 sin( t z)V/m,试求磁场强度
H(z,t)。
解
以余弦为基准,重新写出已知的电场表示式
这是一个沿+z方向传播的均匀平面波的电场,其初相角为 90。与之相伴的磁场为
1 A/m
7.4 均匀平面波的磁场强度 H的振幅为3 ,以相位常数30rad/m在空气中沿 $
e
方向传播。当t= 0和z=0时,若H的取向为 y,试写出E和H的表示式,并求出波的频率
和波长。
解以余弦为基准,按题意先写出磁场表示式
与之相伴的电场为
由 rad/m得波长和频率f分别为
则磁场和电场分别为
7.5 一个在空气中沿(1 )求和在t 3ms时,ey
7.5 一个在空气中沿
(1 )求和在t 3ms时,
ey方向传播的均匀平面波,其磁场强度的瞬时值表示式为 0的位置;(2)写出E的瞬时表示式。
1
n 8
3 10
Hz
107
解(1)
在t =3ms时,欲使 H=0,则要求 若取 n=0,解得 y=899992.m。
2
60m
n
rad/m rad/m 0.105rad /m
30
,故考虑到波长
,故
因此,t =3ms时,Ht=0的位置为
0.2m。当该电磁波进入某理想介质后,波长r以及在该介质中的波速。
0.2m。当该电磁波进入某理想介质后,波长r以及在该介质中的波速。
在自由空间中,某一电磁波的波长为 变为0.09m。设r 1,试求理想介质的相对介电常数
8
解在自由空间,波的相速Vp0 c 3 10 m/s,故波的频率为 在理想介质中,波长 0.09m,故波的相速为
而
2
2
10kHz、100kHz、1MHz海水的电导率 4S/m
10kHz、100kHz、1MHz
10MHz 100MHz 1GHz的电磁波在海水中的波长、衰减系数和波阻抗。
解先判定海水在各频率下的属性
可见,当f
可见,当f 10 Hz时,满足
f=10kHz 时 f=100kHz时 f=1MHz时 f=10MHz 时
1
,海水可视为良导体。此时
当f
当f=100MHz以上时, f=100MHz时 f =1GHz 时
1
不再满足,海水属一般有损耗媒质。此时,
求证:电磁波在导电媒质传播时场量的衰减约为 55dB/入。
证明 在一定频率围将该导电媒质视为良导体,此时
故场量的衰减因子为
即场量的振幅经过 z =入的距离后衰减到起始值的 0.002。用分贝表示。
在自由空间中,一列平面波的相位常数0
在自由空间中,一列平面波的相位常数
0 0.524rad /m ,当该平面波进入到理想
电介质后,其相位常数变为 1.81rad /m。设r 1,求理想电介质的r和波在电介质中
的传播速度。
解自由空间的相位常数
1.81rad/s,故0 ■■ 0 0,故
1.81rad/s
,故
在理想电介质中,相位常数
电介质中的波速则为
在自由空间中,某均匀平面波的波长为 12cm;当该平面波进入到某无损耗媒质
时,波长变为8cm,且已知此时的
时,波长变为
8cm,且已知此时的
| E | 50V /m , | H | 0-1A / m。求该均匀平面波的频
率以及无损耗媒质的 r、
率以及无损耗媒质的 r、 r。
解自由空间中,波的相速 Vp
在无损耗媒质中,波的相速为
故
8
3 10 m/s
,故波的频率为
2 108无损耗媒质中的波阻抗为| E||H|r 0 501 r 0 0.1
2 108
无损耗媒质中的波阻抗为
| E|
|H|
r 0 50
1 r 0 0.1
500
联解式(1)和式(2),得
7.11 一个频率为f=3GHz, e方向极化的均匀平面波在r
(1)
(2)
2.5 ,损耗正切
tan
10
的非磁性媒质中沿
(ex)方向传播。求:
(1)波的振幅衰减一半时,传播
7.14
7.14 一圆极化波垂直入射到一介质板上,入射波电场为
的距离;(2 )媒质的本征阻抗,波的波长和相速;(3 )设在x=0处的
E ey50si n(610
E ey50si n(6
109t -) V/m
写出Hx,t)的表示式。
解(1)
2 f r 0 2
9 1
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