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CHAPTER均匀平面波及其在无界空间传播第五章
2第五章均匀平面波及其在无界空间传播本章内容5.1理想介质中的均匀平面波5.2电磁波的极化5.3均匀平面波在导电介质中的传播5.4相速、能速、群速及信号速度5.5知识点拓展
35.1理想介质中的均匀平面波5.1.1均匀平面波的概念平面波:指电磁波等相位点组成的面是一个平面,即在这个平面内各点的相位相同。均匀平面波:指电磁场幅度大小相等的点组成的面也是一个平面,且与等相位面重合。均匀平面波中的场矢量(电场E和磁场H)只沿着传播方向变化,在与波传播方向垂直的无限大平面内,E、H的振幅和相位保持不变。
45.1理想介质中的均匀平面波亥姆霍兹方程沿+z方向传播的均匀平面波,电场E仅是z坐标的函数,并假设E只有x分量。由于Ex仅与z有关,上式通解
55.1理想介质中的均匀平面波5.1.2均匀平面波传播特性及其相关参数一、均匀平面波随时间变化表征参量周期频率电磁波随时间变化快慢由角频率、频率f、周期T描述
65.1理想介质中的均匀平面波二、均匀平面波随空间变化表征参量电磁波在空间的变化特性用参数?、k表示空间相位差为2?的两个等相位面的距离为电磁波的波长?
75.1理想介质中的均匀平面波三、均匀平面波随时间、空间变化表征参量理想介质中电磁波的传播速度只与媒质的参数特性有关而与频率等其他参数没有关系。在自由空间相速
85.1理想介质中的均匀平面波四、均匀平面波基本方程由得同理,由得
95.1理想介质中的均匀平面波电场E和磁场H以及传播方向ez保持两两垂直,电场、磁场及传播方向满足右手螺旋关系;电场、磁场大小相差一个因子
105.1理想介质中的均匀平面波本征阻抗在自由空间
115.1理想介质中的均匀平面波五、均匀平面波能量对均匀平面波均匀平面波的电场能量密度等于磁场的能量密度总能量密度平均坡印廷矢量
125.1理想介质中的均匀平面波六、电磁频谱特性按照频率划分的电磁波频谱分布如图所示:
135.1理想介质中的均匀平面波七、总结均匀平面波有如下传播特性:均匀平面波的电场E、磁场H与传播方向相互垂直,满足右手螺旋关系,电场和磁场只能在电磁波传播方向的横截面内,且相互垂直;电场和磁场的幅度、相位只是传播方向坐标的函数,在传播方向的横截面内,幅度、相位保持不变;理想介质本征阻抗为实数,电场和磁场同相位;
145.1理想介质中的均匀平面波均匀平面波能量流动方向就是电磁波的传播方向;理想介质中电磁波的相速度与频率无关,只与媒质参数有关;均匀平面波的电场能量密度与磁场能量密度相等。
155.1理想介质中的均匀平面波5.1.3任意方向传播的均匀平面波定义波矢量
16
17(1)解:
18(2)(3)
195.2电磁波的极化5.2.1极化的概念均匀平面波的极化,对简单介质,通常用电场E的终端在空间运动轨迹来表示。如果该轨迹是直线,则为线极化;若轨迹是圆,则为圆极化;若轨迹是椭圆,则为椭圆极化。
205.2.2线极化电磁波E=excos(wt-kz)yxo观察平面,z=constzyzxo电场两个分量的初相位相差0°或180°5.2电磁波的极化
215.2.3圆极化电磁波且电场两个分量的相位相差±90°左右旋关系判断若E的终端运动方向与电磁波的传播方向满足右手螺旋关系,称为右旋圆极化电磁波;相反,满足左手螺旋关系,称为左旋圆极化电磁波。5.2电磁波的极化
225.2.4椭圆极化电磁波椭圆极化波的轴比(AR-AxialRatio)定义为极化椭圆的长轴与短轴的比值当AR=0dB时,为圆极化电磁波当AR→∞时为线极化轴比|AR|不大于3dB的带宽定义为圆极化辐射器的极化带宽。5.2电磁波的极化
23极化在空间的分布特性当或,线极化磁波在空间构成余弦变化。当且,电场两个分量构成了一个以波长为螺距的圆柱螺旋线方程。当电场两个分量的幅度和相位没有特定关系,则两个分量就构成了一个以波长为螺距的椭圆柱螺旋线方程。5.2电磁波的极化
245.2.53种类型极化的相互关系及应用5.2电磁波的极化线极化圆极化椭圆极化特例特例叠加叠加叠加叠加如果收发天线有一方为圆极化而另一方采用线极化天线,则总可以保证收发信号畅通。
255.3均匀平面波在导电介质中的传播5.3.1复电容率与复磁导率复介电常数/复电容率反映了传导电流和位移电流的比值关系损耗角正切
265.3均匀平面波在导电介质中的传播电介质中自由电子运动所形成的欧姆损耗外,介质中极化电荷在外加交变电场作用下,还会作往复的简谐振荡,形成极化电流
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