第五章 均勻平面波在無界媒質(zhì)中傳播ppt課件

1、3、理想介質(zhì)中的均勻平面波的傳播特點(diǎn)、理想介質(zhì)中的均勻平面波的傳播特點(diǎn)xyzEHO理想介質(zhì)中均勻平面波的 和EH 電場、磁場與傳播方向之間相互垂直，是橫電磁波電場、磁場與傳播方向之間相互垂直，是橫電磁波TEM 波波 無衰減，電場與磁場的振幅不變無衰減，電場與磁場的振幅不變 波阻抗為實(shí)數(shù)，電場與磁場同相位波阻抗為實(shí)數(shù)，電場與磁場同相位 電磁波的相速與頻率無關(guān)，無色散電磁波的相速與頻率無關(guān)，無色散 電場能量密度等于磁場能量密度，電場能量密度等于磁場能量密度， 能量沿波的傳輸方向傳播。能量沿波的傳輸方向傳播。 根據(jù)前面的分析，可總結(jié)出理想介質(zhì)中的均勻平面波的傳播根據(jù)前面的分析，可總結(jié)出理想介質(zhì)中的均

2、勻平面波的傳播特點(diǎn)為：特點(diǎn)為： 例例5.1.1 頻率為頻率為100Mz的均勻電磁波，在一無耗媒質(zhì)中沿的均勻電磁波，在一無耗媒質(zhì)中沿 +z方方向傳播，其電場向傳播，其電場 。知該媒質(zhì)的相對介電常數(shù)。知該媒質(zhì)的相對介電常數(shù)r = 4、相對磁、相對磁導(dǎo)率導(dǎo)率r =1 ，且當(dāng)，且當(dāng)t = 0、z =1/8 m 時(shí)，電場幅值為時(shí)，電場幅值為104 V/m 。 試試求電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的瞬時(shí)表示式。求電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的瞬時(shí)表示式。xxEEe 解：設(shè)電場強(qiáng)度的瞬時(shí)表示式為解：設(shè)電場強(qiáng)度的瞬時(shí)表示式為4( , )10cos()xxxz tEtkzEee822 10rad/sf8rr82 1044 rad/m

3、3 103kc 對于余弦函數(shù)，當(dāng)相角為零時(shí)達(dá)振幅值。思索條件對于余弦函數(shù)，當(dāng)相角為零時(shí)達(dá)振幅值。思索條件t = 0、z =1/8 m 時(shí)，電場到達(dá)幅值，得時(shí)，電場到達(dá)幅值，得式中式中41386kz484( , )10cos(2 10)36xE z tetz484110cos2 10()V/m38xetz 11zyxHeEeE0r60481041( , )cos2 10()A/m6038yH z tetz所以所以磁場強(qiáng)度的瞬時(shí)表示式為磁場強(qiáng)度的瞬時(shí)表示式為式中式中因此因此5.2.1 極化的概念極化的概念 極化的三種方式極化的三種方式電磁波的極化形狀取決于電磁波的極化形狀取決于Ex 和和Ey 的振

4、幅之間和相位之間的關(guān)的振幅之間和相位之間的關(guān)系，分為：線極化、圓極化、橢圓極化。系，分為：線極化、圓極化、橢圓極化。 在電磁波傳播空間給定點(diǎn)處，電場強(qiáng)度矢量的端點(diǎn)隨時(shí)間在電磁波傳播空間給定點(diǎn)處，電場強(qiáng)度矢量的端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡。變化的軌跡。 波的極化波的極化 例例5.2.1 5.2.1 闡明以下均勻平面波的極化方式。闡明以下均勻平面波的極化方式。 jjmmjeekzkzxyE ze Ee Emmcos()sin()4xyE z,te Etkze Etkzmmsin()cos()44xyE z,te Etkze Etkz( 1 )( 2 )( 3 ) 解：解：1 1 2 3mm,xyEE3,4

5、4xy 、mm,xyEE,22xy、mm, 0,44xyxyEE 、線極化波線極化波右旋圓極化波右旋圓極化波右旋橢圓右旋橢圓極化波極化波 導(dǎo)電媒質(zhì)中均勻平面波的傳播特點(diǎn)：導(dǎo)電媒質(zhì)中均勻平面波的傳播特點(diǎn)： 電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度 E 、磁場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度 H 與波的傳播方向相互垂直，是橫與波的傳播方向相互垂直，是橫 電磁波電磁波TEM波；波； 媒質(zhì)的本征阻抗為復(fù)數(shù)，電場與磁場不同相位，磁場滯后于媒質(zhì)的本征阻抗為復(fù)數(shù)，電場與磁場不同相位，磁場滯后于 電場電場 角；角； 在波的傳播過程中，電場與磁場的振幅呈指數(shù)衰減；在波的傳播過程中，電場與磁場的振幅呈指數(shù)衰減； 波的傳播速度相速不僅與媒質(zhì)參數(shù)有關(guān)，而且與

6、頻率有波的傳播速度相速不僅與媒質(zhì)參數(shù)有關(guān)，而且與頻率有 關(guān)有色散。關(guān)有色散。 弱導(dǎo)電媒質(zhì)中均勻平面波的特點(diǎn)弱導(dǎo)電媒質(zhì)中均勻平面波的特點(diǎn) 具有一定損耗； 相位常數(shù)和非導(dǎo)電媒質(zhì)中的相位常數(shù)大致相等； 電場和磁場之間存在較小的相位差。電場和磁場之間存在較小的相位差。 例例5.3.1 一沿一沿 x 方向極化的線極化波在海水中傳播，取方向極化的線極化波在海水中傳播，取+ z 軸軸方向?yàn)閭鞑シ较颉ＶＫ拿劫|(zhì)參數(shù)為方向?yàn)閭鞑シ较?。知海水的媒質(zhì)參數(shù)為r = 81、r =1、= 4 S/m ，在，在 z = 0 處的電場處的電場Ex = 100cos(107t ) V/m 。求：。求：1衰減常數(shù)、相位常數(shù)、本

7、征阻抗、相速、波長及趨膚深度；衰減常數(shù)、相位常數(shù)、本征阻抗、相速、波長及趨膚深度；2電場強(qiáng)度幅值減小為電場強(qiáng)度幅值減小為z = 0 處的處的 1/1000 時(shí)，波傳播的間隔時(shí)，波傳播的間隔3z = 0.8 m 處的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式；處的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的瞬時(shí)表達(dá)式；4 z = 0.8 m 處穿過處穿過1m2面積的平均功率。面積的平均功率。解：解：1 根據(jù)題意，有根據(jù)題意，有710 rad/s6510Hz2f7941801110 (10 ) 8136所以所以此時(shí)海水可視為良導(dǎo)體。此時(shí)海水可視為良導(dǎo)體。故衰減常數(shù)故衰減常數(shù)67 5 104 1048.89 Np/mf 77jjj44

8、4c10 4 10eee47610 3.53 10 m/s8.89v220.707 m8.89110.112 m8.89相位常數(shù)相位常數(shù)本征阻抗本征阻抗8.89 rad/m相速相速波長波長趨膚深度趨膚深度 2 令令e-z1/1000， 即即ez1000，由此得到電場強(qiáng)度幅值，由此得到電場強(qiáng)度幅值減小為減小為 z = 0 處的處的1/1000 時(shí)，波傳播的間隔時(shí)，波傳播的間隔12.302ln10000.777 m8.89z8.897( , )100ecos(10 8.89 )zxE z tetz8.89 0.877(0.8, )100ecos(10 8.89 0.8)0.082cos(10 7.11)V/mxxEtetet8.89 0.87c7100e0.8,cos(10 8.89 0.8)40.026cos(10 1.61)A/myyHtetet故在故在 z = 0.8 m 處，電場的瞬時(shí)表達(dá)式為處，電場的瞬時(shí)表達(dá)式為磁場的瞬時(shí)表達(dá)式為磁場的瞬時(shí)表達(dá)式為 3根據(jù)題意，電場的瞬時(shí)表達(dá)式為根據(jù)題意，電場的瞬時(shí)表達(dá)式為22avmc22 8.89 0.821ecos2100ecos240.75mW/mzzxzzSeEee 4在在 z = 0.8 m 處的平均坡印廷矢量處的平均坡印廷矢量穿過穿過 1m2 的平均功率的平均功率 Pav = 0.7