《電磁場與電磁波》課件-6.2節(jié)

6.2導(dǎo)電媒質(zhì)中的平面電磁波本節(jié)要點(diǎn)復(fù)介電常數(shù)導(dǎo)電媒質(zhì)中的平面波色散及其對通信的影響

1.復(fù)介電常數(shù)(complexpermittivity)

傳導(dǎo)電流占優(yōu)勢，稱為導(dǎo)體(conductor)

介于兩者之間，稱為半導(dǎo)體(semiconductor)

無限大導(dǎo)電媒質(zhì)中復(fù)介電常數(shù)

位移電流占優(yōu)勢，稱為絕緣體(insulator)

虛部代表傳導(dǎo)電流的貢獻(xiàn)，將引起能量的損耗。實(shí)部代表位移電流的貢獻(xiàn)，不會引起能量消耗。根據(jù)傳導(dǎo)電流與位移電流的比值的大小對媒質(zhì)進(jìn)行分類2.損耗正切(losstangent)導(dǎo)電媒質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)可表示為式中，幅角由下式給定

稱為損耗正切，它反映了引起能量損耗的傳導(dǎo)電流的相對大小，并用它來說明材料的損耗特性。例如，在微波頻率下作為電介質(zhì)，它的值一般不應(yīng)大于10-3數(shù)量級。損耗正切角3.傳播常數(shù)和復(fù)波阻抗

將無耗媒質(zhì)的相位常數(shù)及波阻抗中的均以來取代，即得導(dǎo)電媒質(zhì)中的復(fù)相位常數(shù)為因此電磁波的相速不再是個(gè)常數(shù)，它不僅取決于媒質(zhì)參數(shù)，還與信號的頻率有關(guān)。結(jié)論電磁波的相速隨著頻率的變化而變化的現(xiàn)象稱為色散。因此，導(dǎo)電媒質(zhì)為色散媒質(zhì)(dispersivemedium)。由于、都隨著頻率的變化而變化，當(dāng)信號在導(dǎo)電媒質(zhì)中傳播時(shí)，不同頻率的波有不同的衰減和相移。對于模擬信號來說，帶寬為

的信號在前進(jìn)過程中其波形將一直變化，當(dāng)信號到達(dá)目的地時(shí)發(fā)生了畸變，這將會引起信號的失真；對于數(shù)字信號來說，由于頻率越高衰減越大，使到達(dá)接收點(diǎn)的數(shù)字信號脈沖展寬，因此，要降低誤碼必然要降低信號的傳輸速率，這必影響數(shù)字通信的帶寬和容量。4.導(dǎo)電媒質(zhì)中的平面波導(dǎo)電媒質(zhì)中電、磁場和坡印廷矢量的表達(dá)式為結(jié)論在導(dǎo)電媒質(zhì)中的波是一個(gè)衰減的行波。電場和磁場的振幅隨距離按指數(shù)規(guī)律衰減，衰減的快慢取決于

，稱為衰減常數(shù)，它表示場強(qiáng)在單位距離上的衰減，單位是Np/m。導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波仍然是TEM波。結(jié)論

表示在傳播過程中相位的變化，稱為相位常數(shù)。

和

從不同的側(cè)面反映場在傳播過程中的變化，稱為傳播常數(shù)。電場與磁場不同相，彼此間存在一個(gè)固定的相位差!導(dǎo)電媒質(zhì)中電磁波[例6-2]某工作頻率為1.8GHz的均勻平面波在

r=1.6、

r=1.6和

=2.5S/m的媒質(zhì)中傳播。設(shè)該區(qū)域中電場強(qiáng)度為

傳播常數(shù)和衰減常數(shù)；波阻抗和相速；平均坡印廷矢量。解：電磁波的角頻率為復(fù)介電常數(shù)可表示為[例6-2]（續(xù)）傳播常數(shù)衰減常數(shù)波阻抗相速平均坡印廷矢量5.弱導(dǎo)電媒質(zhì)中的平面波若媒質(zhì)為弱導(dǎo)電媒質(zhì)，即

對于弱導(dǎo)電媒質(zhì)