《电磁场与电磁波》(第4版)谢处方第5章教材课件.ppt

1,第5章 均匀平面波在无界空间中的传播,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 导电媒质中的均匀平面波5.4 色散与群速,2,均匀平面波的概念,波阵面：空间相位相同的点构成的曲面，即等相位面,平面波：等相位面为无限大平面的电磁波,均匀平面波：等相位面上电场和磁场的方向、振幅都保持不变 的平面波,均匀平面波是电磁波的一种理想 情况，其分析方法简单，但又表 征了电磁波的重要特性。,3,5.1 理想介质中的均匀平面波,5.1.1 一维波动方程的均匀平面波解,5.1.2 理想介质中均匀平面波的传播特点,5.1.3 沿任意方向传播的均匀平面波,4,由于,5.1.1 一维波动方程的均匀平面波解,设在无限大的无源空间中，充满线性、各向同性的均匀理想介质。均匀平面波沿 z 轴传播，则电磁强度和磁场强度均不是 x和 y 的函数，即,结论：均匀平面波的电场强度和磁场强度都垂直于波的传播 方向 横电磁波（TEM波）,5,设电场只有x 分量，即,其解为：,可见， 表示沿 +z 方向传播的波。,解的物理意义,第一项,第二项,6,由 ，可得,其中 称为媒质的本征阻抗。在真空中,相伴的磁场,或,结论：在理想介质中，均匀平面波的电场强度与磁场强度相 互垂直，且同相位。,8,1、均匀平面波的传播参数,周期T ：相位变化 2的时间间隔，即,（1）角频率、频率和周期,角频率 ：表示单位时间内的相位变化，单位为rad/s,频率 f ：,5.1.2 理想介质中均匀平面波的传播特点,9,（2）波长和相位常数,k 的大小等于空间距离2内所包含的波长数目，因此也称为波数。,波长 ：空间相位差为2 的两个波阵面的间距，即,相位常数 k ：表示波传播单位距离的相位变化,10,（3）相速（波速）,真空中：,由,相速v：电磁波的等相位面在空间 中的移动速度,故得到均匀平面波的相速为,11,2、能量密度与能流密度,故,总结：在无限大的各向同性的均匀线性理想介质中,13,3、理想介质中的均匀平面波的传播特点,电场、磁场与传播方向之间相互垂直，是横电磁波（TEM 波）,无衰减，电场与磁场的振幅不变,波阻抗为实数，电场与磁场同相位,电磁波的相速与频率无关，无色散,电场能量密度等于磁场能量密度， 能量的传输速度等于相速,根据前面的分析，可总结出理想介质中的均匀平面波的传播特点为：,14,例5.1.1 频率为9.4GHz的均匀平面波在聚乙烯中传播，设其为无耗材料，相对介电常数为r =2.26。若磁场的振幅为7mA/m，求相速、波长、波阻抗和电场强度的幅值。,解：由题意,因此,例51.2 频率为100MHz的均匀平面波，在一无耗媒质中沿+z方向传播，其电场E=exEx。已知该媒质的相对介电常数为4，相对磁导率为1，且当t=0，z=1/8m时，电场的幅值为0.0001V/m。（1）求E的瞬时表示式；（2）求H的瞬时表示式。,解：（1）设E的瞬时表示式为,当t=0，z=1/8时,（2）H的瞬时表示式为,15,例5.1.3 已知均匀平面波在真空中向正 Z 方向传播，其电场强度的瞬时值为,试求： 频率及波长； 电场强度及磁场强度的复矢量表示式； 复能流密度矢量； 相速。,解 频率,波长, 电场强度,磁场强度, 复能流密度, 相速,17,沿+z方向传播的均匀平面波,5、沿任意方向传播的均匀平面波,沿 传播方向的均匀平面波,18,解：（1）因为 ，所以,则,19,（2）,（3）,（4）,（5）,20,5.2.1 极化的概念,5.2.2 线极化波,5.2.3 圆极化波,5.2.1 极化的概念,波的极化表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变 化的特性, 是电磁理论中的一个重要概念。,在电磁波传播空间给定点处，电场强度矢量的端点随时间变化的轨迹。,波的极化,5.2 电磁波的极化,22,一般情况下，沿+z方向传播的均匀平面波 ，其中,电磁波的极化状态取决于Ex和Ey的振幅之间和相位之间的关系，分为：线极化、圆极化、椭圆极化。,极化的三种形式,线极化：电场强度矢量的端点轨迹为一直线段,圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个圆,椭圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个椭圆,