均匀平面电磁波在无界空间中的传播课件.ppt

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1、第5章均匀平面电磁波在无界空间中的传播◇电磁波的极化◇电磁波在导电媒质中的传播◇理想介质中的均匀平面波5.1理想介质中的均匀平面波◇平面波——等相位面为平面的电磁波。◇均匀平面波——等相面为平面，且在等相面上，电、磁场量的振幅、方向、相位处处相等的电磁波-----理想情况。一、理想介质中的均匀平面波考虑沿+z方向传播的均匀平面波,设电场平行于x轴，且只是z的函数，即得通解电导率的媒质，也称无耗媒质。在正弦稳态下，均匀各向同性理想介质中的无源区域内，亥姆霍兹方程◇理想媒质：二、传播特性由边界条件决定均匀平面波的瞬时表示将第一项写为瞬时值形式(沿+z方向传播的波)沿+

2、z方向传播的波沿-z方向传播的波(1)时间观察方式:是在固定的空间位置观察变量随时间的变化。空间观察方式:是在不同的确定时刻观察变量随空间坐标的变化，就象多次拍照。采用时间观察方式，将注意力集中到空间的一固定点上，如。这时电场可表示为,取O波形每隔重复一次，因此定义时间周期每一秒钟时间波形变化的周期数即是频率采用空间观察方式，可令。这时电场可表示为O波形每隔重复一次，因此定义空间周期，又称波长每空间距离内所包含的波长数即是波数由均匀平面波的表示式可知，其时空特性分别依赖于角频率和波数。为空间相位，故波的等相面是z为常数的平面--平面波zEx0不同时刻的波形这是

3、一个沿+z方向匀速前进的正弦波为固定于波形上的某一点，在数学上该点对应于此点以匀速沿+z方向传播，传播速度称为相速度。由下式决定将相速度--等相面在空间的移动速度自由空间得自由空间中电磁波的相速度对于，它表示以相同速度v沿（-z）方向传播的正弦波。相位恒定点（2）平面波电场和磁场的关系与E相伴的磁场H可由求得得将将用矢量表示其瞬时值形式式中——媒质的本征阻抗对于自由空间（3）能量关系理想媒质中均匀平面波的电场能量密度等于磁场能量密度。电磁波的能量密度：电磁波的能流密度：平均能流密度：由以上的讨论，可得理想介质中的均匀平面波的传播特性：◇电场与磁场的振幅不变（无

4、衰减），且相差一个因子◇电场和磁场在空间相互垂直且都垂直于传播方向。E、H、n（波的传播方向）呈右手螺旋关系---横电磁波（TEM波）◇电场与磁场的相速与频率无关；◇波阻抗为实数，电场与磁场同相位。三、沿任意方向传播的均匀平面波沿+z方向传播的均匀平面波其电场矢量可一般表示为相应的磁场矢量其等相位面为等相位面上一点P的位置矢径为zEHrxyz波的等相位面P(x,y,z)◇电场能量密度等于磁场能量密度。则可表式为于是沿+z方向传播的均匀平面波可写为yxzr沿任意方向传播的波P若均匀平面波沿方向传播,如图所示。则电场矢量相伴的磁场其等相位面是垂直于的平面，其方程为且由

5、，可得即电场矢量的方向垂直于传播方向且沿任意方向传播的均匀平面波电场与磁场相互垂直且垂直于传播方向例频率为100MHz的正弦均匀平面波在各向同性的均匀理想介质中沿+z方向传播，介质的特性参数为。设电场沿x方向，即当t=0,z=1/8m时，电场等于其振幅值。试求（1）电场和磁场的瞬时表达式；（2）波的传播速度；（3）平均坡印廷矢量。(教材例5.1.1)解：（1）写出电场强度瞬时表示式由条件t=0,z=1/8m时，电场等于其振幅值，得而则（2）波的传播速度（3）平均坡印廷矢量得例5.1.3，5.1.45.2电磁波的极化◇极化的描述：用电场强度E矢量末端随时间变化的轨迹

6、来描述波的极化。、极化的定义◇波的极化：指空间某固定位置处电场矢量随时间变化的特性。二、极化的分类◇注意：电磁波的极化方式由辐射源（即天线）的性质决定。◇直线极化：电场仅在一个方向振动，即电场强度矢量端点的轨迹是一条直线。电场强度矢量端点的轨迹是一个圆。◇圆极化：◇椭圆极化：电场强度矢量端点的轨迹是一个椭圆。三、极化的判断两个相互正交的线极化波叠加，可得到不同极化方式的合成波。由电磁波电场场量和磁场场量两个正交分量间的幅度和相位关系，可以判断波的极化方式。直线极化的平面波xy合成后（1）直线极化取z=0合成波电场大小随时间变化，但矢端轨迹与x轴夹角不变。一般情况下

7、，沿+z方向传播的均匀平面波，和分量都存在，且其振幅和相位不一定相等。或若E的变化轨迹在轴上，称为轴取向的线极化波。若E的变化轨迹在轴上，称为轴取向的线极化波。圆极化的平面波xy合成后（2）圆极化令得合成波电场大小不变，但矢端轨迹与x轴夹角随时间变化。若以右手的四指随E的矢端运动，则姆指就指出了波的传播方向，表示的圆极化波称为右旋圆极化波。当电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足右手螺旋关系——右旋圆极化波。可判断出可判断出电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足左手螺旋关系——左旋圆极化波。当说明：上述结论适用于沿+Z方向传播的均匀平面波。（3）椭圆极化若和振

8、幅、相位都