电磁场第五章-均匀平面波课件.ppt

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1、第五章均匀平面波及其在无界空间传播主要内容理想介质中的均匀平面波、电磁波的极化、均匀平面波在导电媒质中的传播、相速、群速、能速1864年，麦克斯韦推导出麦克斯韦方程组，预言了电磁波的存在，并证明了它是以光速传播的。1888年，赫兹利用实验方法证明了电磁波的存在，从而验证了麦克斯韦预言的正确性。1894年和1895年，俄国的波波夫和意大利的马可尼成功发明了通信装置，电磁理论从此得到蓬勃发展。按照频率划分的电磁波频谱分布如图所示5.1理想介质中的均匀平面波5.1.1均匀平面波的概念5.1.2均匀平面波的传播特性

2、及其相关参数5.1.3任意方向传播的均匀平面波5.1.1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：电磁波等相位点组成的面是一个平面均匀平面波：电磁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。EHz波传播方向均匀平面波波阵面xyo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，则电场强度和磁场强度均不是x和y的函数，即同理结论：

3、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）设电场只有x分量，即其解为：可见，表示沿+z方向传播的波。的波形解的物理意义第一项第二项沿－z方向传播的波由，可得其中称为媒质的本征阻抗。在真空中相伴的磁场同理，对于磁场与电场相互垂直，且同相位结论：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。1、均匀平面波的传播参数周期T：时间相位变化2π的时间间隔，即（1）角频率、频率和周期平面波的时间变化特性，固定空间位置点角频率ω：表示单位时间内的相位变化，单位为rad/s频

4、率f：tToxE的曲线5.1.2均匀平面波的传播特性及其相关参数（2）波长和相位常数平面波的空间变化特性，固定时间点k的大小等于空间距离2π内所包含的波长数目，因此也称为波数。波长λ：空间相位差为2π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oxElz的曲线（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相速只与媒质参数有关，而与电磁波的频率无关故得到均匀平面波的相速为2、能量密度与能流密度由于，于是有能量的传输速度等于相速故电场能量与磁场能量相同3、理想介质中的均匀

5、平面波的传播特点xyzEHO理想介质中均匀平面波的和EH例频率为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εr=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：由题意因此解：以余弦为基准，直接写出例均匀平面波的磁场强度的振幅为A/m，以相位常数为30rad/m在空气中沿方向传播。当t=0和z=0时，若取向为，试写出和的表示式，并求出频率和波长。因，故则沿+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沿任意方向传播的均匀平面

6、波波传播方向zyxorne等相位面P(x,y,z)yzxo沿＋z方向传播的均匀平面波P(x,y,z)波传播方向r等相位面解：（1）因为，所以则例5.1.5在空气中传播的均匀平面波的磁场强度的复数表示式为式中A为常数。求：（1）波矢量；（2）波长和频率；（3）A的值；（4）相伴电场的复数形式；（5）平均坡印廷矢量。（2）（3）（4）（5）5.2电磁波的极化5.2.1极化的概念5.2.2直线极化波5.2.3圆极化波5.2.4椭圆极化波5.2.5三种类型极化的相互关系及应用5.2.1极化的概念波的极化表征在空间给定

7、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。一般情况下，沿+z方向传播的均匀平面波，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5.2.2线极化波-初始相位相差0°或180°直线极化电磁波的发射接收装置往往比较简单，易于实现，从而在便携式电子设备中大量

8、使用E=excos(wt-kz)yxo观察平面，z=constzyzxo5.2.3、圆极化波-初始相位相差±90°圆极化电磁波被广泛使用在遥感遥测、通信、雷达、电子侦察与电子干扰等领域。右旋圆极化波oExyxEEya左旋圆极化波oxEyxEyEa右旋圆极化波：若φ2－φ1＝－π/2，则电场矢端的旋转方向与电磁波传播方向成右手螺旋关系，称为右旋圆极化波左旋圆极化波：若φ2－φ1＝π/2，则电场矢端的旋