第06章无界空间平面电磁波的传播.pptVIP

波长 趋肤深度 (2) 令e-αz =1/1000， 即eαz =1000，由此得到电场幅值减小为z = 0 处的1/1000 时，波传播的距离 故在 z = 0.8 m 处，电场的瞬时表达式为 (3) 根据题意，电场的瞬时表达式为 第61页，共92页，编辑于2022年，星期五 磁场的瞬时表达式为 (4) 在 z = 0.8 m 处的平均坡印廷矢量 第62页，共92页，编辑于2022年，星期五 海水中的趋肤深度随频率变化的曲线 穿过 1m2 的平均功率 Pav= 0.75mW 由此可知，电磁波在海水中传播时衰减很快，尤其在高频时，衰减更为严重，这给潜艇之间的通信带来了很大的困难。若为保持低衰减，工作频率必须很低，但即使在 1 kHz 的低频下，衰减仍然很明显。 第63页，共92页，编辑于2022年，星期五 6.3 波的极化 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。 极化的概念 一般情况下，沿+z 方向传播的均匀平面波为 如果 相位超前于 相位δ，则 第64页，共92页，编辑于2022年，星期五 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。 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 可得 第65页，共92页，编辑于2022年，星期五 补充例题 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。 解 (1)因为 ，所以 则 第29页，共92页，编辑于2022年，星期五 （2） （3）由 得 （4） 第30页，共92页，编辑于2022年，星期五 （5） 第31页，共92页，编辑于2022年，星期五 6.2 有耗介质和良导体中的平面波 6.2.1 有耗介质中的平面电磁波 有耗介质的电导率 ? ≠ 0，电磁波在有耗媒质中传播时，有传导电流 存在，同时伴随着电磁能量的损耗。 电磁波在有耗介质中的传播特性也与理想介质中有所不同。 有耗介质中时谐电磁场应满足齐次矢量亥姆霍兹方程 第32页，共92页，编辑于2022年，星期五 为复波数。 而 式中 上式解的形式与理想介质中的相同，只要以 kc 代替k 即可，即 第33页，共92页，编辑于2022年，星期五 如果假设 即等相位面与等振幅面重合，则 称为复波阻抗 式中 称为衰减常数， 是衰减因子 称为相位常数， 是相位因子 。 第34页，共92页，编辑于2022年，星期五 则其瞬时表达式为 复波阻抗可表示为 如果 和 不同方向，则属非均匀平面波。 第35页，共92页，编辑于2022年，星期五 如果复矢量中的β和α不同向，平面波的等相位面和等振幅面不重合，则属非均匀平面波，可以证明，有耗介质中的非均匀平面波的等相位面与等振幅面有一小于900的夹角，如图6-3所示。 图6-3 有耗介质中的非均匀平面波 第36页，共92页，编辑于2022年，星期五 平面波在有耗介质中的传播特性 所以 设平面波沿+z方向传播，电场矢量沿x方向，有 导电媒质中的电场与磁场 非导电媒质中的电场与磁场 磁场滞后于电场 第37页，共92页，编辑于2022年，星期五 由上两方程解得 得 从而有 由复波数表示式 第38页，共92页，编辑于2022年，星期五 由有耗介质中平面波电场的等相位面方程 可得平面波的相速 有耗介质中平面波的相速比μ、ε相同的理想介质中 平面波的相速要慢。相速与频率有关，这种现象称为 色散效应。 其波长为 第39页，共92页，编辑于2022年，星期五 有耗介质中的平面波的 电场和磁场任相互垂直， 任然是TEM波。但电场 与磁场不再同相位。 式中 有耗介质的复波阻抗 第40页，共92页，编辑于2022年，星期五 而且，平均电、磁场能量密度不再相等，即 此时，复坡印廷矢量及平均功率流密度为 第41页，共92页，编辑于2022年，星期五 总的电磁场能量密度为 这是因为σ≠0，引起传导电流而激发附加磁场所致。 显然有 能量传播速度为 第42页，共92页，编辑于2022年，星期五 小结：有耗介质中均匀平面波的传播特点 电场强度 E 、磁场强度 H 与