《天线与电波传播》课件 （张晨新）11、12 媒质中的平面波和反射透射、 电波传播.pptx

天线与电波传播Antennas and Propagation 天线与电波传播专题五 平面电磁波 EHz波传播方向 均匀平面波波阵面xyo 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。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。 本次课的主要内容 理想媒质中的平面波良导体中的平面波平面波的垂直入射理解理解重点4重点、难点导电媒质中的平面波平面波的斜入射重点、难点 5.3媒质中的平面波 一、理想媒质中的平面波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。设均匀平面波沿+z轴传播。设电场只有x分量，即磁场： 其中 称为媒质的本征阻抗。在真空中 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、频率和周期角频率ω ：表示单位时间内的相位变化，单位为rad /s 频率 f ： t T o xE 的曲线 （2）波长和相位常数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 o xE lz的曲线 （3）相速（波速）真空中：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 （4）能量密度与能流密度能量的传输速度等于相速故电场能量与磁场能量相同 2.理想介质中的均匀平面波的传播特点xyzEHO理想介质中均匀平面波的 和EH 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： 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 14沿+z 方向传播的均匀平面波3.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波 波传播方向 z y x o rne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 15 二、导电媒质中的均匀平面波 导电媒质的典型特征是电导率? ≠ 0。 电磁波在导电媒质中传播时，有传导电流 J =? E 存在，同时 伴随着电磁能量的损耗。 16令，则称为电磁波的传播常数，单位：1/m是衰减因子，? 称为衰减常数，单位：Np/m（奈培/米）是相位因子，? 称为相位常数，单位：rad/m（弧度/米）瞬时值形式振幅有衰减理想媒质中导电媒质中 17本征阻抗导电媒质中的电场与磁场非导电媒质中的电场与磁场本征阻抗为复数磁场滞后于电场 18相速不仅与媒质参数有关，而且与电磁波的频率有关 传播参数说明在导电媒质中，不同频率的电磁波具有不同的相速。把相速随频率改变的现象，称为色散现象（色散效应）。 19 导电媒质中均匀平面波的传播特点： 电场强度 E 、磁场强度 H 与波的传播方向相互垂直，是横 电磁波（TEM波）； 媒质的本征阻抗为复数，电场与磁场不同相位，磁场滞后于 电场? 角； 在波的传播过程中，电场与磁场的振幅呈指数衰减； 波的传播速度（相度）不仅与媒质参数有关，而且与频率有 关（有色散）。 20良导体：三、良导体中的均匀平面波 波长：相速： 21趋肤效应：电磁波的频率越高，衰减系数越大，高频电磁波只能 存在于良导体的表面层内，称为趋肤效应。 趋肤深度（?）：电磁波进入良导体后， 其振幅下降到表面处振幅的1/e 时所传播的距离。即本征阻抗:良导体中电磁波的磁场强度的相位滞后于电磁强度45o。趋肤深度? 22铜： 5.4平面波的反射与透射 261、 对理想介质分界面的垂直入射两种媒质均为理想介质x介质 1：介质 2：zz=0yR=0，称为阻抗匹配 27媒质1中的入射波：媒质1中的反射波：媒质1中的合成波：媒质2中的透射波： 282、对理想导体表面的垂直入射x媒质1：媒质2：zz = 0y媒质1为理想介质，σ1＝0媒质2为理想导体，σ2＝∞在分界面上，反射波电场与入射波电场的相位差为π 29 合成波的特点(n = 0 ,1,2,3, …) 媒质1中的合成波是驻波。 电场振幅的最大值为2Eim，