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1、第5章均勻平面電磁波在無(wú)界空間中的傳播◇電磁波的極化◇電磁波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播◇理想介質(zhì)中的均勻平面波5.1理想介質(zhì)中的均勻平面波◇平面波——等相位面為平面的電磁波。◇均勻平面波——等相面為平面，且在等相面上，電、磁場(chǎng)量的振幅、方向、相位處處相等的電磁波-----理想情況。一、理想介質(zhì)中的均勻平面波考慮沿+z方向傳播的均勻平面波,設(shè)電場(chǎng)平行于x軸，且只是z的函數(shù)，即得通解電導(dǎo)率的媒質(zhì)，也稱(chēng)無(wú)耗媒質(zhì)。在正弦穩(wěn)態(tài)下，均勻各向同性理想介質(zhì)中的無(wú)源區(qū)域內(nèi)，亥姆霍茲方程◇理想媒質(zhì)：二、傳播特性由邊界條件決定均勻平面波的瞬時(shí)表示將第一項(xiàng)寫(xiě)為瞬時(shí)值形式(沿+z方向傳播的波)沿+
2、z方向傳播的波沿-z方向傳播的波(1)時(shí)間觀察方式:是在固定的空間位置觀察變量隨時(shí)間的變化?？臻g觀察方式:是在不同的確定時(shí)刻觀察變量隨空間坐標(biāo)的變化，就象多次拍照。采用時(shí)間觀察方式，將注意力集中到空間的一固定點(diǎn)上，如。這時(shí)電場(chǎng)可表示為,取O波形每隔重復(fù)一次，因此定義時(shí)間周期每一秒鐘時(shí)間波形變化的周期數(shù)即是頻率采用空間觀察方式，可令。這時(shí)電場(chǎng)可表示為O波形每隔重復(fù)一次，因此定義空間周期，又稱(chēng)波長(zhǎng)每空間距離內(nèi)所包含的波長(zhǎng)數(shù)即是波數(shù)由均勻平面波的表示式可知，其時(shí)空特性分別依賴(lài)于角頻率和波數(shù)。為空間相位，故波的等相面是z為常數(shù)的平面--平面波??zEx0不同時(shí)刻的波形這是
3、一個(gè)沿+z方向勻速前進(jìn)的正弦波?為固定于波形上的某一點(diǎn)，在數(shù)學(xué)上該點(diǎn)對(duì)應(yīng)于此點(diǎn)以勻速沿+z方向傳播，傳播速度稱(chēng)為相速度。由下式?jīng)Q定將相速度--等相面在空間的移動(dòng)速度自由空間得自由空間中電磁波的相速度對(duì)于，它表示以相同速度v沿（-z）方向傳播的正弦波。?相位恒定點(diǎn)（2）平面波電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系與E相伴的磁場(chǎng)H可由求得得將將用矢量表示其瞬時(shí)值形式式中——媒質(zhì)的本征阻抗對(duì)于自由空間（3）能量關(guān)系理想媒質(zhì)中均勻平面波的電場(chǎng)能量密度等于磁場(chǎng)能量密度。電磁波的能量密度：電磁波的能流密度：平均能流密度：由以上的討論，可得理想介質(zhì)中的均勻平面波的傳播特性：◇電場(chǎng)與磁場(chǎng)的振幅不變（無(wú)
4、衰減），且相差一個(gè)因子◇電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間相互垂直且都垂直于傳播方向。E、H、n（波的傳播方向）呈右手螺旋關(guān)系---橫電磁波（TEM波）◇電場(chǎng)與磁場(chǎng)的相速與頻率無(wú)關(guān)；◇波阻抗為實(shí)數(shù)，電場(chǎng)與磁場(chǎng)同相位。三、沿任意方向傳播的均勻平面波沿+z方向傳播的均勻平面波其電場(chǎng)矢量可一般表示為相應(yīng)的磁場(chǎng)矢量其等相位面為等相位面上一點(diǎn)P的位置矢徑為zEHrxyz波的等相位面P(x,y,z)◇電場(chǎng)能量密度等于磁場(chǎng)能量密度。則可表式為于是沿+z方向傳播的均勻平面波可寫(xiě)為yxzr沿任意方向傳播的波P若均勻平面波沿方向傳播,如圖所示。則電場(chǎng)矢量相伴的磁場(chǎng)其等相位面是垂直于的平面，其方程為且由
5、，可得即電場(chǎng)矢量的方向垂直于傳播方向且沿任意方向傳播的均勻平面波電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互垂直且垂直于傳播方向例頻率為100MHz的正弦均勻平面波在各向同性的均勻理想介質(zhì)中沿+z方向傳播，介質(zhì)的特性參數(shù)為。設(shè)電場(chǎng)沿x方向，即當(dāng)t=0,z=1/8m時(shí)，電場(chǎng)等于其振幅值。試求（1）電場(chǎng)和磁場(chǎng)的瞬時(shí)表達(dá)式；（2）波的傳播速度；（3）平均坡印廷矢量。(教材例5.1.1)解：（1）寫(xiě)出電場(chǎng)強(qiáng)度瞬時(shí)表示式由條件t=0,z=1/8m時(shí)，電場(chǎng)等于其振幅值，得而則（2）波的傳播速度（3）平均坡印廷矢量得例5.1.3，5.1.45.2電磁波的極化◇極化的描述：用電場(chǎng)強(qiáng)度E矢量末端隨時(shí)間變化的軌跡
6、來(lái)描述波的極化。、極化的定義◇波的極化：指空間某固定位置處電場(chǎng)矢量隨時(shí)間變化的特性。二、極化的分類(lèi)◇注意：電磁波的極化方式由輻射源（即天線）的性質(zhì)決定?！笾本€極化：電場(chǎng)僅在一個(gè)方向振動(dòng)，即電場(chǎng)強(qiáng)度矢量端點(diǎn)的軌跡是一條直線。電場(chǎng)強(qiáng)度矢量端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)圓?！髨A極化：◇橢圓極化：電場(chǎng)強(qiáng)度矢量端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)橢圓。三、極化的判斷兩個(gè)相互正交的線極化波疊加，可得到不同極化方式的合成波。由電磁波電場(chǎng)場(chǎng)量和磁場(chǎng)場(chǎng)量?jī)蓚€(gè)正交分量間的幅度和相位關(guān)系，可以判斷波的極化方式。直線極化的平面波xy合成后（1）直線極化取z=0合成波電場(chǎng)大小隨時(shí)間變化，但矢端軌跡與x軸夾角不變。一般情況下
7、，沿+z方向傳播的均勻平面波，和分量都存在，且其振幅和相位不一定相等?；蛉鬍的變化軌跡在軸上，稱(chēng)為軸取向的線極化波。若E的變化軌跡在軸上，稱(chēng)為軸取向的線極化波。圓極化的平面波xy合成后（2）圓極化令得合成波電場(chǎng)大小不變，但矢端軌跡與x軸夾角隨時(shí)間變化。若以右手的四指隨E的矢端運(yùn)動(dòng)，則姆指就指出了波的傳播方向，表示的圓極化波稱(chēng)為右旋圓極化波。當(dāng)電場(chǎng)矢量終端運(yùn)動(dòng)方向與電磁波傳播方向滿足右手螺旋關(guān)系——右旋圓極化波?？膳袛喑隹膳袛喑鲭妶?chǎng)矢量終端運(yùn)動(dòng)方向與電磁波傳播方向滿足左手螺旋關(guān)系——左旋圓極化波。當(dāng)說(shuō)明：上述結(jié)論適用于沿+Z方向傳播的均勻平面波。（3）橢圓極化若和振
8、幅、相位都
