資源描述：
《電磁場與電磁波均勻平面波在無界空間中的傳播ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第五章均勻平面波在無界空間中的傳播在無源空間中，時變電磁場相互激勵，電磁場以波動的形式存在，并且在空間中傳播，形成電磁波。電磁波傳播的媒質(zhì)環(huán)境無界：無障礙的自由空間（理想情況）半無界：介質(zhì)表面發(fā)生反射、折射有界：波導(dǎo)、傳輸線等媒質(zhì)性質(zhì)無耗（電導(dǎo)率為0的理想介質(zhì)）有耗（電導(dǎo)率不為0的導(dǎo)電媒質(zhì)）?電磁場與電磁波?均勻平面波的特點：電磁波的場矢量只沿著它的傳播方向變化，在與波傳播方向垂直的平面內(nèi)，場矢量的振幅和相位都保持不變。在實際應(yīng)用中，理想的均勻平面波并不存在。但某些實際存在的波型，在遠(yuǎn)離波源的一小部分波
2、陣面，仍可近似看作均勻平面波。均勻平面波的幾個概念EHz波傳播方向均勻平面波波陣面xyo波陣面：空間相位相同的點構(gòu)成的曲面，即等相位面平面波：等相位面為無限大平面的電磁波均勻平面波：等相位面上電場和磁場的方向、振幅都保持不變的平面波第五章均勻平面波在無界空間中的傳播?電磁場與電磁波?5.1理想介質(zhì)中的均勻平面波5.2電磁波的極化5.3均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播5.4色散與群速5.5*均勻平面波在各向異性媒質(zhì)中的傳播第五章均勻平面波在無界空間中的傳播?電磁場與電磁波?若所討論的區(qū)域中沒有外源，即J=0
3、，?=0，其中充滿線性、各向同性的均勻理想介質(zhì)，則均勻平面波在這種理想介質(zhì)中的傳播特點為5.1理想介質(zhì)中的均勻平面波在直角坐標(biāo)系中，若時變電磁場的場量僅與一個坐標(biāo)變量有關(guān)，則該時變電磁場的場量不可能具有該坐標(biāo)分量。5.1.1理想介質(zhì)中的均勻平面波函數(shù)第五章均勻平面波在無界空間中的傳播?電磁場與電磁波?而在給定的區(qū)域中，，由上兩式得代入波動方程，可得z坐標(biāo)分量Ez=Hz=0，即第五章均勻平面波在無界空間中的傳播例如，若場量僅與z變量有關(guān)，則可證明Ez=Hz=0。因為場量與變量x及y無關(guān)，則?電磁場與電磁波
4、?這表明沿z方向傳播的均勻平面波的電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度都沒有沿傳播方向的分量，即電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度都和波的傳播方向垂直，這種波又稱為橫電磁波(TEM波)。其中的x、y分量滿足標(biāo)量亥姆霍茲方程：第五章均勻平面波在無界空間中的傳播?電磁場與電磁波?它們的解具有相同的形式，以電場強(qiáng)度的x分量為例：通解瞬時表達(dá)式第五章均勻平面波在無界空間中的傳播?電磁場與電磁波?理想介質(zhì)中均勻平面電磁波的電場和磁場空間分布第五章均勻平面波在無界空間中的傳播?電磁場與電磁波?5.1.2理想介質(zhì)中均勻平面波的傳播特點在無界均勻媒質(zhì)中
5、，一般沒有反射波存在，只有單一行進(jìn)方向的波，即只存在沿一個方向傳播的波。在式：中，第一項代表沿+z方向傳播的均勻平面波，第二項代表沿-z方向傳播的均勻平面波。在此僅討論沿+z方向傳播的均勻平面波，即瞬時表達(dá)式第五章均勻平面波在無界空間中的傳播?電磁場與電磁波?電場強(qiáng)度隨著時間t及空間z的變化波形如下圖所示：式中?t稱為時間相位，?表示單位時間內(nèi)的相位變化，稱為角頻率（單位：rad/s）；kz稱為空間相位，k表示波傳播單位距離的相位變化，稱為相位常數(shù)（單位：rad/m）?？臻g相位相等的點組成的曲面稱為波面
6、。由上式可見，z=常數(shù)的波面為平面，因此這種電磁波稱為平面波。因Ex(z)與x、y無關(guān)，在z=常數(shù)的波面上，各點場強(qiáng)相等。故這種波面上場強(qiáng)均勻分布的平面波又稱為均勻平面波。第五章均勻平面波在無界空間中的傳播?電磁場與電磁波?時間相位?t變化2?所經(jīng)歷的時間稱為電磁波的周期，以T表示，而一秒內(nèi)相位變化2?的次數(shù)稱為頻率，以f表示。那么由?T=2?的關(guān)系式，得空間相位kr變化2?所經(jīng)過的距離稱為波長，以?表示。那么由關(guān)系式k?=2?，得由上可見，電磁波的頻率描述相位隨時間的變化特性，而波長描述相位隨空間的變
7、化特性。由上式又可得因空間相位變化2?相當(dāng)于一個全波，k的大小又可衡量單位長度內(nèi)具有的全波數(shù)目，所以k又稱為波數(shù)。第五章均勻平面波在無界空間中的傳播?電磁場與電磁波?根據(jù)相位相等點的軌跡變化可以計算電磁波的相位變化速度，這種相位速度以vp表示。令?t-kz=常數(shù)，得?dt-kdz=0，則考慮到，得相位速度又簡稱為相速。上式表明，在理想介質(zhì)中，均勻平面波的相速與媒質(zhì)特性有關(guān)，但與頻率無關(guān)。在自由空間中，第五章均勻平面波在無界空間中的傳播自由空間的光速?電磁場與電磁波?由，得瞬時值形式第五章均勻平面波在無界
8、空間中的傳播?電磁場與電磁波?為電場強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的振幅之比，稱為電磁波的波阻抗。波阻抗與媒質(zhì)參數(shù)有關(guān)，又稱為媒質(zhì)的本征阻抗（特征阻抗）。平面波在理想介質(zhì)中傳播時，其波阻抗為實數(shù)。當(dāng)平面波在真空(自由空間)中傳播時，根據(jù)波阻抗，可得：第五章均勻平面波在無界空間中的傳播其中：或?電磁場與電磁波?由此可見，在理想介質(zhì)中，均勻平面波的電場相位與磁場相位相同，且它們的空間相位均與變量z有關(guān)，但振幅不會改變。二者均與波傳播方向垂直，三者遵循右手螺旋關(guān)
