电磁场与电磁波第六章平面电磁波.ppt

无限大导电媒质中的均匀平面波的电场和磁场的瞬时值： 电磁场的振幅随z的增大呈指数衰减， 表示单位距离幅度的衰减程度（ 越大，单位距离衰减越大）。 导电媒质中均匀平面波的电场和磁场仍然互相垂直，且均垂直于传播方向，即仍为TEM波。 电场和磁场不再同相，而是存在相位差 。 称为相位常数，表示单位距离相位的变化量。 相速： 与频率有关，属于色散媒质 在有耗媒质中的均匀平面波，随着传播距离的增加，平均 poynting矢量也呈指数规律下降。 3.两种具体情况的讨论 低损耗媒质 又称良介质或弱导电媒质， 或 小结：关于低损耗媒质 （1）电磁波在低损耗媒质中传播时存在衰减； （2）低损耗媒质中的相位常数和相速与无耗媒质 中相同，色散效应可以忽略； （3）电场强度和磁场强度存在微小的相位差。 高损耗媒质 又称良导体或强导电媒质。 或 一般情况下， 时可称为良导体。 衰减系数和相位常数分别为： 复本质阻抗为： 令 则： 相速为： 小结：关于高损耗媒质 电场强度和磁场强度分别为： （1）电磁波在高损耗媒质中传播时存在强烈衰减； （2）高损耗媒质中电磁波的相速和频率有关，色散效应不能忽略； （3）高损耗媒质中的相位常数和衰减系数大小相同，表面电阻和表面电抗也相同； （4）磁场的变化滞后电场π/4相位； （4）趋肤效应和趋肤深度 高频条件下，良导体中的电流绝大部分集中在导体表面附近，这种现象称为趋肤效应。 良导体传导电流密度为： 在工程上，电流密度幅值衰减为导体表面上幅值的 倍，电磁波所传输的距离 ，称为趋肤深度。即 四、均匀平面波的极化特性 波的极化—电场强度矢量E末端随时间变化的轨迹。根据轨迹的形状，可分为： 线极化、圆极化、椭圆极化 无一定极化方式的波（如光波）通常称为随机极化波。 设有一电磁波沿+z方向传播，其电场E有两个正交的分量Ex和Ey，它们的表达式为： ——x方向的线极化波演示1 ——y方向的线极化波演示2 1.线极化 当Ex和Ey相位相同或相差180。时，合成波是线极化。 合成波 结论：具有两个正交且同相的电场分量的电磁波，必定是线极化。 2.圆极化 当Ex和Ey振幅相同；相位相差90度时，合成波是圆极化波。 则： 与 x 轴的夹角为 : 可得： 圆极化的平面波 当 前为正号时， ， 随时间的增加而增加，此时以右手的四指随E的末端运动，则拇指指出了波的传播方向—右旋圆极化波； 当 前为负号时， ， 随时间的增加而减小，此时以左手的四指随E的末端运动，则拇指指出了波的传播方向—左旋圆极化波。 关于圆极化，又分为两种形式： 3 椭圆极化波 左旋椭圆极化波 右旋椭圆极化波 左旋圆极化波 右旋圆极化波 线极化波 短轴缩为零 长短轴相等 长短轴相等 对于一般情况： 电场表示为： ——椭圆方程 x y x y x y （1）极化的分解 任意椭圆极化波可以分解成两个极化方式相互垂直的线极化波； 任意线极化波可以分解成两个振幅相等但旋向相反的圆极化波； 一个圆极化波可以分解成两个旋向相反的椭圆极化波； 一般情况下，任何形式的极化都可以分解成两个相互正交的线极化波，也可以分解为两个旋向相反的圆极化波。 （2）空间传播的电磁波，其极化特性是由发射天线决定的。为了有效的接收，发射天线与接收天线必须有相同的极化。 （3）圆极化、椭圆极化的旋向有两种定义方式，一种是面对电波传播的方向去看，顺时钟为左旋，逆时钟为右旋；另一种是顺着电波传播的方向去看，顺右逆左。 （4）圆极化波经过目标反射后，旋向改变。 五、均匀平面波对平面边界的垂直入射 反射波与折射波的特性由分界面两侧媒质的参数确定。 入射波：投射到分界面上的波。 反射波: 从分界面返回，与入射波 在同一媒质中传播的波。 透射波：进入分界面另一侧传播的波。 垂直入射:入射波的传播方向与分界面的法线平行。 1.理想导体与理想介质的分界面 入射波表示为： 反射波表示为： 在介质空间内任一点的电场： 边界条件：理想导体表面上电场强度切向分量为零。 时 （1）线极化波的垂直入射 反射波电场可表示为： 相应的反射波磁场为： 合成电场强度和磁场强度分别为： 瞬时形式为： 合成波的电场和磁场仍然互相垂直； 当 时，即 在任意时刻，电场强度的值总为零的点—电场波节点。 当 时，即 任意时刻，电场强度的值为最大的点—电场波腹点。 驻波：波节点和波腹点位置固 定的波。 纯驻波：波节点处值为零的驻波。 通过对时间取不同的值进行讨论，发现合成波不随空间的变换向前移动，形成驻波。 平均坡印廷矢量 在纯驻波情况下，只有电能和磁能的相互交换而无能量传输。 入射波电场： 反射波电场： 合成波电场为： （2）圆极化波的垂直入射 右旋圆极化波 左旋圆极化波 纯驻波 解