7.1-7.2 波动方程_理想介质中平面波及偏振.pptVIP

第7章 平面波在无界媒质中的传播 主要内容 1. 波动方程及其解 2. 理想介质中的平面波 电磁波的极化（偏振） 3. 导电媒质中的平面波 损耗角正切tanδ及物质分类 4. 良介质中的平面波 5. 良导体中的平面波 趋肤效应 良导体的表面阻抗 导电媒质的损耗功率 平面波是最简单、最基本、最典型的电磁波波型。 所要学习的交变电磁场,都是指达到了稳定状态的场，随时间作简谐变化 。 采用E 和H 为基本矢量 E×H 是能流密度 E / H 具有阻抗量纲 §1. 波动方程 Wave Equations 交变电磁场具有波动性： 如何求解？ 分解矢量方程为标量方程…… 平面波 相互激发的电场和磁场的方向是相互垂直的。 相互垂直的电场和磁场的振荡方向构成曲面,即等相位面(某一时刻) 即面上的任何一点的电场或磁场的相位是相等的 等相位面与传播方向相垂直 等相位面是平面的电磁波称为平面波。 微观角度或离源很远处等相位面是平面, 故得名. 由于电场、磁场都在与传播方向相垂直的横截面上,并无纵向场量,故又称该波为横电磁波(TEM波) TEM: transverse electromagnetic 在均匀的各向同性的媒质(Isotropic Homogeneous Media)中,等相位面总是平面且和等振幅面重合, 这时的平面波称为均匀平面波, Homogeneous Plane Wave. 平面波 在自由空间,以电偶极子(小天线)为中心所发射的电磁波,在r等于常数的球面上各点,场的相位是相同的。该电磁波称为球面波。 而在大球面上一个极小局部上的电磁波,可视为平面波。 由相互垂直的电场、磁场构成的平面,该平面与传播方向相垂直,并且,该平面为等相位面(即面上的任何一点的电场或磁场的相位是相等的),这种电磁波称为平面波。 由于电场、磁场都在与传播方向相垂直的横截面上,并无纵向场量,故又称该波为横电磁波(TEM波)。 所谓均匀平面波,是指等相位面为平面,而且面上场量的幅度处处都相等,电磁场量仅沿着传播方向变化。 §2. 理想介质中的均匀平面波 均匀平面波的标量解 理想介质中 HPW 的特性 理想介质中 HPW 的特性 理想介质中 HPW 的特性 理想介质中 HPW 的特性 群速度 能量传播速度 vg 这个平均速度并不总能代表能量传输的速度。 对于更一般的情况，能量传播速度是 即能量速度是波的包络前行的速度 因此能量速度又称群速度。 理想介质中 HPW 的特性 理想介质中 HPW 的特性 无限空间的均匀平面波的复数形式 只有入射而无反射 例题：已知E, 求H和S 书P181, 例7.1 小结：均匀平面波 均匀平面波的电场和磁场互相垂直,都位于横截面上而无纵向分量,所以又称为TEM波 均匀平面波在同一等相位面上场的幅度相同。 均匀平面波的传播方向垂直于电场磁场所构成的平面,传播速度不随频率而变。 例2. 极化波的合成 证明: 等幅左旋圆极化波＋右旋圆极化波＝线极化波 作业 作业 7.1，7.2，7.3，7.5，7.6，7.7 判断偏振的另一个方法 Z轴传播， X分量领先Y分量，右旋 Y分量领先X分量，左旋 -Z轴传播， X分量领先Y分量，左旋 Y分量领先X分量，右旋 沿其他方向传播： X-Y-Z-X-Y-Z 波的极化特性（偏振特性） 波的极化：电场强度方向随时间变化的情况 如何描述： 端点在空间变化的轨迹 种类： 线极化： Linearly Polarized 圆极化： Circularly P… 椭圆极化： Elliptically P… 各种极化类型的波可由若干种特定极化波合成, and vice versa. 难点 取观察点：z=0处 合成场量与x轴的夹角 ——观察两个单偏振极化波的合成波 Linearly Polarized 条件： 或 若使场强端点轨迹为直线—— Circularly Polarized 条件： 且 判定: 拇指指向波传方向, E端点轨迹随左手还是随右手。 分类: 左旋极化和右旋极化 左旋圆极化还是右旋圆极化? 得依据波传方向 Elliptically Polarized 条件： 且 ——这是椭圆方程 长轴同x轴夹角： 例1. 判断旋向 条件： 且 椭圆极化波 若电磁波传向为＋z, 拇指指向＋z, 右手四指符合电场轨迹旋向, 因此是右旋椭圆极化波. 在t=0附近, 若j00, 随t增加, Ex减小, Ey增加. 可知合成电场(红色箭头端点)的轨迹是顺时针旋转. 若j00, …… 若电磁波传向为－z, …… 证: 若假定电磁波沿＋z方向传播,则幅度为E0的右旋及左旋圆极化波可表示为： 右旋 左旋 条件： 且 合成电场是线性极化的。 ,_ ) ( ( \ |\