电磁场与电磁波_第四版_第五章_ppt.pptVIP

2005-1-25 第一章 电磁场的数学物理基础 第一课 第一课 第一课 5.1 理想介质中的均匀平面波 5.2 电磁波的极化 5.3 导电媒质中的均匀平面波 5.4 色散与群速 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 电磁波的传播特性与非导电媒质中的传播特性有所不同 沿 z 轴传播的均匀平面波解为 令 ，则均匀平面波解为 5.3.1 导电媒质中的均匀平面波 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 波动方程 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 相伴的磁场 本征阻抗为复数 磁场滞后于电场 相速不仅与媒质参数有关，而与电磁波的频率有关 传播参数 平均坡印廷矢量 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，而与频率有关 （有色散）。 弱导电媒质： 5.3.2 弱导电媒质中的均匀平面波 弱导电媒质中均匀平面波的特点 相位常数和非导电媒质中的相位常数大致相等； 电场和磁场存在较小的相位差。 衰减小； 良导体： 5.3.3 良导体中的均匀平面波 良导体中的参数 波长： 相速： 金、银、铜、铁、铝等金属 对于无线电波均是良导体。 例如铜： 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? 铜： 表5.3.1一些金属材料的趋肤深度和表面电阻 0.01×107 石墨 0.87×107 锡 1.6×107 黄铜 2.1×107 钠 3.72×107 铝 5.8×107 紫铜 6.17×107 银 表面电阻RS /Ω 趋肤深度δ /m 电导率σ /(S/m) 材料名称 例5.3.1 一沿 x 方向极化的线极化波在海水中传播，取+ z轴 方向为传播方向。已知海水的媒质参数为εr = 81、μr =1、 σ= 4S/m ，在z = 0处的电场Ex=100cos(107πt ) V/m 。求： （1）衰减常数、相位常数、本征阻抗、相速、波长及趋肤深度； （2）电场强度幅值减小为z = 0处的1/1000时，波传播的距离 （3）z = 0.8m处的电场强度和磁场强度的瞬时表达式； （4） z = 0.8m处处穿过1m2面积的平均功率。 解：（1） 根据题意，有 所以 此时海水可视为良导体。 故衰减常数 相位常数 本征阻抗 相速 波长 趋肤深度 （2） 令e-αz＝1/1000， 即eαz＝1000，由此得到电场强度幅值减小为z = 0处的1/1000时，波传播的距离 故在z = 0.8m 处，电场的瞬时表达式为 磁场的瞬时表达式为 （3）根据题意，电场的瞬时表达式为 （4）在z = 0.8m 处的平均坡印廷矢量 穿过 1m2 的平均功率 Pav = 0.75 mW 由此可知，电磁波在海水中传播 时衰减很快，尤其在高频时，衰减更 为严重，这给潜艇之间的通信带来了 很大的困难。若为保持低衰减，工作 频率必须很低，但即使在1kHz的低频下，衰减仍然很明显。 海水中的趋肤深度随频率变化的曲线 例5.3.2 在进行电磁测量时，为了防止室内的电子设备受外界电磁场的干扰，可采用金属铜板构造屏蔽室，通常取铜板厚度大于就能满足要求。若要求屏蔽的电磁干扰频率范围从到，试计算至少需要多厚的铜板才能达到要求。铜的参数为μ=μ0、ε=ε0、σ = 5.8×107 S/m。 解：对于频率范围的低端 fL =10kHz ，有 对于频率范围的高端 fH =100MHz ，有 第5章 均匀平面波在无界媒质中的传播 电磁场与电磁波 高等教育出版社出版 电子科技大学编写 本章内容 5.1 理想介质中的均匀平面波 5