均匀平面波在无界媒质中的传播[潘锦].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 5.4 色散与群速 5.2 电磁波的极化 习题： 5.21, 5.22, 5.25, 5.27 不失一般性，设一均匀平面波沿+z 方向传播，则其一般表示为： 矢端方程 在直角坐标系下： （一）矢端的参数方程 一般为非线极化 在极坐标系下： （二）矢端方程 面对的问题! 分析方法！ 关联的一般性参量和概念？ 应用中的典型问题？ 极化的状态 线极化 左旋极化(z向波) 右旋极化(z向波) 右旋极化(-z向波) 左旋极化(-z向波) 结论: 极化状态决定于电场矢量坐标分量的初相差 5.2.2 线极化波 随时间变化 结论：任何两个同频率、同传播方向且极化方向互相垂直的线极化波，当它们的相位相同或相差为±π时，其合成波为线极化波。 常数 条件： 或 则矢端参数方程简化为： 5.2.3 圆极化波 条件： 常数 结论：任何两个同频率、同传播方向且极化方向互相垂直的线极化波，当它们的振幅相同、相位差为±π/ 2 时，其合成波为圆极化波。 矢端方程： 左旋圆极化波 右旋圆极化波 右旋圆极化波 o Ex y x E Ey a 左旋圆极化波： 右旋圆极化波： 左旋圆极化波 o x E y x E y E a 一般情况下， 5.2.4 椭圆极化波 合成波极化的小结 线极化：?φ＝0、±? 。 ?φ＝0，在1、3象限；?φ＝±? ，在2、4象限。 椭圆极化：一般情况 对+ z 方向波， 0 ?φ ? ，左旋；－? ?φ＜0，右旋 。 圆极化：?φ＝±? /2，Exm＝Eym 。 对+ z 方向波，“＋”，左旋圆极化；“－”，右旋圆极化。 电磁波的极化状态取决于Ex和Ey的振幅Exm、Eym和相位差 ?φ＝φy－φx 极化形式 例5.2.1 说明下列均匀平面波的极化方式。 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 解： （1） （2） （3） 右旋圆极化波 线极化波 右旋椭圆极化波 良导体： 5.3.3 良导体中的均匀平面波(特例) 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（?）： 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? 表面阻抗（方阻） ： 导电媒质的表面阻抗总是等于本征阻抗？ 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 理想介质 导电媒质 电磁场复矢量解为： 电场与磁场不同相，且相位超前 ，振幅大 倍 相关概念和物理量： 色散、趋肤现象、趋肤深度、表面阻抗、衰减常数、相位常数、传播常数、以及弱导电媒质和良导体中的结果 导电媒质中均匀平面波的特性小结 面对的问题! 分析方法！ 关联的一般性物理问题！ 应用中的典型问题： 用电磁波进行信息的传播？ 色散现象：相速随频率变化 群速：调制信号包络波传播的速度 　信息通过电磁波传输／传播时均具有一定的频带宽度， 　　并通常以调制载波的方式搭载在一个高频电磁波上进 　　行传输／传播． 　　例：一个信号调幅电磁波的传播 　 　具有色散现象的媒质称为色散媒质 　　例：导电媒质是色散媒质！　 包络波，速度vg z 载波，速度vp —— 无色散 —— 正常色散 —— 反常色散 群速vg：包络波的恒定相位点推进速度 由 相速vp：载波的恒定相位点推进速度 例5.3.2 载频为 f =100kHz 的窄频带信号在海水中传播，试求群速。 解：海水的参数：? = 4 S/m、 ?r = 81、?r = 1，当 f = 100kHz时，有 可视为良导体 vg vp 反常色散媒质 面对的问题! 分析方法！ 关联的一般性物理问题！ 应用中的典型问题！ 例5.1.1