第06章_无界空间平面电磁波的传播.pptVIP

海水中的趋肤深度随频率变化的曲线 穿过 1m2 的平均功率 Pav= 0.75mW 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 1 kHz 的低频下，衰减仍然很明显。 6.3 波的极化 在电磁波传播空间给定点处，电场强度矢量的端点随时间变化的轨迹。 极化的概念 一般情况下，沿+z 方向传播的均匀平面波为 如果 相位超前于 相位δ，则 电磁波的极化状态取决于Ex 和Ey 的振幅之间和相位之间的关系，分为：线极化、圆极化、椭圆极化。 线极化：电场强度矢量的端点轨迹为一直线段 圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个圆 椭圆极化：电场强度矢量的端点轨迹为一个椭圆 可得 （5） 6.2 有耗介质和良导体中的平面波 6.2.1 有耗介质中的平面电磁波 有耗介质的电导率 ? ≠ 0，电磁波在有耗媒质中传播时，有传导电流 存在，同时伴随着电磁能量的损耗。 电磁波在有耗介质中的传播特性也与理想介质中有所不同。 有耗介质中时谐电磁场应满足齐次矢量亥姆霍兹方程 为复波数。 而 式中 上式解的形式与理想介质中的相同，只要以 kc 代替k 即可，即 如果假设 即等相位面与等振幅面重合，则 称为复波阻抗 式中 称为衰减常数， 是衰减因子 称为相位常数， 是相位因子 。 则其瞬时表达式为 复波阻抗可表示为 如果 和 不同方向，则属非均匀平面波。 如果复矢量中的β和α不同向，平面波的等相位面和等振幅面不重合，则属非均匀平面波，可以证明，有耗介质中的非均匀平面波的等相位面与等振幅面有一小于900的夹角，如图6-3所示。 图6-3 有耗介质中的非均匀平面波 平面波在有耗介质中的传播特性 所以 设平面波沿+z方向传播，电场矢量沿x方向，有 导电媒质中的电场与磁场 非导电媒质中的电场与磁场 磁场滞后于电场 由上两方程解得 得 从而有 由复波数表示式 由有耗介质中平面波电场的等相位面方程 可得平面波的相速 有耗介质中平面波的相速比μ、ε相同的理想介质中 平面波的相速要慢。相速与频率有关，这种现象称为 色散效应。 其波长为 有耗介质中的平面波的 电场和磁场任相互垂直， 任然是TEM波。但电场 与磁场不再同相位。 式中 有耗介质的复波阻抗 而且，平均电、磁场能量密度不再相等，即 此时，复坡印廷矢量及平均功率流密度为 总的电磁场能量密度为 这是因为σ≠0，引起传导电流而激发附加磁场所致。 显然有 能量传播速度为 小结：有耗介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θ 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，而且与频率有关（有色散）。 平均磁场能量密度大于平均电场能量密度 良导体： 6.2.2 良导体中的平面波 1.趋肤深度 ∵ ∴ 良导体中磁场强度的相位滞后于电场强度45°。 复波阻抗： 相速： 波长： 趋肤深度? 高频电磁波在良导体中衰减很快，以致于无法进入良导体深处，仅可存在其表面层内，这种现象称为趋肤效应。 趋肤深度(δ)：电磁波进入良导体后，场强振幅衰减到表面处振幅的1/e 时所传播的距离。于是 即 即 铜： 由此可见，良导体的趋肤深度很小，电磁波能量主要集中在良导体表面的薄层内，因此很薄的金属片对高频无线电波有很好的屏蔽作用。 例6.3 一均匀平面电磁波垂直入射到海平面上，海水的物质参数为εr=80，μr=1，σ=4S/m。入射到海平面上磁场强度矢量的瞬时值为 水下200m深处有一潜艇利用线天线接收1kHz的信号，试写出电场强度和磁场强度的瞬时表达式，并确定入射到潜艇天线处的功率密度。 解 设 由题可知，ω=2?×103(rad/s)，则f=1kHz。 与在海平面上给定磁场强度的表达式相比较，得到 可得 平均功率流密度为 当z=200m时，电磁波的平均功率流密度为 2．表面阻抗（不讲） 接下来，我们将