最新无耗媒质中的平面电磁波课件PPT.ppt 34页

'无耗媒质中的平面电磁波 6.1无耗媒质中的平面电磁波6.1.1电磁的波动现象和波动方程电磁波在真空中以光速传播。根据等相位面的形状可将电磁波分为：平面电磁波、柱面电磁波、球面电磁波。平面电磁波是指电磁波场矢量的等相位面是与电波传播方向垂直的无限大平面。均匀平面电磁波是指等相位面上各点场强大小相等、方向相同的平面电磁波。它的场量只与电波传播方向的坐标有关，而与其他坐标无关。在电磁波传播过程中，对应于任一时刻t，空间电磁场中E或H具有相同相位的点所构成的面称为等相位面，也叫波阵面。 设无源区域充满均匀各向同性的无耗媒质，其波动方程为：下面以电场强度为例求解波动方程。首先把矢量偏微分方程变为标量方程。若使上式成立，则各部分为零。 （1）式的解为（3）其中由（4） 同理，（3）式第二项取实部为（6）表示一列沿z轴负方向传播的均匀平面波，称为反射波。（3）、（4）各项的意义：（3）式第一项取实部为（5）表示一列沿z轴正方向传播的均匀平面波，称为入射波。 在无限大均匀介质中，没有反射波，故（3）、（4）式可写为（7）（8）上两式的瞬时值形式为说明电波沿z轴正方向传播 Ez(z,t)zOt1=0可见，电磁波向正z方向传播。等相位面2.均匀平面波的传播特性时间相位空间相位 时间相位变化2所经历的时间称为电磁波的周期，以T表示，而一秒内相位变化2的次数称为频率，以f表示。那么由的关系式，得空间相位kz变化2所经过的距离称为波长，以表示。那么由关系式，得由上可见，电磁波的频率是描述相位随时间的变化特性，而波长描述相位随空间的变化特性。 由上式又可得（1）k的大小又可衡量单位长度内具有的全波数目，所以k又称为波数。（2）k又可以代表单位长度上的相位变化，故k又称为相移常数。 对平面波上任一点P，当时间t变化时，P点位置随之变化，但P点电场的值保持不变，故于是有当时，v为平面波的传播速度。它与介质参量有关，而与频率无关。速度又分为相速度和群（流）速度。 考虑到一切媒质相对介电常数，又通常相对磁导率，因此，理想介质中均匀平面波的相速通常小于真空中的光速。相速度又简称为相速。用Vp表示。它表示等相位面的运动速度。设电磁波沿en方向传播，则在理想介质中，均匀平面波的相速与媒质特性有关。其中θ为en方向与z轴方向的夹角。 电场强度与磁场强度之比称为电磁波的波阻抗，以η表示，即（1）平面波在理想介质中传播时，其波阻抗为实数，即相当于纯电阻；（2）表明在理想介质中，均匀平面波的电场与磁场相位相同，且两者空间相位均与变量z有关，但振幅不会改变。（3）电场、磁场同时为正、负或零。如图所示。当平面波在真空中传播时，其波阻抗以η0表示，则HyExz 对于传播方向而言，电场及磁场仅具有横向分量，因此这种电磁波称为横电磁波，或称为TEM波。以后我们将会遇到在传播方向上具有电场或磁场分量的非TEM波。平均功率流密度为根据电场强度及磁场强度，即可求得复能流密度矢量S可见，电磁波能量仅向正z方向单向流动，空间不存在来回流动的交换能量。由此可见，电磁波在与传播过程中没有能量的损失，故理想介质中的均匀平面电磁波为等振幅波。 电场能量密度和磁场能量密度的瞬时值为可见，任一时刻电场能量密度和磁场能量密度相等。电磁能量时间的平均值为 【例1】已知均匀平面波在真空中向正Z方向传播，其电场强度的瞬时值为试求：①频率及波长；②电场强度及磁场强度的复矢量表示式；③复能流密度矢量；④相速。解①频率波长②电场强度磁场强度③复能流密度④相速 【例2】频率为100MHz的正弦均匀平面波在各向同性的均匀理想介质中沿+z方向传播，介质的特性参数为。设电场沿x方向，即当t=0,z=1/8m时，电场等于其振幅值。试求（1）电场和磁场的瞬时表达式；（2）波的传播速度；（3）平均坡印廷矢量。解：（1）以余弦形式写出电场强度表示式由条件t=0,z=1/8m时，电场等于其振幅值。得 则（2）波的传播速度（3）平均坡印廷矢量得 电磁波的波段划分及其应用名称频率范围波长范围典型业务甚低频VLF[超长波]3~30KHz100~10km导航，声纳低频LF[长波，LW]30~300KHz10~1km导航，频标中频MF[中波,MW]300~3000KHz1km~100mAM,海上通信高频HF[短波,SW]3~30MHz100m~10mAM,通信甚高频VHF[超短波]30~300MHz10~1mTV,FM,MC特高频UHF[微波]300~3000MHz100~10cmTV,MC,GPS超高频SHF[微波]3~30GHz10~1cmSDTV,通信,雷达极高频EHF[微波]30~300GHz10~1mm通信,雷达光频[光波]1~50THz300~0.006m光纤通信 中波调幅广播（AM）：550KHz~1650KHz短波调幅广播（AM）：2MHz~30MHz调频广播（FM）：88MHz~108MHz电视频道（TV）：50MHz~100MHz;170MHz~220MHz470MHz~870MHz无绳电话(CordlessPhone)：50MHz;900MHz;2.4GHz蜂窝电话(CellularPhone)：900MHz;1.8GHz;1.9GHz卫星TV直播（SDTV）：4GHz~6GHz;12GHz~14GHz全球卫星定位系统（GPS）：L1=1575.42MHzL2=1227.60MHz,L3=1176.45MHz光纤通信：1.55m，1.33m，0.85mISM波段：902~928MHz，2.4~2.4835GHz，5.725~5.850GHz 3*.沿任意方向传播的均匀平面波设平面波的传播方向为es，则与es垂直的平面为该平面波的波面，如下图所示。令坐标原点至波面的距离为d，坐标原点的电场强度为E0，则波面上P0点的场强应为zyxdesP0E0波面P(x,y,z)r若令P点为波面上任一点，其坐标为(x,y,z)，则该点的位置矢量r为令该矢量r与传播方向es的夹角为，则距离d可以表示为 考虑到上述关系，点的电场强度可表示为若令上式为沿任意方向传播的平面波表达式。这里k称为传播矢量，其大小等于传播常数k，其方向为传播方向es；r为空间任一点的位置矢量。则上式可写为zyxdesP0E0波面P(x,y,z)r 作业：P2136-2、6-4 分号的用法 分号； 一、复习顿号使用方法1、出示句子（1）课文《北大荒的秋天》中的“一道银灰、一道橘黄、一道血红、一道酱紫”。（2）为什么在这里使用顿号呢？因为这些词语是并列关系。 二、分号的用法1.《拉萨的天空》里的这句话“有贴着山顶的白云映衬，湛蓝的天空显得越发纯净；有拉萨河畔草地的对照，湛蓝的天空显得更加明洁。”2.《做最美的叶子》有这样的一句话“春天的时候，叶子嫩绿；夏天的时候，叶子肥美；秋叶变黄；冬日飘零——回归大树地下的根。” 3.《北大荒的秋天》这样写道“成片的大豆摇动着豆荚，发出了哗啦啦的笑声；挺拔的高粱扬起黑红黑红的脸庞，像是在乐呵呵地演唱。”同学们想想这些分号连接的句子之间有什么样的关系？是的，我们都发现了这些分号连接的句子之间是并列关系。 4.我们再来读读这些带分号的句子，体会一下它的用法。 三、例题1今晚的月亮又大、又圆、又亮好美！2心灵——心灵是一方广袤的天空，它包容着世间的一切；心灵是一片宁静的湖水，偶尔也会泛起阵阵涟漪；心灵是一块皑皑的雪原，它辉映出一个缤纷的世界。为什么第一句话用顿号？因为几个词语之间是并列关系。为什么第二句话用分号？因为几个句子之间是并列关系。 四、总结分号的使用方法:实际上不是所有并列关系句子中都使用分号，⑴当两个相并列的句子都很短小，里面没有使用逗号，那么这些句子之间就直接使用逗号连接，如“夜幕初垂，明月东升，轻风徐来，湖水荡漾”；⑵当几个并列的句子很长，里面有两个以上的逗号，就不用分号而用句号。 闯关题1、抗日战争是残酷血腥持久之战2、白天他攀山越岭勘测线路晚上他就在油灯下绘画计算3、月亮离不开天空花朵离不开芳香小鸟离不开翅膀4、我看见过波澜壮阔的大海我玩赏过水平如镜的西湖却从没看见过漓江这样的水；5、花园里的花都盛开了有玫瑰花百合花郁金香蝴蝶兰颜色有红的黄的粉红的白的蓝的漂亮极了'