均匀平面波的传播.ppt

均匀平面波的传播
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无界理想介质中的均匀平面波
无界均匀导电媒质中的均匀平面波
电磁波的极化
均匀平面波对平面边界的垂直入射
均匀平面波对平面边界的斜入射 处的 与 t 的关系如图所示。可以看出，均匀平面波在空间任意观察点处，其场强是以角频率 随时间按正弦规律变化的。当 t 增加一个周期T， ，场强恢复其初始的大小和相位。
场强也随 z 变化，图中给出的是
不同时刻的电场与距离 z 的关系曲
线。可见，在任一固定时刻，场强随距
离 z 同样按正弦规律变化，且随着时间
的推移，函数的各点沿 +z 方向向前移
动，因此称之为行波。
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平面波的相位记为 ，令 ，则 与z的关系如图，可见，在传播方向上，行波的
相位随距离 z 的增大而连续滞后（相
位连续减小）。这是行波的一个基本
概念。
行波既然是一个行进的波，那么，必然可以找到一个物理量来表示其行进的速度。我们定义平面波的等相位面移动的速度称为相速。
等相位面就是满足：
将上式两边对时间 t 微分，整理可得行波的相速为：
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在自由空间中，其介电常数和磁导率与真空中的几乎相同，即：
代入，可得其相速为
（真空中的光速）
因此，电磁波在自由空间中传播的速度等于光速。
相速还可以表示为 ，式中， ，称为媒介的折射率。显然，相速取决于媒质的介电常数和磁导率。如果相速与频率无关，此时的媒质称为非色散媒质，否则称为色散媒质。前面均匀、线性、各向同性的无耗媒质一定是非色散媒质。
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(5) 波阻抗
电场的横向分量：垂直于传播方向的电场分量，记为ET ；
磁场的横向分量：垂直于传播方向的电场分量，记为HT 。
定义： ET 与HT的比值为波阻抗。
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2、传播特性
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E、H、 (传播方向)三者两两正交，并按以上顺序成右手螺旋关系，其相互关系可表示为
若传播方向为其他方向，则上式中的 换成该传播方向上的单位矢量。
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平均能流密度
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将 代入，有：
这表明：
(1) 电磁波所携带的电磁能量的传播速度等于其相速度；
(2) 均匀平面波的电能与磁能相等。
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三、自由空间中的均匀平面波
、 、 的空间称为自由空间。实际应用的电磁波都是近似为自由空间的空气中传播的。
相速度：
波数：
波长：
波阻抗：
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四、沿任意方向传播的平面波表示式
沿 方向传播，等相位面是垂直z 轴的平面。
设等相位面上任一点 P(x,y,z) 的矢径为 ，则：
可见，等相位面也可用 为常数来表示。因此，沿 +z 轴传播的平面波可以表示为：
其中， 是一个包含方向的复振幅矢量。
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定义传播矢量 ，其方向和大小分别表示电磁波的传播方向和传播常数。设传播方向的方位角为 、 、 ，则
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向任意方向 传播的均匀平面波复数表示式和瞬时表示式为
若电磁波的传播方向为任意方向，用 表示，等相面垂直于 。
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H、E、k 三者间的关系：
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总结：无界理想介质中传播的均匀平面波具有以下特征
(1) 电磁波的电场 E 和