西安电子科技大学《电磁场与电磁波基础》全套课件20

电磁场与电磁波基础

主讲：徐乐

2011年6月8日星期三

XI LE

D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XU

U

N .C

Review

平面电磁波无耗无源介质中的均匀平面波 E cos(ωt kz+φ ) E ( z, t ) a均匀平面波的传播特性= H cos(ωt kz+φ )= H ( z, t ) a均匀平面波的基本参数 2πµυ= 1 1ωλ=η= f==µεε k T 2π均匀平面电磁波的能量传播 S av E v 1 e= S= E× H*= a wav 2η向任意方向传播的均匀平面波 2x 0m 0 y 0m 0p

jk r E= E0 e, H=lexu@http://www.77cn.com.cn 2

XI D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XU 2 1 E 2 E 2 2= 0 v t 2 1 H 2 H 2 2= 0 v t

LE

TEM(Transverse Electro-Magnetic Wave),电场强度、磁场强度和传播方向构成右手正交关系。

2 0m

z

k

ωµ

1 a ak× E, ak E0= 0= k×E

η

U

N .C

导电介质中的平面电磁波

无源、无耗导电介质中的麦克斯韦方程组 Hσ E+ jωε E ×= × E= jωµ H H=0 E=0 2 2 0 E+γ E= 2 2 0 H+γ H=3

lexu@http://www.77cn.com.cn

XI D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XU jγ z x E0 e E=a

LE

σ =× H jω ε j= E jωε c Eω εc=ε jσσ =ε 1 j ωωε

等效复介电常数的引入使得导电介质(有耗介质)中的麦克斯韦方程组和物耗介质中的麦克斯韦方程组具有完全相同的形式

U N .C

导电介质中的平面电磁波

衰减常数及相位常数

γ=β jα

lexu@http://www.77cn.com.cn

XI D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XUγ 2=ω 2µε cα=ωµε 2 σ 1+ 1 2 ωε

LE

βω=

µε

2 σ 1+ + 1 2 ωε

U N .C

导电介质中的平面电磁波

由电场强度以及麦克斯韦方程组可知：

lexu@http://www.77cn.com.cn

XI D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XU H= j

LE

ωµ

E0 jγ z E0 az jβ z E a e= ay e e ×= y

ηc

ηc

µ σ =ηc= 1 j σε ωε ε jωµ σ ηc= 1+ ε ωε 5

µ

1 2

=ηc e jθ

1 2 4

µ<ε

U N .C

σπ 1=0~θ= arctanωε 2 4

导电介质中的平面电磁波

磁场强度可以重写为 E0 γ z E0 a zjβ z E0 a zjβ z jθ == H a e ay= e e ay e e e yηcηcηc其瞬时值为

XI D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XU6

LE

Em az y= H ( z, t ) a e cos(ωt β z+φ0 θ )|ηc|

显然，磁场强度的相位比电场强度滞后，电导率越大滞

后俞多，其振幅也随z的增加按指数衰减

U N .C

lexu@http://www.77cn.com.cn

2 1 Em z S= E× H*= a e 2 az e jθ 2ηc

导电媒质中的能量传播

导电媒质中均匀平面电磁波的相速为

能量传播速度

Sav ve== wavlexu@http://www.77cn.com.cn

XI LEdzω== v= p dtβ7

D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XU 1 2 < 2µε 1+ σ + 1 ωε 1/ 21 2

1

µε

λ=

2π

β

=

υpf

1 2 =υ p 2 µε σ 1+ 1+ = wav ωε

2 1 Em z S av= a e 2 az cosθ 2ηc

2 1 2 2 az σ ε Em e 1+ 1+ 4 ωε

U

N .C

导电媒质中的能量传播

均匀平面电磁波在导电介质中传播时的相速比介电常数和磁导率相同的理想介质中波的相速慢导电介质中均匀平面电磁波的波长比同样介电常数和磁导率介质中波的波长短电导率越大，相速越慢，波长越短频率越低，相速越慢

XI D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XU LE

携带信号的电磁波不同频率分量将以不同相速传播，它们的相位关系将在传播过程中发生变化，导致信号失真，这种现象称之为色散

U

lexu@http://www.77cn.com.cn

导电介质是色散介质 8

N .C

第20讲平面电磁波(II)

趋肤深度和表面电阻电磁波的极化平面电磁波的极化形式电磁波极化特性的工程应用

lexu@http://www.77cn.com.cn

XI D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XU U N .C9

LE

导电媒质中的参数α=ωµε µε

lexu@http://www.77cn.com.cn

XI D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XU2 σ 1+ 1 2 ωε

LE

βω=

2 σ 1+ + 1 2 ωε

2αβ=ωµσ

υp=

1 2 2 µε σ 1+ 1+ ωε

1/ 2

λ=

2π

β

=

υpf

µ σ =ηc= 1 j σε ωε ε jω10

µ

1 2

=ηc e jθ

U

N .C

趋肤深度和表面电阻

J=σE导体媒质中的传导电流 导电媒质中的位移电流 J d= jωε E按σ/ωε的比值(导电媒质中传导电流密度振幅与位移电流密度振幅之比|σE|/|jωεE|)把媒质分为三类：电介质

lexu@http://www.77cn.com.cn

XI D TY .E SI N A ER DI IV I N .X U IL N A IA M D@ XU不良导体良导体11

LE

σ<< 1ωε

σ≈1ωε

σ>> 1ωε

U N .C

趋肤深度和表面电阻

电介质(低损耗媒质):

例如聚四氟乙烯、聚苯乙烯和石英等材料，在高频和超σ 2< 10高频范围内均有ωε电介质中均匀平面电磁波的相关参数可以近似为

相移常数和

波阻抗近似于理想介质相同 衰减常数与频率无关，正比于电导率 均匀平面波在低损耗介质中的传播除了微弱损耗引起的 lexu@http://www.77cn.com.cn 12振幅衰减外与理想介质中的传播特性几乎相同。

XI D TY .E SI N A ER DI …… 此处隐藏：2177字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……