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正文內(nèi)容

[理學(xué)]第5章時變電磁場和平面電磁波3--1a(編輯修改稿)

2025-03-20 12:46 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 πvc?? ??? ? ? ? ?? ? ?討論: 電磁波傳播的 相位速度僅與媒質(zhì)特性相關(guān) 。 真空中電磁波相位速度為光速 。 真空中電磁波的相位速度: ??1?pv相速: 第五章 時變電磁場和平面電磁波 波長與頻率、相速的關(guān)系: kfTv p????????221 ???? 圖 正弦平面波的相速、波長的關(guān)系 第五章 時變電磁場和平面電磁波 能量密度與能流密度 *2a v m11R e [ ( ) ( ) ]22 zS E z H z e E?? ? ?2m a v112ze E w v? ????22em1122w E H w??? ? ?EeH z ??? ?? ?1由于 , 于是有 能量的傳輸速度等于相速 22a v m m1122w E H????22emw w w E H??? ? ? ?故 電場能量與磁場能量相同 22m1( , ) ( , ) c o s ( )2zxS E z t H z t e E t k z???? ? ? ? ?第五章 時變電磁場和平面電磁波 理想介質(zhì)中的均勻平面波的傳播特性 均勻平面波的電場和磁場復(fù)矢量 : ???????jk zjk zeHeE00??yHxE因此,無源區(qū) Maxwell方程組化為: zzyx ???? jkzyx ????????????對此特定的場有 ?????????????????????????????????0?0???HEHEzjkHzjkEEjzjkHHjzjkE????167。 理想介質(zhì)中的平面波 ????????????????????????????????????????0?0???1HEHEEHzzkzkz??????????????????(a) (b) (c) (d) 第五章 時變電磁場和平面電磁波 2)相位: 電場 和磁場 處處同相,二者振幅之比是媒質(zhì)的波阻抗 (實數(shù) )。 ?E H從這組方程,可以得出以下一些結(jié)論: E H某一時刻 和 沿 z 軸的變化 E H( 和 相互垂直,同相 ) E E HH1)方向: 電場 和磁場 相互垂直,且 和 均與傳播方向相互垂直, 都無縱向分量,是橫波,稱為 橫電磁波 (TEM波 )。 167。 理想介質(zhì)中的平面波 第五章 時變電磁場和平面電磁波 HES ??j k z0j k z0* eEy?eEx?21HE21 ????? ?沒有虛部,說明 均勻平面波沿傳播方向傳輸實功率,且沿途無衰減(無損耗) 。 xz平面上的瞬時 和 ( 垂直于 和 ,并指向傳播方向 ) EEHHS3)復(fù)坡印廷矢量: 167。 理想介質(zhì)中的平面波 av20 SE21z? ???S第五章 時變電磁場和平面電磁波 )(c o s21)(21)( 2202 kztEtEtw e ??? ???瞬時磁能密度: )(c o s21)(21)( 2202 kztHtHtw m ??? ???∵ ,//00 ??EH ?∴ )()( twtwem ?任意時刻瞬時電能密度與瞬時磁能密度相等,各為總電磁能密度的一半 2020 2121 EH ?? ?4)瞬時電能密度: 167。 理想介質(zhì)中的平面波 第五章 時變電磁場和平面電磁波 總電磁能密度的平均值: 2020022002121d)(c os1d)(1HEtkztETttWTwTTav????????? ??因此: pavave vEEwSv ??????????? 1121212020結(jié)論:均勻平面波的能量傳播速度等于相速。電磁波是電磁能量的攜帶者。 ev5)均勻平面波的能量傳播速度 167。 理想介質(zhì)中的平面波 第五章 時變電磁場和平面電磁波 x y z E H O 理想介質(zhì)中均勻平面波的 和 E H 電場 、 磁場與傳播方向之間相互垂直 , 是橫電磁波 ( TEM 波 ) 。 無衰減 , 電場與磁場的振幅不變 。 波阻抗為實數(shù) , 電場與磁場同相位 。 電磁波的相速與頻率無關(guān) , 無色散 。 電場能量密度等于磁場能量密度 , 能量的傳輸速度等于相速 。 總結(jié) 理想介質(zhì)中的均勻平面波的傳播特性: 第五章 時變電磁場和平面電磁波 三、平面波電磁波譜 ? Maxwell方程對電磁波的頻率沒有限制 。 ? 電磁波譜分為 無線電波、紅外線、可見光、紫外線、 x射線, γ 射線 等 (見圖 )。 ? 這些波都是橫波,在自由空間都以光速傳播。 ? 但是無線電波呈現(xiàn)明顯的波動性,而光波和更短波長的電磁波則呈現(xiàn)粒子性。 ? 電磁波譜是有限的資源。 圖 電磁波譜 167。 理想介質(zhì)中的平面波 第五章 時變電磁場和平面電磁波 電磁波的波段劃分及其應(yīng)用 名 稱 頻率范圍 波長范圍 典型業(yè)務(wù) 甚低頻 VLF[超長波 ] 3~30KHz 100~10km 導(dǎo)航,聲納 低頻 LF[長波, LW] 30~300KHz 10~1km 導(dǎo)航,頻標(biāo) 中頻 MF[中波 , MW] 300~3000KHz 1km~100m AM, 海上通信 高頻 HF[短波 , SW] 3~30MHz 100m~10m AM, 通
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