[理學]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
【文章內容簡介】 πvc?? ??? ? ? ? ?? ? ?討論： 電磁波傳播的 相位速度僅與媒質特性相關 。 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、相速的關系： kfTv p????????221 ???? 圖 正弦平面波的相速、波長的關系 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 理想介質中的均勻平面波的傳播特性 均勻平面波的電場和磁場復矢量 ： ???????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的波阻抗 (實數 )。 ?E H從這組方程，可以得出以下一些結論： 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)復坡印廷矢量： 167。 理想介質中的平面波 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 ， 電場與磁場同相位 。 電磁波的相速與頻率無關 ， 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 理想介質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。 ? 但是無線電波呈現明顯的波動性，而光波和更短波長的電磁波則呈現粒子性。 ? 電磁波譜是有限的資源。 圖 電磁波譜 167。 理想介質中的平面波 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用 名 稱 頻率范圍 波長范圍 典型業(yè)務 甚低頻 VLF[超長波 ] 3~30KHz 100~10km 導航，聲納 低頻 LF[長波， LW] 30~300KHz 10~1km 導航，頻標 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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