《天線與電波傳播》課件-10均勻平面波和波的極化

天線與電波傳播AntennasandPropagation天線與電波傳播專題五平面電磁波本章的主要內(nèi)容

波的極化均勻平面波媒質(zhì)中的平面波平面波的反射和透射重點難點3重點本次課的主要內(nèi)容

均勻平面波波的概念波的極化極化方式重點理解理解4重點、難點

波陣面：空間相位相同的點構(gòu)成的曲面，即等相位面

平面波：波陣面為平面的波波:某一時間和空間出現(xiàn)的現(xiàn)象在另一時間和空間的重復(fù)出現(xiàn)定義為波，它有機械振動和電磁振動兩種形式。

在均勻且各向同性的媒質(zhì)中波線與波面始終是正交的。平面波：等相位面為平面的波；無限大面源產(chǎn)生平面波。

在某一時刻，相位相同的點所構(gòu)成的面，或波陣面。波線：波的傳播方向的射線

波前：離波源最遠(yuǎn)即最前方的波面等相位面為球面的波叫球面波；點源產(chǎn)生球面波。等相位面為柱面的波；無限長線源產(chǎn)生柱面波。z波傳播方向

波陣面xyo

平面電磁波：等相位面為無限大平面的電磁波t

固定，相位為常數(shù)，即z為常數(shù)z波傳播方向xyo

均勻平面波：任意時刻，在等相位面上電場和磁場的方向和振幅都均不變

的平面波。z波傳播方向

xyoEH

均勻平面波是電磁波的理想情況

實際應(yīng)用中理想的均勻平面波不存在，分析方法簡單

實際復(fù)雜的電磁波可以看成許多均勻平面波的疊加。條件：（2）分析區(qū)域為有限范圍遠(yuǎn)離天線、小范圍內(nèi)的球面波和柱面波等可看成平面波。同時，等相位面上的場量值近似相等（1）遠(yuǎn)區(qū)

E，H都與傳播方向垂直z波傳播方向

xyoEH橫電磁波TEMTransverseElectroMagnetic

waveTEM波E，H都與傳播方向垂直TE波E與傳播方向垂直TM波H與傳播方向垂直

均勻平面波是電磁波的一種理想情況，其分析方法簡單，但又表征了電磁波的重要特性。z波傳播方向

均勻平面波波陣面xyo

在xoy平面內(nèi)均勻布，故、故電場沒有z方向（即傳播方向）上的分量。把兩組獨立的方程重列入下:

從麥克斯韋方程得到：式中，是一個與介質(zhì)特性有關(guān)的常數(shù)。波動方程：均勻平面波的特點可歸納如下：（1）電場和磁場都是沿方向傳播的電磁波。（2）在波傳播的方向上，沒有場的分量，而在與傳播方向相垂直的面上，處處分別相等。、（3）無論對方向還是對方向的波而言，其電場、、和之間呈右手螺旋關(guān)系，如圖所示。磁場和傳播方向三者互相垂直，并且Ex1Hy1vEx2Hy2vxyz（4）電場強度和磁場強度幅度之比為波阻抗，與媒質(zhì)有關(guān)。（5）電能密度和磁能密度相等，波的能量傳播速度等于波速。平面波的表示復(fù)數(shù)形式為第一項和第二項分別表示向和方向傳播的均勻平面波。瞬時形式為波的等相位面移動的速度為相速.正弦電磁波在理想介質(zhì)中，相速=波速=能速。同時也可推出，正弦電磁波的

三者之間相互垂直，、和并符合右手螺旋關(guān)系，且和之間有初相位相位振幅波的極化是指電場矢量的空間指向。

極化方式:是指在空間給定點上電磁波的電場矢量的取向隨時間變化的方式，用電場矢量的端點隨時間變化的軌跡來描述。軌跡不同可以分為線極化、圓極化、橢圓極化三種方式。極化方式與條件對于沿方向傳播的均勻平面波，電場的一般表達(dá)式為

其中，、的瞬時表達(dá)式為極化的判斷方法：1、線極化波時，線極化波條件：的振幅及初始相位的關(guān)系來確定極化方式。根據(jù)、、則合成電場為線極化波。工程上，E垂直地面的直線極化：垂直極化波E平行與地面的直線極化：水平極化波。

合成電場強度的大小隨時間做正弦變化，但是其矢量端點的軌跡為一條直線，因此稱為線極化。線極化波線極化的應(yīng)用舉例2、圓極化波圓極化條件：

當(dāng)，且時，圓極化波旋向示意圖則合成電場為圓極化波。打擊落后。大拇指始終指向波傳播的方向，用手掌打擊相位滯后方，若符合右手螺旋則為右旋圓極化，若符合左手螺旋則為左旋圓極化。右旋圓極化動畫演示左旋圓極化動畫演示右旋圓極化波oExyxE

Eya

左旋圓極化波oxEyxEyEa3、橢圓極化波橢圓極化條件：

當(dāng)、的振幅之間和相位之間為任意關(guān)系，不滿足線極化、圓極化條件時為橢圓極化。

旋向判斷：橢圓極化的選項判斷與圓極化類似，“打擊落后”。

說明：橢圓極化是平面波的一般極化形式，圓極化、線極化是橢圓極化的特殊形式。右旋橢圓極化動畫演示幾點結(jié)論:1、一個線極化波可以分解為兩個幅度相等但旋向相反的圓極化波。2、一個橢圓極化波可以分解為兩個旋向相反，振幅不等的圓極化波。思考題：為什么空間飛行器對多采用圓極化天線工作？34說明下列均勻平面波的極化方式。(2)(3)(4)解：（1）

（2）

（3）