第5章 时变电磁场和平面电磁波1.ppt

第5章 时变电磁场和平面电磁波Time-Varying Fields and Plane EM Waves 本章内容 §5.1 时谐电磁场的复数表示Complex Representation of Time-Harmonic Fields 二、复矢量 比较： 例1 §5.2 复数形式Maxwell方程组Complex Maxwell’s Equations 一、复数形式Maxwell方程组的导出 二、本构关系和边界条件复数形式 齐次复矢量波动方程(无源区: ) 例1 例2 §5.3 复坡印廷矢量和复坡印廷定理Complex Poynting Vector and Theorem 一、复坡印廷矢量 二、复坡印廷定理 例 5.3-1 §5.4 理想介质中的平面波Plane Waves in Lossless Media 一、平面波的电磁场 二、平面波的传播特性 例5.4 -1 三、平面波电磁波谱 §5.5 导电媒质中的平面波Plane Waves in Conducting Media 一、导电媒质的分类 二、平面波在导电媒质中的传播特性 a) 导电媒质中波动方程的解 b) 传播参数 2) 相速 4)磁场强度矢量 导电媒质中平面电磁波瞬时图 6）电磁能 d) 小结 三、平面波在良导体中的传播特性，集肤深度和表面电阻 a) 传播常数 例6.5.2 *四.电磁波对人体的热效应 *§5.6 等离子体中的平面波Plane Waves in Plasma 一.等离子体的等效介电常数 二.平面波在等离子体中的传播特性 一、线极化 圆极化波旋向的判断： 例5.7－1： 例5.7－2： 集肤效应：高频电磁波只能存在于导体表面的一个薄层内的现象。电磁波场强振幅衰减到表面处1/e的深度，称为集肤深度。 由 得集肤深度： 对于高频电磁波，集肤深度一般在微米量级，因此，电磁波进入良导体后会很快衰减到很小. c) 集肤深度（穿透深度） 导电性能越好(s越大)，电磁波的频率越高，衰减得越快。 图5.5-3 场强或电流密度振幅在导体内的分布 §5.5 导电媒质中的平面波 导体的表面阻抗：导体表面处切向电场与切向磁场之比 导体的表面阻抗等于其波阻抗。 上式表明，表面电阻相当于单位长度、单位宽度、厚度为s的导体块的直流电阻。 d) 表面电阻 通过表面电阻的损耗功率（密度）: 表面电阻和表面电抗： §5.5 导电媒质中的平面波 (1) f=3kHz： ，此时海水为良导体，因此 首先求 的值，判断其是良导体还是不良导体，然后才能用不同公式求深度。 [解] 海水 ， ， 。频率为3kHz和30MHz的电磁波在海平面处电场强度为1V/m。 (1)求电场衰减到 1mV/m 处的深度。应选择哪个频率作潜水艇的水下通信？ (2)求3kHz的电磁波从海平面下侧向海水中传播的平均功率流密度。 §5.5 导电媒质中的平面波 ,此时海水为不良导体 可见，由于30MHz衰减太大，应选低频3kHz的电磁波。 (2) 平均功率流密度： f=30MHz： §5.5 导电媒质中的平面波 例5.5－3 (a) 由于牛排为不良导体，因此 [解] 在8mm处电场与表面处电场关系 可见，微波能对食品的内部进行加热。 微波炉利用磁控管输出的2.5GHz微波加热食品。在该频率上，牛排的等效介电常数为 ，(a) 求微波传入牛排的集肤深度及在牛排内8mm处的微波场强是表面的百分之几？(b) 微波炉中盛牛排的盘子用发泡聚苯乙烯制成， ， 说明为何用微波加热时牛排被烧熟而盘子并不会烧掉。 §5.5 导电媒质中的平面波 图5.5-5 简易型微波炉 (b) 发泡聚苯乙烯是低损耗介质，其集肤深度 可见其集肤深度很大，微波在其中传播损耗很小，该材料对微波“透明”，所以不会被烧坏。 §5.5 导电媒质中的平面波 思考:微波炉中盛装食物的盘子可以用陶瓷? 铝制? 铜制? 作业 b)5.5-1,5.5-3,5.5-6 · 电磁波对人体的热效应是有耗的人体组织媒质吸收电磁波能量的结果。 · 单位体积的吸收功率为 · 人体实际吸收的射频功率用比吸收率SAR（Specific Absorption Rate）来定量表示。它定义为每单位质量的吸收功率： ——材料的比重（kg/m3） · 国际上对一般公众的电磁照射限量为 · 可见，对体重50Kg的人，不能超过 §5.5 导电媒质中的平面波 §5.5 导电媒质中的