1、1,学习内容 5.3 均匀平面波在导电媒质中的传播 5.3.1 导电媒质中的均匀平面波 5.3.2 弱导电媒质中的均匀平面波 5.3.3 良导体中的均匀平面波,2,5.3 均匀平面波在导电媒质中的传播,导电媒质的典型特征是电导率 0；,电磁波在导电媒质中传播时，有传导电流 J = E 存在，同时 伴随着电磁能量的损耗；,电磁波的传播特性与非导电媒质中的传播特性有所不同。,3,沿 z 轴传播的均匀平面波解为,5.3.1 导电媒质中的均匀平面波,称为电磁波的传播常数。,是衰减因子， 称为衰减常数，单位：Np/m（奈培/米）,是相位因子， 称为相位常数，单位：rad/m（弧度/米）,瞬时值形式,波动
2、方程,4,本征阻抗,导电媒质中的电场与磁场,非导电媒质中的电场与磁场,相伴的磁场,5,传播参数,6,平均电场能量密度:,平均磁场能量密度:,平均坡印廷矢量,7,导电媒质中均匀平面波的传播特点,电场强度E、磁场强度H与波的传播方向相互垂直，是横电磁波（TEM波）；,媒质的本征阻抗为复数，电场与磁场相位不同，磁场滞后于电场 角；,在波的传播过程中，电场与磁场的振幅呈指数衰减；,波的传播速度（相速度）不仅与媒质参数有关，而且与频率有关 （有色散）；,平均磁场能量密度大于平均电场能量密度。,8,弱导电媒质：,5.3.2 弱导电媒质中的均匀平面波,弱导电媒质中均匀平面波的特点,9,良导体：,5.3.3
3、良导体中的均匀平面波,良导体中的参数:,波长：,相速：,10,趋肤效应：电磁波的频率越高，衰减系数越大，高频电磁波只能 存在于良导体的表面层内，称为趋肤效应。,趋肤深度（）：电磁波进入良导体后，其振幅下降到表面处振幅的1/e 时所传播的距离。即,11,铜：,12,表示厚度为 的导体每平方米的电阻，称为导体的表面电阻率，简称为表面电阻，相应的 称为表面电抗；称为表面阻抗。,本征阻抗,良导体中电磁波的磁场强度的相位滞后于电场强度45o。,式中,13,表5.3.1一些金属材料的趋肤深度和表面电阻,14,例5.3.1 一沿 x 方向极化的线极化波在海水中沿+ z轴方向传播。已知海水的媒质参数为r =
4、81、r =1、= 4S/m ，在z = 0处的电场Ex=100cos(107t ) V/m 。求： （1）衰减常数、相位常数、本征阻抗、相速、波长及趋肤深度； （2）电场强度幅值减小为z = 0处的1/1000时，波传播的距离 （3）z = 0.8m处的电场强度和磁场强度的瞬时表达式； （4）z = 0.8m处穿过1m2面积的平均功率。,解：（1） 根据题意，有,所以,此时海水可视为良导体。, 1,15,故衰减常数,相位常数,本征阻抗,相速,波长,趋肤深度,16,（2） 令e-z1/1000， 即ez1000，由此得到电场强度幅值减小为z = 0处的1/1000时，波传播的距离,故在z =
5、0.8m 处，电场的瞬时表达式为,磁场的瞬时表达式为,（3）根据题意，电场的瞬时表达式为,17,（4）在z = 0.8m 处的平均坡印廷矢量,穿过 1m2 的平均功率 Pav = 0.75 mW,由此可知，电磁波在海水中传播 时衰减很快，尤其在高频时，衰减更 为严重，这给潜艇之间的通信带来了 很大的困难。若为保持低衰减，工作 频率必须很低，但即使在1kHz的低频下，衰减仍然很明显。,18,例5.3.2 在进行电磁测量时，为了防止室内的电子设备受外界电磁场的干扰，可采用金属铜板构造屏蔽室，通常取铜板厚度大于5就能满足要求。若要求屏蔽的电磁干扰频率范围从10kHz到100MHz，试计算至少需要多厚的铜板才能达到要求。铜的参数为=0、=0、 = 5.8107 S/m。,解：对于频率范围的低端 fL =10kHz ，有,对于频率范围的高端 fH =100MHz ，有,19,为了满足给定的频率范围内的屏蔽要求，故铜板的厚度d至少应为,由此可见，在要求的频率范围内均可将铜视为良导体，故,20,作业：5.4、5.5、5.6、5.23,第18次课结束！,
