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文档简介

为了方便介绍,我们考虑最简单的电磁波形式:简谐均匀平面波。通常可以写成形式:E=E0*exp(j3t-jk*r),理论上E0为复矢量,其中包含的初始相位,不妨假设为0。这个涉及了两个主要参量:1、时间参量s,称为角频率。与周期T,频率f的关系是:3=2nf=2n/T。2、空间参量k(矢量,表示传播方向),称相位系数或角波数,与波长入的标量关系是:k=2n/入。这个参量的关系是:k=3*sqrt(印),£:介电常数,p:磁导率。1、波速(WaveVelocity)波波振刪八振幅丿、振幅'2波波振刪八振幅丿、振幅'2—彼氏丄亠波长-< 峰皱的传播方[肛波传播的示意图波速是指单位时间内,(电磁)波形传播的距离,即V二入/T二入f。真空中电磁波波速为光速c。这里需要注意的是周期和频率只取决于波源的振动频率;波速与介质的物理性质相关;波长取决于波速和频率,两者任意一个变化,波长也随之变化。2、相速(PhaseVelocity)相速是指等相位面的传播速度相速说的是某一频率的波形在介质中的传播速率,只代表相位变化的快慢,不能真正反映电磁波能量的传播速度。对简谐均匀平面波而言,等相位面是指j3t-jk*r=O,相速Vp二dr/dt=3/k=1/sqrt(£|j)。在均匀各向同性的介质中,相速与波速相等与电磁波的频率无关。而对于色散介质来说,其介电常数£是复数还与频率相关,传播系数也是复数,电磁波在这种介质传播时相速会随频率变化,这种现象称为材料色散,在色散介质中,相速可能大于光速。相速与群速的示意图见下图。以上讲的简谐均匀平面波是一种单色波,具有单一、确定的频率3和波数k。但这种单色波不携带任何信号,任何信号都是由不同频率的单色波组成,形成一个波谱。在真空或非色散介质中,信号中所有频率分量都以同一速率传播。群速就是一群不同频率的波包络传播的速度,Vg=d3/dk。一般情况下,群速也代表能速,表示能量传播速度。包络波的速率不同与单色波的相速。如果是色散介质,不同频率分量的单色波具有不同的相速,在传播过程中各频率分量之间的相位关系将发生变化,会导致信号的畸变,这种现象称为色散。群速也只是在频带较窄和色散较弱的情况下才有意义,如果色散严重,信号畸变非常严重的话,群速也就失去了意义。4能速能速的定义是Ve=P/w,P:平均功率密度,w:电磁场储能密度。通常情况下,我能速概念用的不多,讲两点能速的性质:1能速不同于相速,永远小于关速c;2、在强色散条件下,虽然群速失去了物理意义,且不再代表能速,但

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