
【电】 traveling plane wave
carry out; go on; proceed; be in progress; conduct; march; process; travel
【医】 progression
【经】 steer; undertake
【计】 plane wave
【化】 plane wave
在电磁学与波动理论中,平面波(Plane Wave)是一种理想化的波动形式,其波阵面(等相位面)为无限延伸的平面,且振幅在传播过程中保持不变。该术语对应的英文定义可表述为:"A wave whose wavefronts are infinite parallel planes of constant amplitude, normal to the phase velocity vector"(《牛津物理词典》。
核心特征与数学表达
平面波的数学描述通常采用复数形式:
$$ mathbf{E}(z,t) = mathbf{E}_0 e^{i(kz - omega t)} $$
其中$mathbf{E}_0$为电场强度振幅,$k$为波数,$omega$为角频率。此表达式满足齐次亥姆霍兹方程(IEEE标准术语库,适用于无耗介质中的横电磁波(TEM波)传播。
传播特性
典型应用领域
• 天线远场区辐射特性分析
• 光纤通信中的模式近似计算
• 雷达截面(RCS)测量中的入射波模拟
• 地震波传播的简化模型构建
注:实际物理系统中严格意义上的平面波无法存在,但在分析问题时可作为有效近似模型。该概念与球面波形成理论对比,后者振幅随传播距离衰减($1/r$关系)。
平面波是物理学中描述波动现象的一种理想化模型,其核心特征是波阵面(即相位相同的点构成的曲面)为无限延伸的平面,且传播过程中振幅保持不变。以下是详细解释:
数学表达式
平面波的典型表达式为:
$$
psi(mathbf{r}, t) = A cdot e^{i(mathbf{k} cdot mathbf{r} - omega t + phi)}
$$
其中,( A )为振幅,( mathbf{k} )为波矢(方向与波传播方向一致),( omega )为角频率,( phi )为初相位。
传播特性
应用领域
平面波模型广泛用于电磁学(如光波、无线电波)、声学(远场声波)和量子力学(粒子波函数近似)中。例如,激光束在局部区域可近似为平面波。
理想化条件
实际中严格满足平面波的情况较少,但在远离波源的区域或特定边界条件下(如无限大介质),平面波可作为简化分析的有效工具。
与球面波对比
球面波的波阵面为球面,振幅随距离衰减(如点光源发出的光),而平面波振幅恒定,更适用于分析远场或均匀介质中的波动行为。
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