
【電】 traveling plane wave
carry out; go on; proceed; be in progress; conduct; march; process; travel
【醫】 progression
【經】 steer; undertake
【計】 plane wave
【化】 plane wave
在電磁學與波動理論中,平面波(Plane Wave)是一種理想化的波動形式,其波陣面(等相位面)為無限延伸的平面,且振幅在傳播過程中保持不變。該術語對應的英文定義可表述為:"A wave whose wavefronts are infinite parallel planes of constant amplitude, normal to the phase velocity vector"(《牛津物理詞典》。
核心特征與數學表達
平面波的數學描述通常采用複數形式:
$$ mathbf{E}(z,t) = mathbf{E}_0 e^{i(kz - omega t)} $$
其中$mathbf{E}_0$為電場強度振幅,$k$為波數,$omega$為角頻率。此表達式滿足齊次亥姆霍茲方程(IEEE标準術語庫,適用于無耗介質中的橫電磁波(TEM波)傳播。
傳播特性
典型應用領域
• 天線遠場區輻射特性分析
• 光纖通信中的模式近似計算
• 雷達截面(RCS)測量中的入射波模拟
• 地震波傳播的簡化模型構建
注:實際物理系統中嚴格意義上的平面波無法存在,但在分析問題時可作為有效近似模型。該概念與球面波形成理論對比,後者振幅隨傳播距離衰減($1/r$關系)。
平面波是物理學中描述波動現象的一種理想化模型,其核心特征是波陣面(即相位相同的點構成的曲面)為無限延伸的平面,且傳播過程中振幅保持不變。以下是詳細解釋:
數學表達式
平面波的典型表達式為:
$$
psi(mathbf{r}, t) = A cdot e^{i(mathbf{k} cdot mathbf{r} - omega t + phi)}
$$
其中,( A )為振幅,( mathbf{k} )為波矢(方向與波傳播方向一緻),( omega )為角頻率,( phi )為初相位。
傳播特性
應用領域
平面波模型廣泛用于電磁學(如光波、無線電波)、聲學(遠場聲波)和量子力學(粒子波函數近似)中。例如,激光束在局部區域可近似為平面波。
理想化條件
實際中嚴格滿足平面波的情況較少,但在遠離波源的區域或特定邊界條件下(如無限大介質),平面波可作為簡化分析的有效工具。
與球面波對比
球面波的波陣面為球面,振幅隨距離衰減(如點光源發出的光),而平面波振幅恒定,更適用于分析遠場或均勻介質中的波動行為。
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