《平面电磁波 》ppt课件

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1、第六章平面电磁波第5章的麦克斯韦理论表明:变化的电场激发变化的磁场，变化的磁场激发变化的电场，这种相互激发、在空间传播的变化的电磁场称为电磁波（electromagneticwave）。我们所知道的无线电波、电视信号、雷达波束、激光、X射线和射线等等都是电磁波。电磁波可以按等相位面的形状分为平面波、柱面波和球面波。平面波：等相位面是指空间振动相位相同的点所组成的面，等相位面是平面的电磁波；均匀平面波是指等相位面上场强处处相等的平面波。平面波是一种最简单、最基本的电磁波，它具有电磁波的普遍性质和规律，实际存在的电磁波均可以分解成许多平面

2、波，因此，平面波是研究电磁波的基础，有着十分重要的理论价值。严格地说，理想的平面电磁波是不存在的，因为只有无限大的波源才能激励出这样的波。但是如果场点离波源足够远，那么空间曲面的很小一部分就十分接近平面，在这一小范围内，波的传播特性近似为平面波的传播特性。例如，距离发射天线相当远的接收天线附近的电磁波，由于天线辐射的球面波的等相位球面非常大，其局部可近似为平面，因此可以近似地看成均匀平面波。本章将介绍平面波在无限大的无耗媒质和有耗媒质中的传播特性；介绍平面电磁波极化的概念；分析平面电磁波的反射和折射。6.1理想介质中的均匀平面波理想介质

3、：指电导率，、为实常数的媒质；理想导体：的媒质；有损耗媒质或导电媒质：介于两者之间的媒质。本节介绍最简单的情况，即介绍无源、均匀(homogeneous)(媒质参数与位置无关)、线(媒质参数与场强大小无关)、各向同性（isotropic）(媒质参数与场强方向无关)的无限大理想介质中的时谐平面波。一、波动方程的解在无源的理想介质中，由第5章我们知道，时谐电磁场满足复数形式的波动方程（6-1）其中（6-2）下面讨论一种最简单的均匀平面波解。假设场量仅与坐标变量与x、y无关，即　　　　，式（6-1）简化为与x、y无关，即，式（6-1）简化为（

4、6-3）其解为（6-4）其中、是复常矢。上式第一项表示:向正z方向传播的波(则式中含因子的解，表示向正z方向传播波)。同理，第二项表示:向负z方向传播的波(含因子的解表示向负z方向传播的波)。在无界的无穷大空间，反射波不存在,只需考虑向正z方向传播的行波(travelingwave，是指没有反射波只往一个方向传播的波），因此可取于是，（6-5）将上式代入，可得（6-6）上式表明:电场矢量垂直于，即，电场只存在横向分量（6-7）其中、是电场强度各分量的相量。磁场强度可以由麦克斯韦第Ⅱ方程求得即（6-8）式中，，具有阻抗的量纲，单位为欧姆（

5、），它的值与媒质的参数有关，因此被称为媒质的波阻抗（waveimpedance）或本征阻抗（intrinsicimpedance）。在自由空间（freespace，指、、的无限大空间），由式（6-8）波阻抗决定了电场与磁场之间的关系（6-9）式（6-8）和（6-6）说明：均匀平面波的电场、磁场和传播方向三者彼此正交，符合右手螺旋关系。既然电场强度和电磁强度之间有式（6-8）的简单关系，所以讨论均匀平面波问题时，只需讨论其电场（或磁场）即可。6.1.2均匀平面波的传播特性在理想介质中传播的均匀平面波有以下传播特性：(1)电场强度E、电磁强

6、度H、传播方向三者相互垂直，成右手螺旋关系，传播方向上无电磁场分量，称为横电磁波（TransverseElectro-Magneticwave），记为TEM波。(2)E、H处处同相，两者复振幅之比为媒质的波阻抗，是实数，见式（6-9）。(3)为简单起见，我们考察电场的一个分量，由式（6-7）可写出其瞬时值表达式（6-10）称为时间相位，称为空间相位，是处在时刻的初始相位。空间相位相同的点所组成的曲面称为等相位面(planeofconstantphase)、波前或波阵面。这里，常数的平面就是等相位面，因此这种波称为平面波（planewav

7、e）。又因为场量与x、y无关，在常数的等相位面上，各点场强相等，这种等相位面上场强处处相等的平面波称为均匀平面波（uniformplanewave）。图6-1是式（6-10）所表达的均匀平面波在空间的传播情况。图6-1理想介质中均匀平面波的传播zyxHEO等相位面传播的速度称为相速（phasespeed）。等相位面方程为const，由此可得=0，故相速为（6-11）在真空中电磁波的相速可见，电磁波在真空中的相速等于真空中的光速。由式（6-11）可得（6-12）式中为电磁波的波长。k称为波数（wave-number），因为空间相位kz变化

8、相当于一个全波，k表示单位长度内具有的全波数。k也称为相位常数(phaseconstant)，因为k表示单位长度内的相位变化。(4)均匀平面波传输的平均功率流密度矢量可由式(6-7)和(6-8)得到(6-1