均匀平面电磁波第十八讲.ppt

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1、第五章均匀平面电磁波的传播微波通信教研室王培章电磁场理论课程第二部分解放军理工大学通信工程学院7/30/20211第五章均匀平面电磁波一、教学内容及时间安排1、理想介质中的均匀平面波2、理想介质中的波动方程3、理想介质中均匀平面电磁波的解4、理想介质中均匀平面波的传播特性5、沿任意方向传播的均匀平面波二、教学目的及要求通过这部分内容的教学，使学员1、掌握均匀平面电磁波在各向同性媒质中的基本传播特性2、掌握在媒质分界面上的反射和折射规律；3、理解电磁波的相速、群速度、趋肤深度、表面电阻等概念7/30/20212平面波的反射与折射平面波垂直入射平面波斜入

2、射垂直入射理想导体垂直入射理想介质入射波电磁场反射波电磁场合成波电磁场导体表面感应电流驻波的分布形态反射波电磁场入射波电磁场折射波电磁场反射系数R折射系数T入射波和折射波玻印亭矢量的关系平行极化平面波斜入射垂直极化平面波斜入射斜入射理想导体表面斜入射理想介质表面任意方向的平面波表达式折射波电磁场反射波电磁场入射波电磁场反射波电磁场入射波电磁场合成波电磁场反射定理折射定理菲尼尔公式行波及其特征驻波及其特征全反射与临界角全折射与布儒斯特角波数、波长相速度7/30/20213引言麦克斯韦方程组电磁波7/30/20214等相位面（波阵面）为平面、等相位面上场

3、强的大小、方向均相同的电磁波。均匀平面电磁波简单便于分析分析复杂电磁波的基础工程应用背景引言7/30/20215电波图例：研究均匀平面波的现实意义7/30/202165.1理想介质中的均匀平面波理想介质完纯介质无耗媒质非导电媒质和为实常数=0的媒质7/30/20217本节内容一、均匀平面波的电磁场二、均匀平面波的传播特性麦克斯韦方程组电磁场波动方程电磁场解传播特性电磁场解5.1理想介质中的均匀平面波7/30/20218第五章均匀平面电磁波的传播均匀平面电磁波：等相位面是平面，等相位面上场强的振幅处处相等的电磁波。本章的研究条件：1、研究的空间没

4、有波源（或远离波源），无反射体的无限大媒质空间；2、空间充满均匀、线性、各向同性媒质；3、电磁场各分量都随时间作简谐变化。7/30/20219在理想介质中，既没有电荷，也没有电流，所以理想介质中的电磁场满足无源的麦克斯韦方程组。无源无耗媒质中电磁场满足麦克斯韦方程：一、理想介质中的波动方程7/30/202110这就是理想介质中，电场强度所满足的波动方程。可以得到理想介质中磁场强度所满足的波动方程理想介质中的波动方程：一、理想介质中的波动方程7/30/202111复数形式的波动方程（矢量亥姆霍兹方程）：k称为相位常数（波数、相移常数）一、理想介质中的波

5、动方程7/30/202112二、理想介质中均匀平面电磁波波动方程的解在直角坐标系中，矢量亥姆霍兹方程可分解为三个标量亥姆霍兹方程：7/30/202113电场和磁场各分量的复数形式只是坐标变量z的函数。假设电磁波沿+z方向传播，等相位面平行于xoy平面,电场和磁场在xoy平面上均匀。二、理想介质中均匀平面电磁波波动方程的解7/30/202114特殊问题对应的六个方程:二、理想介质中均匀平面电磁波波动方程的解7/30/202115二、理想介质中均匀平面电磁波波动方程的解7/30/202116将麦克斯韦第一、第二方程在直角坐标系中展开并代入上述关系，得到：

6、电场和磁场的各分量只是z的函数。二、理想介质中均匀平面电磁波波动方程的解7/30/202117将上述两组方程中的每一式两边对z再求一次偏导数，各式相互进行代换，得到：均匀平面波在传播方向上的电磁场分量为0，所以，均匀平面波是横电磁波（TEM波）。二、理想介质中电磁波波动方程的解7/30/202118上述四个常微分方程在形式上相同，所以，有相同形式的解：表示向+z方向传播的正弦波；表示向-z方向传播的正弦波。物理意义？二、理想介质中电磁波波动方程的解7/30/202119理想介质中的均匀平面波是无衰减的行波二、理想介质中电磁波波动方程的解7/30/20

7、2120由于讨论的前提是假设电磁波沿+z方向传播，而讨论的是无限大空间，没有反射体存在，所以项不存在。取：瞬时值（以电场的x分量为例）：二、理想介质中电磁波波动方程的解7/30/202121三、理想介质中均匀平面波的传播特性1、沿+z方向传播的均匀平面波电场和磁场之间的关系：称为媒质的波阻抗沿任意方向传播的均匀平面波电磁场之间的关系式：7/30/2021221、均匀平面波电场和磁场之间的关系媒质的波阻抗（）三、理想介质中均匀平面波的传播特性7/30/202123均匀平面波的电场和磁场相互垂直，同时电磁场均与传播方向垂直，之间满足右手螺旋关系。三、理

8、想介质中均匀平面波的传播特性7/30/202124z传播过程中，空间任一点上电场和磁场相位相同，电磁场的振幅