第三章 平面电磁波ppt课件.ppt

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1、答疑时间地点每周四12:30—13:301230教室28日、29日10:10—13:301230教室（或附近教室）613/614班28日交第二章习题611/612班29日交第二章习题第三章平面电磁波主要内容平面电磁波的基本特性(14+2)学时§3.1无损耗媒质中的均匀平面波§3.2波的极化§3.3导电媒质中的均匀平面波§3.4均匀平面波的垂直入射§3.5均匀平面波的斜入射*电磁波：变化的电磁场脱离场源后在空间的传播平面电磁波：等相位面为平面构成的电磁波均匀平面电磁波：等相位面上E、H处处

2、相等的电磁波若电磁波沿x轴方向传播，则H=H(x,t)，E=E(x,t)平面电磁波知识结构框图x方向传播的一组均匀平面波平面电磁波电磁场基本方程组平面电磁波知识结构框图平面电磁波的斜入射电磁波动方程平面电磁波的垂直入射平面电磁波的极化导电媒质中均匀平面波理想介质中均匀平面波均匀平面电磁波的传播特性本章要求掌握均匀平面电磁波在理想介质和导电媒质中的传播特性及基本规律。了解均匀平面电磁波在工程中的应用。重点掌握均匀平面电磁波正入射时的传播特性，了解均匀平面电磁波斜入射时的传播特性。3.1理想介质中的

3、均匀平面波理想介质是指电导率，、为实常数的媒质，的媒质称为理想导体。介于两者之间的媒质称为有损耗媒质或导电媒质。平面波是指波前面，即等相位面或者波前阵是平面的波。均匀平面波是指波前面上场量振幅处处相等的波。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）、线性（linear）（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。假设讨论的区域为无源区域，即：3.1.1波动方程由矢量恒等式称之为波动

4、方程假设电磁场沿着Z轴方向传播，且电场仅有指向X轴的方向分量，则磁场必只有Y方向的分量，即：波动方程3.1.2正弦变化的均匀平面波则正弦均匀平面波沿z方向的传播正弦场K2其通解为对于时谐变电磁场：则其中：其通解为对应的磁场为对应的磁场为其通解为则注意到E和H的相位相同！定义：波阻抗考察电场的一个分量，瞬时值表达式为：为时间相位，为空间相位，是初始相位。其中常数的平面就是等相位面，这种波称为平面波（planewave）。在等相位面上，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（

5、uniformplanewave）。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。3.1.3均匀平面波的传播特性1.主要参数①相速固定相位点向前行进的速度，即整个波形向前传播的速度。等相位点，即：常数所以其中：理想介质中的相速等于光速吗？为什么？相位速度即相速。上式表明，在理想介质中，均匀平面波的相速与媒质特性有关。考虑到一切媒质相对介电常数，又通常相对磁导率，因此，理想介质中均匀平面波的相速通常小于真空中的光速。②波长电磁波在一个周期内传播的距

6、离，即相位相差的两点之间的距离。其中：③相位常数电磁波沿Z方向传播时，单位距离改变的相位，即一个周期内的波数（wave-number）个数。④波阻抗入射波电场与磁场的比值，又称为媒质的本质波阻抗（intrinsicimpedance）。即：真空中：（waveimpedance）(phaseconstant)2.均匀平面波的传播特性电场强度E、电磁强度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

7、TEM波。在横向分量中，电场与磁场相互垂直且以相同的速度向正Z方向和负Z方向传播，在空间上垂直，时间上同步。①E、H处处同相，两者复振幅之比为媒质的波阻抗是实数，且：②③电磁场中电场能量密度和磁场能量密度以和波组为例，其入射波能量密度为：即同样，对于反射波也有空间任一点任一时刻电场能量密度等于磁场能量密度。均匀平面波传输的平均功率流密度矢量④因为所以为一常矢量，即沿Z轴正方向（波的传播方向）上的平均能流密度为一与坐标变量无关的量。故在垂直传播方向的所有平面上，每单位面积穿过的平均功率都相同。因此

8、，均匀平面波在理想介质中传播时，能量是向传播方向单向流动，且沿途没有损耗。理想介质中均匀平面波的传播zyxOHE正弦均匀平面波沿z方向的传播补充例已知真空中的均匀平面波的电场强度瞬时值为求：①频率、波长、相速和相位常数；电场强度复数表达式，磁场强度复数表达式及瞬时值；②③能流密度矢量瞬时值及平均值。解：题设的均匀平面波是沿正Z轴方向传播的，由题意知：有效值因此①频率、波长、相速和相位常数分别为：②取，即以对时间t的正弦变化为基准，则③能流密度矢量瞬时值及平均值为前面讨论平面波的传播特性时，认为平