电磁波与微波技术第3章ppt课件.ppt

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1、平面电磁波李丽华无界理想介质中的均匀平面波3.1无界损耗媒质中的均匀平面波3.2均匀平面波对平面分界面的斜入射3.3波的极化3.23.1无界理想介质中的均匀平面波均匀平面波概念：波阵面（等相位面）为无限大平面，波阵面上各点的场强大小相等、方向相同的电磁波。截面为高斯面的均匀平面电磁波正弦均匀平面电磁波：随时间作正弦变化的平面电磁波。波阵面（等相位面）为无限大平面，波阵面上各点的场强大小相等、方向相同，随时间作正弦变化的电磁波。频率为：1S内相位变化的次数波长：空间相位变化所经过的距离波长z周期t

2、T区别：频率是描述相位随时间变化的快慢，波长是描述相位随空间变化的快慢周期为：相位变化所经历的时间相速度为：表示相位变化的快慢相位常数k为（波数）：表示单位长度内的相位变化或表示单位长度内具有的全波数目均匀平面波的相速与煤质特性有关。TE波EHesTM波EHes传播方向补充概念:TEM波EHesTEM波：电场和磁场都与传播方向垂直TE波：仅电场与传播方向垂直TM波：仅磁场与传播方向垂直在无限大理想介质中的平面波没有电磁场的纵向分量,为TEM波考虑向正z轴方向传播的波：写成瞬时形式为：相位常数k为（

3、波数）：表示单位长度内的相位变化或表示单位长度内具有的全波数目图3.2正弦变化的电磁波理想介质中均匀平面波的电场和磁场传播方向1.电场和磁场都与传播方向垂直2.对于同一点，电场和磁场的相位相同3.均匀平面波沿着电磁波的传播方向振幅不变，相位不断滞后电磁波在传播过程中没有能量的损耗。与传播方向相垂直的平面上每单位面积通过的功率相等。理想介质中的波阻抗为：电场强度与磁场强度的比值空气中的波阻抗为：为实数,表明空间某一点的电场和磁场在时间上是同相的均匀平面波的电场和磁场的关系：1.在时间上同相，在空间上

4、相互垂直2.比值为波阻抗真空中的光速：均匀平面波的相速：通常介质中均匀平面波的相速小于真空中的光速例1频率为3GHz的平面波,在理想介质(εr=2.1,μr=1)中传播。计算该平面波的相位常数、相速度、相波长和波阻抗。若Ex0=0.1V/m,计算磁场强度相波长：波阻抗：磁场强度在y方向,其振幅为电场强度：磁场强度：3.2波的极化波的三种极化状态：线极化波：E的矢端轨迹为直线；圆极化波：E的矢端轨迹为圆；椭圆极化波：E的矢端轨迹为椭圆。波的极化是指在空间任一固定点上波的电场矢量空间取向随时间变化的方

5、式3.2.1线极化如果Ex和Ey相位相同或相差180，合成电场的矢端轨迹为直线，波为线极化合成电场：3.2.2圆极化如果Ex和Ey振幅相同，相位相差90，合成电场的矢端轨迹为圆，波为圆极化。取，，有取正号取负号则合成场强的大小为右旋圆极化合成场强的方向与x轴的夹角有如下关系:右旋圆极化：一个固定点，时间t越大，合成场强与x轴的夹角越大，合成波矢量随着时间的旋转方向与传播方向构成右旋关系固定时刻圆极化波的电场在空间分布右旋圆极化a角度随z增加而递减，电场矢端随空间的旋转方向与传播方向是左旋关系固定时

6、刻圆极化波的电场在空间分布左旋圆极化左旋圆极化a角度随z增加而递减，电场矢端沿传播方向的螺旋线与传播方向是右旋关系3.2.3椭圆极化Ex和Ey振幅不相等，相位差既不为0、π,合成电场的矢端轨迹为椭圆，波为椭圆极化线极化波和圆极化波都可以看成是椭圆极化波的特例3.3无界损耗媒质中的均匀平面波3.3.1等效介电常数损耗煤质中时变电磁场的安培环路定理为：等效介电常数：工程上常用损耗角正切的概念说明媒质损耗的程度，其定义为3.3.2损耗媒质中的电场和磁场电场的通解：为传播常数衰减常数相位常数衰减常数由煤质

7、损耗产生，在良导体中，电导率很大，衰减常数也很大，波的衰减很快。良介质中，波的衰减很慢相位常数可以确定损耗煤质中电磁波的波长和相速度相位常数相位常数可以确定损耗煤质中电磁波的波长和相速度煤质导电性增强时，电磁波的波长变短，速度会减慢相位常数相位常数---f（w)波长---f（w)有关相速度---f（w)色散色散现象：电磁波在导电煤质中传播时，因各个频率分量的电磁波以不同的相速传播，经过一段距离后，电磁波中各个频率分量之间的相位关系必然发生改变，导致信号失真只考虑向正z方向传播时沿着波的传播方向振幅

8、按指数衰减相位常数是频率的函数，该电磁波为色散波导电媒质中的波阻抗是个复数,即导电媒质中平面波的电场和磁场电场与磁场振幅和相位都不同1.电场和磁场都与传播方向垂直2.对于同一点，电场和磁场的相位不同，电场强度超前磁场强度一个小于π/4的相角3.均匀平面波沿着电磁波的传播方向相位不断滞后，振幅按指数衰减EHExHyz平面波在导电媒质中传播时，既有单向流动的传播能量，又有电场和磁场之间的能量交换3.3良介质和良导体中的参数1良介质（σ/ωε<<1）结论：可以把良介质看作理想介质，不考虑