工程电磁场导论第六章

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1、第6章平面电磁波的传播PlaneWavePropagation序电磁波动方程及均匀平面波理想介质中的均匀平面波导电媒质中的均匀平面波平面波的极化平面波的反射与折射平面电磁波的正入射、驻波下页返回图6.0.1沿x方向传播的一组均匀平面波Introduction6.0序电磁波：脱离场源后在空间传播的电磁场。平面电磁波：等相位面为平面的电磁波。均匀平面电磁波：等相位面是平面，等相位面上任一点的E相同、H相同的电磁波。若电磁波沿x轴方向传播H=H(x,t)，E=E(x,t)。下页上页返回图6.0平面电磁波知识结构电磁场基本方程组电磁波动方程均匀平面电磁波的传播特性平面电磁波的斜入射平面电磁波的正入射

2、·驻波正弦电磁波的传播特性导电媒质中均匀平面波理想介质中均匀平面波下页上页返回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。掌握均匀平面电磁波斜入射时的传播特性，重点掌握均匀平面电磁波正入射时的传播特性。下页上页返回6.1电磁波动方程及均匀平面波6.1.1电磁波动方程（ElectromagneticWaveEquation）设媒质均匀,线性,各向同性1）ElectromagneticWaveEquationandUniformPlaneWave下页上页返回2）下页上页返回电磁波动方程电磁波动方程代表损耗，即衰减项。代表传播过程即（1）

3、（2）（3）6.1.2均匀平面波（UniformPlaneWave）由Maxwell方程推导（4）（5）（6）均匀平面波条件：下页上页返回式(1)解得由于,所以（无恒定场存在）式(4)沿波传播方向上无场的分量，称之为TEM波。下页上页返回（2）（3）（5）（6）下页上页返回下面讨论第一组方程，第二组方程雷同。图6.1.1坐标轴的旋转（2）（6）式(2)对x求偏导，式(6)对t求偏导，整理得到同理这就是均匀平面波的波动方程。下页上页返回6.2.1波动方程的解及其传播特性(SolutionsandPropagationCharacteristic)通解及波动方程6.2理想介质中的均匀平面波Uni

4、formPlaneWaveinPerfectDielectric下页上页返回（Ω）传播特性（单一频率）电磁波的相速，真空中波阻抗——入射（反射）电场与入射（反射）磁场的比值能量的传播方向与波的传播方向一致。下页上页返回入射波能量密度反射波能量密度入射波功率流密度反射波功率流密度下页上页返回6.2.2正弦稳态电磁波(SinusoidalElectromagneticWave)式中—传播常数(propagationconstant)，—波数、相位常数(phaseconstant)rad/m，式中是待定复常数。通解下页上页返回图6.2.1理想介质中正弦均匀平面波沿x方向的传播传播特点时间相位相同，

5、波阻抗为实数；等相位面是平面，且为等幅面，又称为等幅波；下页上页返回提问：若在空间垂直于电场的面放置两块平行导体平板，是否影响平面波的传播？相速等于媒质中的光速不影响。因为，沿平板切向电场为零，垂直电场的平面为等位面。E、H、S在空间相互正交；且为TEM波例6.2.1自由空间中试求：a.及传播方向；b.E和S。解：a.波沿z轴方向传播;b.图6.2.1计算Z0下页上页返回下页上页返回6.3导电媒质中的均匀平面波导电媒质中的波动方程为—复介电常数式中UniformPlaneWaveinConductiveMedium—传播常数—衰减常数下页上页返回当，称为良导体，与理想介质中波动方程解的形式相

6、同振幅呈指数衰减,电磁波是减幅波。下页上页返回，忽略位移电流。良导体中波的传播特性：理想介质与良导体中均匀平面波传播特性的比较。图6.3.1导电媒质中正弦均匀平面波沿x方向的传播有关，是色散波。波速与（dispersivewave）E,H为减幅波（集肤效应)；波阻抗为复数,超前下页上页返回图6.4.1直线极化的平面波6.4平面波的极化波的极化——电场强度E矢量末端随时间变化的轨迹。6.4.1直线极化（LinearPolarization)特点：Ey和Ez同相或反相。合成PlaneWavePolarizationy轴取向直线极化波z轴取向直线极化波下页上页返回6.4.2圆极化（Circular

7、Polarization)特点：Ey和Ez振幅相同，相位差90°。Ey超前Ez为右旋极化波。合成后即Ey滞后Ez为左旋极化波。图6.4.2圆极化的平面波下页上页返回6.4.3椭圆极化（EllipticalPolarization)特点：Ey和Ez的振幅不同，相位不同。合成后椭圆的长轴与y轴的夹角为分为右旋极化和左旋极化。图6.4.3椭圆极化的平面波下页上页返回图6.4.4椭圆、圆与直线极化的关系思考若椭圆的长