工程电磁场导论第六章.ppt

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1、第6章平面电磁波的传播PlaneWavePropagation下页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了解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重点：2.了解均匀平面电磁波在工程中的应用6.1电磁波动方程及均匀平面波1.电磁波动方程（ElectromagneticWaveEquation）研究电磁波脱离了源后的传播特性（=0，J=0），设媒质均匀,线性,各向同性，应用麦克斯韦方程ElectromagneticWaveEquationandUniformPl

2、aneWave下页上页同理下页上页2.均匀平面波（UniformPlaneWave）均匀平面波的特点：下页上页正弦稳态方程电磁波传播过程中，对应每一时刻t，空间电磁场具有相同相位的点构成等相位面（波阵面）。等相位面为平面的电磁波称为平面电磁波，等相位面上每一点的场量均相同的平面电磁波称为均匀平面电磁波。等相位面上各点的E、H相等，场量仅是传播方向的函数。即波动方程简化为下页上页均匀平面波为一横电磁波（TEM波）电场只有横向分量下页上页磁场只有横向分量均匀平面电磁波的电场和磁场没有和波传播方向一致的分量，只有

3、垂直于传播方向的分量，称为横电磁波（TEM波)。结论下页上页均匀平面波的电场和磁场相互垂直设均匀平面电磁波的波动方程可以分为两组互相独立的方程结论今后讨论的一组方程下页上页实际问题中碰到的一些电磁波可以近似作为均匀平面电磁波处理。如远离波源处等。讨论均匀平面电磁波的意义复杂的电磁波可以看作均匀平面电磁波的叠加，因此均匀平面电磁波的一些特性对于复杂电磁波也有意义，均匀平面电磁波是研究复杂电磁波的基础。1.一维波动方程的解及其传播特性通解理想介质满足=06.2理想介质中的均匀平面波UniformPlaneWa

4、veinPerfectDielectric下页上页波动方程简化为一维波动方程（欧姆）理想介质中均匀平面波的传播特性电磁波的波速下页上页入射波反射波真空中无论入射波还是反射波E、H、v三者相互垂直，满足右螺旋关系。电场和磁场满足：波阻抗由波的定义下页上页真空中证明对t积分波阻抗表示介质性能对电场和磁场关系的影响。波阻抗的正负与电场、磁场及电磁功率流关系：当E+、H+与S+或E-、H-与S-符合右手螺旋时取正，否则取负注意下页上页能量关系反射波能量密度入射波和反射波的功率流密度下页上页入射波能量密度结论空间电场

5、能量密度等于磁场能量密度；能量传播的速度等于波速。2.理想介质中的正弦平面电磁波通解下页上页电磁场按正弦规律变化时，场量用相量表示。波动方程式中是待定复常数。传播常数下页上页传播特点表示以速度v向x方向传播的入射波。反射波相速（等相位面前进的速度）等于波速E、H、S在空间相互正交；在时间上同相位，波阻抗为实数；其等幅面和等相面一致都为平面场量的幅值与x,f无关，称为等幅波；下页上页等相位面方程波数或相位常数，反映时空关系反映场量沿传播方向上的变化传播的功率为下页上页入射波功率减反射波功率设水深沿x方向无限伸

6、展，只考虑入射波。下页上页例均匀平面波从水面向水底传播，在水面电场为零，求电场和磁场的瞬时表示式，设水为理想介质。已知：解x0水面自由空间中磁场试求（1）f、、、v及传播方向，（2）E和S。(1)波沿z轴方向传播;(2)下页上页例解下页上页下页上页6.3导电媒质中的均匀平面波UniformPlaneWaveinConductiveMedium实际的媒质都是有损耗的，即0，如土壤、海水、石墨和金属等都是无线电工程中常遇到的有损耗媒质，即导电媒质。因此研究波在导电媒质中的传播特性具有实际意义。1.导电媒

7、质中均匀平面波方程及其解有衰减的波动方程相量方程与理想介质中的方程相似复介电常数式中传播常数衰减常数下页上页与理想介质中波动方程解的形式相同相位常数频率的复杂函数下页上页设导电媒质无限大，不考虑反射波，电磁场的瞬时值为：2.导电媒质中均匀平面波的传播特点E、H在空间相互垂直，等幅面和等相位面为平面（这一点与理想介质相同）。E、H的振幅随空间坐标的增大而呈指数衰减，为衰减的行波（由于传导电流引起的热损耗）。下页上页根据波阻抗定义得导电媒质中的波阻抗为波阻抗为复数，表明电场和磁场在时间上不同相，相位差为。下页

8、上页导电媒质中相位速度为表明相位速度不仅与媒质参数有关，还与频率有关，这种现象称为色散，它会引起信号传递的失真。波长导电媒质中传播的功率为（以入射波为例）下页上页复坡印停矢量有实部和虚部，表明波在行进过程中除了有向前传递的平均功率，还伴有往返功率的交换，此外能量不断的损耗。平均坡印停矢量为当，称为低损耗媒质，如低电导率或高频率极限情况，其中位移电流远大于传导电流。下页上页3.低损耗媒质中的均匀平面波由泰勒级数展开