电磁场理论大班第４讲 时谐电磁波分析方法-开域问题.ppt

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1、潘锦二○一二年三月九日电磁场理论大班授课第四讲时谐电磁波分析方法----开域问题电磁场与波首席教授电子科技大学2认识电磁问题的基本出发点和强制条件出发点Maxwell方程组条件本构关系边界条件23分类认识电磁问题静态电磁场电磁波按时间变化情况34分类分析时变电磁场问题第4章电磁波的典型代表电磁波的传输共性问题个性问题电磁波的辐射、衍射和散射第6,7章第8章第9,10章均匀平面波波导天线…4分类分析均匀平面波第6章均匀平面波第7章无界单一介质空间无界多层介质空间5面对的问题？分析方法？关联的一般性物理问题？应用中的典型问题？6面对的问题：源？环境？边界？分析方法？关联的一般性物理量？应用中的典

2、型问题？7基本问题时谐场关注电磁波的传播无界单一媒质环境无源区中讨论问题相关概念1）振幅2）相位时间相位空间相位幅角初始相位3）等相位面4）等振幅面相关概念复矢量包含了任意时刻场量的空间变化规律8需要分析的问题平面波柱面波球面波（固定时刻的复矢量函数）时谐电磁波的分析线极化波圆极化波椭圆极化波（固定位置的瞬时变化情况）场量随空间位置变化的规律场量随时间变化的规律√√√√√（9章）9均匀平面波的定义平面波：任意时刻等相位面（波阵面）为平面的波均匀平面波均匀：电磁场的振幅在等相位面上不变电磁波的等相位面为平面，且等相位面上电磁场的振幅也相等特性均匀平面波的等相位面与等振幅面重合或平行在等

3、相位面上电场复矢量为常矢数任一时刻等相位面上电磁场的大小和方向不变问题：等相位面上均匀平面波在不同时刻的电磁场也不变吗？10面对的问题!分析方法:按定义求解关联的一般性物理问题？应用中的典型问题？11理想介质导电媒质12理想介质中的均匀平面波13均匀平面波的电磁场技巧：建立一个最好的坐标系！将坐标面取为等相位面，如x-y平面，则：其解为：电场的瞬时结果的波形电磁波沿空间相位滞后的方向传播同理：14均匀平面波为横电磁波（TEM波）EHz波传播方向均匀平面波波阵面xyo重要特性15沿z方向传播的均匀平面波其电磁场复矢量解为：均匀平面波为横电磁波（TEM波）电磁波沿空间相位滞后的方向传播小结16沿

4、任意方向传播的均匀平面波解yzxo沿＋z方向传播的均匀平面波P(x,y,z)波传播方向r等相位面则设波传播方向为:沿任意方向传播的均匀平面波波传播方向zyxorne等相位面P(x,y,z)Z’为方便表示定义新的物理量,波矢量则同理17均匀平面波电磁场解的构成对于沿传播的均匀平面波，其电磁场解答的表达式为：电磁场复矢量：其中波矢量为，电场瞬时解为：复波幅矢量为，关系？18分析均匀平面波的技巧及电磁场复波幅的关系由于方向传播均匀平面波电磁场复矢量的解为：因此19三者相互垂直电场与磁场同相振幅差倍均匀平面波电场与磁场的关系其中，叫媒质的本征阻抗,也叫波阻抗在真空中xyzEHO理想介质中均匀平面波2

5、0电磁场复矢量解为：的方向满足右手螺旋法则为横电磁波（TEM波）沿空间相位滞后的方向传播电场与磁场同相，振幅大倍均匀平面波小结21面对的问题!分析方法!关联的一般性物理量:电磁波的基本参量？能量？应用中的典型问题？221、均匀平面波的传播参数周期T：同一位置，相位变化2π的时间间隔，即（1）角频率、频率和周期角频率ω：表示单位时间内的相位变化，单位为rad/s频率f：tToxE23（2）波长和相位常数（波数）波长λ：同一时间，相位差为2π等相位面的间距，即相位常数k：表示波传播单位距离的相位变化oxElz24（3）相速真空中：由相速v：等相位面在空间中移动的速度与电磁波的频率无关故得到均匀平

6、面波的相速为252、能量密度与能流密度其中,理想介质中均匀平面波的电场储能与磁场储能相等能量密度:能流密度:两者关系:理想介质中均匀平面波的能速与相速相等26电磁场复矢量解为：的方向满足右手螺旋法则为横电磁波（TEM波）沿空间相位滞后的方向传播电场与磁场同相，振幅大倍相关的物理量频率、周期、波长、相位常数、波数、相速、能速理想媒质中均匀平面波小结27理想介质导电媒质28令，则沿z方向传播的均匀平面波为导电媒质中的均匀平面波称为电磁波的传播常数，单位：1/m是衰减因子，称为衰减常数，单位：Np/m（奈培/米）是相位因子，称为相位常数，单位：rad/m（弧度/米）瞬时电场为振幅有衰减，为衰减

7、电磁波29本征阻抗导电媒质中的电场与磁场理想介质中的电场与磁场相伴的磁场本征阻抗为复数磁场与电场不同相，且滞后电场30相速不仅与媒质参数有关，而且与电磁波的频率有关传播参数31平均坡印廷矢量导电媒质中均匀平面波的传播特点：媒质的本征阻抗为复数，电场与磁场不同相位，磁场滞后于电场角；在波的传播过程中，电场与磁场的振幅呈指数衰减；波的传播速度（相度）不仅与媒质参数有关，而且与频率有关（有色散）。32理想介质导电