电磁场与电磁波ppt课件.ppt

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1、§6.1无耗媒质中的平面电磁波§6.2导电媒质中的平面电磁波§6.3电磁波的极化§6.4电磁波的色散和群速§6.5均匀平面电磁波向平面分界面的垂直入射§6.7均匀平面电磁波向平面分界面的斜入射§6.8均匀平面电磁波的全透射和全反射第六章平面电磁波电磁波的分类按等相位面的形状分为三类：》平面》柱面》球面按照场分量与传播方向的关系，将电磁波分为四类：》TEM波：电场和磁场分量均分布在与传播方向垂直的横平面内，也称横电磁波。》TE波：电场分量仅分布在与传播方向垂直的横平面内，也称横电波。因在传播方向上仅有磁场分量，又称磁

2、波或H波。》TM波：磁场分量仅分布在与传播方向垂直的横平面内，也称横磁波。因在传播方向上仅有电场分量，又称电波或E波。》EH或HE波：在传播方向上即有电场分量，又有磁场分量，也称混合波。平面电磁波：等相位面为无限大平面。均匀平面电磁波：等相相位面为无限大平面，且等相位面上，各点的场强大小相等，方向相同。研究意义：》虽然均匀平面电磁波实际上不存在，但讨论它有实际意义。因为在距波源足够远处，呈球面的的波阵面上的一小部分就可以近似看作平面，在此小平面内的波就可以作为均匀平面波来分析。》均匀平面电磁波是研究电磁波的基础。因

3、为均匀平面电磁波是麦氏方程最简单的解和许多实际波动问题的近似。§6.1无耗媒质中的平面电磁波一、无耗媒质中齐次波动方程的均匀平面波解一般情况下，沿+z方向的均匀平面波解（σ=0，ε、μ为实常数，ρ=0，J=0）表明：》电场强度、磁场强度与传播方向垂直，没有传播方向上的分量。》无耗媒质中的平面电磁波是一种TEM波。（TransverseElectromagneticWave)》TEM波：对传播方向而言，电磁场只有横向分量，没有纵向分量。其电场强度、磁场强度、传播方向构成右手正交系。正弦电磁波方程：正弦电磁场，沿+z方

4、向的均匀平面波解（复数形式）分析：假定平面波的传播方向为z向，等相位面为X-Y平面,电场为X轴方向，且它仅为z的函数，则电场和磁场可表示为：正弦均匀平面波方程：方程的通解：方程的实际解：(由于无界媒质中不存在反射波)右边第一项表示沿+z方向传播右边第二项表示沿-z方向传播波阻抗二、均匀平面波的传播特性由于：可得：振幅时间相位空间相位初相相位，代表场的波动状态无耗媒质中，均匀平面波的主要参数：1、相位：代表场的波动状态2、周期、频率、波长：3、波数：单位长度内所具有的全波数目的2π倍也称为相位常数，即波行进单位距离时

5、的相位变化振幅时间相位空间相位初相高中物理简谐波u为波速4、媒质本征阻抗（波阻抗）从公式知：均匀平面电磁波中电场幅度和磁场幅度之比为定值。定义电场幅度与磁场幅度比为媒质本征波阻抗特殊的：真空（空气）的本征波阻抗为：结论：在自由空间中（真空或空气）传播的电磁波，电场幅度与磁场幅度之比为377Ω5、相速：等相位面行进的速度如图示电磁波沿+z方向传播，从波形上可以认为是整个波形随着时间变化向+z方向平移相位：令：两边对时间t取导数，得：关于波的相速的说明：电磁波传播的相位速度仅与媒质特性相关真空中电磁波相速：6、复坡印廷

6、矢量：7、平均坡印廷矢量：表明：与传播方向垂直的所有平面上，平均功率密度相同，即在传播过程中无衰减。因此理想媒质中均匀平面电磁波是等振幅波。8、电场能量密度和磁场能量密度的瞬时值：表明：任一时刻电场能量密度和磁场能量密度相等，各为总电磁能量一半。9、电磁能量平均值：10、能量传播速度：表明：均匀平面电磁波的能量传播速度等于相速。总结：无界理想媒质中均匀平面波的传播特性电场与磁场的振幅相差一个因子η电场和磁场在空间相互垂直且都垂直于传播方向。E、H、z满足右手螺旋关系（TEM波）电场、磁场相位变化相同电场、磁场的振幅

7、不随传播距离增加而改变例6-1已知无界理想媒质(ε=9ε0,μ=μ0，σ=0)中正弦均匀平面电磁波的频率f=108Hz，电场强度试求：(1)均匀平面电磁波的相速度vp、波长λ、相移常数k和波阻抗η；(2)电场强度和磁场强度的瞬时值表达式；(3)与电磁波传播方向垂直的单位面积上通过的平均功率。解：(1)(2)（3）复坡印廷矢量：坡印延矢量的时间平均值：与电磁波传播方向垂直的单位面积上通过的平均功率：例设自由空间中均匀平面波的电场为求：1）传播速度和波长；2）波的频率；3）磁场强度；4）平均坡印廷矢量解：1)自由空

8、间中，波以光速传播波长为2）波的频率为3）磁场强度为4）平均坡印廷矢量例频率为100MHz的正弦均匀平面波在各向同性的均匀理想介质中沿+z方向传播，介质的特性参数为εr=4，μr=1，σ=0。设电场沿x方向，即已知：当t=0，z=1/8m时，电场等于其振幅10－4V/m。试求：1）波的传播速度、波长、波数；2）电场和磁场的瞬时表达式；3）坡印廷矢量和平均坡印