平面电磁波的传播.ppt

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1、第6章平面电磁波的传播第6章平面电磁波的传播·电磁波：变化的电磁场脱离场源后在空间的传播。·平面电磁波：等相位面为平面构成的电磁波。·均匀平面电磁波：等相位面上E、H处处相等的电磁波。若电磁波沿x轴方向传播,则H=H(x,t),E=E(x,t)。·平面电磁波知识结构框图。图6.0.1x方向传播的一组均匀平面波6.1电磁波动方程及均匀平面波6.1.1电磁波动方程·媒质均匀,线性,各向同性。若不考虑位移电流，就是MQS场中的扩散方程。从电磁场基本方程组推导电磁波动方程讨论前提：·脱离激励源；1）2）6.1.2均匀平面波均匀平面波条件：结论·Ex=Hx=0（时变场），沿波传播方向上无场的分量，称为T

2、EM波。（4）（5）（6）即（1）（2）（3）由得由得由由·选择坐标轴，令Ez=0,则Hy=0,从式(2)、（6）导出一维标量波动方程6.2理想介质中的均匀平面波6.2.1波动方程的解及其传播特性方程的解·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。传播特性·（单一频率）电磁波的相速，真空中m/s(欧姆)及方程6.2.2正弦稳态电磁波式中——传播常数，——波数、相位常数（），——波长（m）。式中是待定复常数，由边界条件确定。·E、H、S在空间相互正交，波阻抗为实数；·相位速度的证明：相速是等相位面前进的速度·场量的幅值与无关，是等幅波；·反映弧度中波长

3、的个数，又称波数；图6.2.2理想介质中正弦均匀平面波沿x方向的传播其解例6.2.1巳知自由空间中试求：a.及传播方向；b.E的表达式；c.S的表达式；d.若在平面上放置一半径为R的圆环，P为多少?解：a.波沿+Z轴方向传播;rad/m，HZ，m/sb.V/mc.d.图6.2.3计算波阻抗及功率6.3导电媒质中的均匀平面波正弦电磁波的波动方程复数形式为——复介电常数式中用分别替换理想介质中的k和，当，称为良导体，良导体中波的传播特性：·E,H为减幅波（集肤效应）；图6.3.1导电媒质中正弦均匀平面波沿x方向的传播·波阻抗为复数,超前·理想介质与良导体中均匀平面波传播特性的比较。电磁波是色散波,

4、与有关。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直线极化特点：和同相或反相。合成后6.4.2圆极化特点：和振幅相同，相位差90°。超前为右旋。合成后图6.4.2圆极化的平面波滞后为左旋。6.4.3椭圆极化特点：和的振幅不同，相位不同。合成后可以证明，椭圆的长轴与轴的夹角为椭圆极化与圆极化类同，分右旋极化和左旋极化。·当时，椭圆极化→圆极化。·当时，椭圆极化→直线极化。若E的变化轨迹在轴上，称为轴取向的线极化波。若E的变化轨迹在轴上，称为轴取向的线极化波。图6.4.3椭圆极化的平面波图6.4.4椭圆、圆与直线极化的关系6.5平面波的

5、反射与折射本节从电磁现象的普遍规律出发，讨论均匀平面波以任意角度入射到无限大平面分界面时出现的反射与折射情况。图6.5.1平面波的斜入射图6.5.2垂直极化波的斜入射垂直极化波——E与入射面垂直；入射面——与n所在的平面；平行极化波——E与入射面平行；图6.5.3平行极化波的斜入射6.5.1理想介质中垂直极化波的斜入射媒质1：媒质2：1.在z=0平面上,E1t=E2t,有等式对任意x成立,必有用代入上式,得可见反射角=入射角——反射定律；——折射定律，斯耐尔定律。图6.5.4局部坐标2.在z=0平面上,E1t=E2t,H1t=H2t,有联立求解两式,得到菲涅尔公式反射系数折射系数若为正入射,则

6、和6.5.2理想介质中平行极化波的斜入射1.在z=0平面上,E1t=E2t,同上分析,有反射定律折射定律2.在z=0平面上,E1t=E2t,H1t=H2t,有联立解后,得到平行极化波的菲涅尔公式反射系数折射系数若为正入射,则和6.5.3理想介质中的全反射和全折射1.全反射根据折射定律全反射条件：（电磁波从光密媒质到光疏媒质），全反射时，折射波在分界面表面（区域2）沿着x方向传播，沿x方向传播的电磁波又称为分界面上的表面波。如介质波导就是一种表面波传播系统。当即时的反射现象称为全反射。入射角=临界入射角此时仍为全反射，折射波一方面在分界面表面沿x方向传播，另一方面沿z轴方向按指数形式衰减。例6.

7、5.1一介质棒的介电常数,电磁波从棒的一端以任意角度入射,临界入射角当，即时，发生全反射即解得介质棒内的电磁波以大于的角度投射到介质与空气分界面并发生全反射时，可使电磁波沿介质棒轴向传播，称为介质波导，如光纤。电磁波只在棒内传播,直到另一端射出,求该棒的相对介电常数的取值范围。解：由及折射定理全反射条件图6.5.5介质波导2．全折射当反射系数时，发生全折射（即无反射波）。折射定律b.解得——布儒斯