電磁場與電磁波 平面電磁波

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1、第7章平面電磁波電磁場與電磁波§7.1無耗媒質(zhì)中的平面電磁波　§7.2導(dǎo)電媒質(zhì)中的平面電磁波　韓宇南§7.3電磁波的極化　Email:hanyn@mail.buct.edu.cn教材：§7.4媒質(zhì)中電磁場的性質(zhì)謝處方、饒克謹，電磁場與電磁波（第四版），北京：高等教育出版社§7.5損耗角正切與媒質(zhì)分類參考書：焦其祥，電磁場與電磁波，北京：科學(xué)出版社§7.6良介質(zhì)中的平面波嚴(yán)琪琪、趙麗珍，電磁場與電磁波全程導(dǎo)學(xué)及習(xí)題全解，中國時代經(jīng)濟出版社JohnD.Kraus,DanielA.Fleisch.ElectromagneticswithApplication.§7.7良導(dǎo)體中的平面波Bei

2、jing:TsinghuaUniversityPress.§7.8趨膚深度和表面電阻嚴(yán)肅認真、周到細致、穩(wěn)妥可靠、萬無一失§7.9電磁波極化特性的工程應(yīng)用JJGJG§7.1無耗媒質(zhì)中的平面電磁波§JJG?2HJG?2E2?2E?=με0?H?=με02無耗媒質(zhì)意味著描述媒質(zhì)電磁特性的電磁參數(shù)滿足如下條件：?t2?tσ=0,ε、μ為實常數(shù)。無源意味著無外加場源，即ρ=0，J=0。反映了交變電磁場的相互關(guān)系及與源的關(guān)系，揭示電磁場運動規(guī)律。JG無耗媒質(zhì)中齊次波動方程的均勻平面波解JG1?2EJJG?2E?=0JJGJGJG??HJJGvt22?υ=1/με?E?×?×E=?×()?=μμ

3、??×HJJG式中?×H=ε??ttJGJJG1?2H?tJJG?E?2H?=0c=1/μεJG00JG?B?×H=εvt22??×E=??tJG22?tJGJGJG?2E21?Ex21?Ey?×?×EEE=???()??2=?με?E?=0?E?=0JG2xυ22?tyυ22?t??=B0JGJG?tJGJG?2E2??D=0??2Eμε=0??D=0?2E?=1?Ez0?t2z22υ?t???222EEEf(t-z/v)2xxx?=++Ex222???xyz一維電磁波，設(shè)電場僅為z的函數(shù)：22??EE1f(t-z/v)xx?=0222??ztυ此方程的通解為zzEztft(,)=

4、?++()ft()xυυ圖7-1向+z方向傳播的波1無界媒質(zhì)中，一般沒有反射波存在，只有單一行進方向的波。均勻平面波假設(shè)平面波沿+z方向傳播，只有Ex(z,t)分量，方程式的解平面電磁波：等相位面Eztftzv(,)=?(/)為平面的電磁波。x均勻平面電磁波：等相由麥克斯韋方程式為什么是By?位面上電場和磁場處處xeee相同的電磁波。xyz若均勻平面波沿z軸傳JG????E?B?×E==x=?y播，且電場指向x方向：z?????xyzztKKyE=eEzxx()Eztx(,)00圖7-2均勻平面電磁波的傳播§7.2均勻平面波的傳播特性§EE00j()ωωtkz??j()tkzHee=

5、=JGGJJGGyμεη/EeE=xxH=eHyyTEM波η具有阻抗的量綱，單位為歐姆(Ω)，與媒質(zhì)參數(shù)有關(guān)，稱為媒??22EE1?2Ek2=ω2μεxxx2質(zhì)的波阻抗(或本征阻抗)。真空中的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率為222?=02+kEx=01??97??ztυ?z亥姆霍茲方程εμ=×10F/,mH=×4π10/m0036π?jkz'jkzEEx=+00eEe入射波和反射波的形式μ0η==120π≈377?0jtk()'ωω?+zjtk()zεEE=+eEe0x00EE=cos(ωtk?z)x0jtk()ω?z自由空間：EE=ex0電磁場瞬時值：E?E?H0xjtk()ω?zyH=?cos

6、(ωtkz)=?jkEe=?μ=?jωμHy0yη??zt時刻t和空間z點的電場為電場與磁場的關(guān)系KKEztEx(),c=?0os(ωtkz)E(zt,c)=?eExx0os(ωtkz+?)KK1H()zt,c=?eyxE0os()ωtkz+?η?電場強度、磁場強度和傳播方向相互垂直，且lKlKKEHe×=z?電場強度和磁場強度的振幅比KKEH=η?電場和磁場同步（相位一致）可見，表示沿+z方向傳播的波。圖7-3理想介質(zhì)中均勻平面電磁波的電場和磁場空間分布2正弦均勻平面電磁波的等相位面方程為時間相位ωt變化2π所經(jīng)歷的時間稱為周期，以T表示。一秒內(nèi)變化的次數(shù)為頻率，以f表示。由ωT=

7、2π得ωt?kz=const（常數(shù)）.dzω11ω相速度：υp===均勻介質(zhì)中，傳播速度為f==υ=λfdtkμε常數(shù)，非色散波。T2πpcm=≈1/με310×8/s復(fù)坡印廷矢量為:00dωJGJ11GJJGGGE*2GE群速度：υg=SEHe=×=*Eeeee?jkz×00jkz=dkxyz022η2η空間相位kz變化2π所經(jīng)過的距離稱為波長，以λ表示。有2kλ=2π，k為相移常數(shù)：E02π2πSSav==Re[]ezλ=k=2ηkλ例7-1已知無界理