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1、第五章均勻平面電磁波的傳播微波通信教研室王培章電磁場理論課程第二部分解放軍理工大學通信工程學院7/30/20211第五章均勻平面電磁波一、教學內容及時間安排1、理想介質中的均勻平面波2、理想介質中的波動方程3、理想介質中均勻平面電磁波的解4、理想介質中均勻平面波的傳播特性5、沿任意方向傳播的均勻平面波二、教學目的及要求通過這部分內容的教學，使學員1、掌握均勻平面電磁波在各向同性媒質中的基本傳播特性2、掌握在媒質分界面上的反射和折射規(guī)律；3、理解電磁波的相速、群速度、趨膚深度、表面電阻等概念7/30/20212平面波的反射與折射平面波垂直入射平面波斜入
2、射垂直入射理想導體垂直入射理想介質入射波電磁場反射波電磁場合成波電磁場導體表面感應電流駐波的分布形態(tài)反射波電磁場入射波電磁場折射波電磁場反射系數(shù)R折射系數(shù)T入射波和折射波玻印亭矢量的關系平行極化平面波斜入射垂直極化平面波斜入射斜入射理想導體表面斜入射理想介質表面任意方向的平面波表達式折射波電磁場反射波電磁場入射波電磁場反射波電磁場入射波電磁場合成波電磁場反射定理折射定理菲尼爾公式行波及其特征駐波及其特征全反射與臨界角全折射與布儒斯特角波數(shù)、波長相速度7/30/20213引言麥克斯韋方程組電磁波7/30/20214等相位面（波陣面）為平面、等相位面上場
3、強的大小、方向均相同的電磁波。均勻平面電磁波簡單便于分析分析復雜電磁波的基礎工程應用背景引言7/30/20215電波圖例：研究均勻平面波的現(xiàn)實意義7/30/202165.1理想介質中的均勻平面波理想介質完純介質無耗媒質非導電媒質?和?為實常數(shù)?=0的媒質7/30/20217本節(jié)內容一、均勻平面波的電磁場二、均勻平面波的傳播特性麥克斯韋方程組電磁場波動方程電磁場解傳播特性電磁場解5.1理想介質中的均勻平面波7/30/20218第五章均勻平面電磁波的傳播均勻平面電磁波：等相位面是平面，等相位面上場強的振幅處處相等的電磁波。本章的研究條件：1、研究的空間沒
4、有波源（或遠離波源），無反射體的無限大媒質空間；2、空間充滿均勻、線性、各向同性媒質；3、電磁場各分量都隨時間作簡諧變化。7/30/20219在理想介質中，既沒有電荷，也沒有電流，所以理想介質中的電磁場滿足無源的麥克斯韋方程組。無源無耗媒質中電磁場滿足麥克斯韋方程：一、理想介質中的波動方程7/30/202110這就是理想介質中，電場強度所滿足的波動方程?？梢缘玫嚼硐虢橘|中磁場強度所滿足的波動方程理想介質中的波動方程：一、理想介質中的波動方程7/30/202111復數(shù)形式的波動方程（矢量亥姆霍茲方程）：k稱為相位常數(shù)（波數(shù)、相移常數(shù)）一、理想介質中的波
5、動方程7/30/202112二、理想介質中均勻平面電磁波波動方程的解在直角坐標系中，矢量亥姆霍茲方程可分解為三個標量亥姆霍茲方程：7/30/202113電場和磁場各分量的復數(shù)形式只是坐標變量z的函數(shù)。假設電磁波沿+z方向傳播，等相位面平行于xoy平面,電場和磁場在xoy平面上均勻。二、理想介質中均勻平面電磁波波動方程的解7/30/202114特殊問題對應的六個方程:二、理想介質中均勻平面電磁波波動方程的解7/30/202115二、理想介質中均勻平面電磁波波動方程的解7/30/202116將麥克斯韋第一、第二方程在直角坐標系中展開并代入上述關系，得到：
6、電場和磁場的各分量只是z的函數(shù)。二、理想介質中均勻平面電磁波波動方程的解7/30/202117將上述兩組方程中的每一式兩邊對z再求一次偏導數(shù)，各式相互進行代換，得到：均勻平面波在傳播方向上的電磁場分量為0，所以，均勻平面波是橫電磁波（TEM波）。二、理想介質中電磁波波動方程的解7/30/202118上述四個常微分方程在形式上相同，所以，有相同形式的解：表示向+z方向傳播的正弦波；表示向-z方向傳播的正弦波。物理意義？二、理想介質中電磁波波動方程的解7/30/202119理想介質中的均勻平面波是無衰減的行波二、理想介質中電磁波波動方程的解7/30/20
7、2120由于討論的前提是假設電磁波沿+z方向傳播，而討論的是無限大空間，沒有反射體存在，所以項不存在。?。核矔r值（以電場的x分量為例）：二、理想介質中電磁波波動方程的解7/30/202121三、理想介質中均勻平面波的傳播特性1、沿+z方向傳播的均勻平面波電場和磁場之間的關系：稱為媒質的波阻抗沿任意方向傳播的均勻平面波電磁場之間的關系式：7/30/2021221、均勻平面波電場和磁場之間的關系媒質的波阻抗（?）三、理想介質中均勻平面波的傳播特性7/30/202123均勻平面波的電場和磁場相互垂直，同時電磁場均與傳播方向垂直，之間滿足右手螺旋關系。三、理
8、想介質中均勻平面波的傳播特性7/30/202124z傳播過程中，空間任一點上電場和磁場相位相同，電磁場的振幅
