均勻平面電磁波的傳播ppt課件.ppt

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1、電磁場理論基礎(chǔ)微波通信教研室丁衛(wèi)平副教授理工大學(xué)通信工程學(xué)院衛(wèi)星通信系第5章無界空間中的均勻平面波《電磁場理論基礎(chǔ)》引言麥克斯韋方程組電磁波等相位面（波陣面）為平面、等相位面上場強的大小、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(fù)雜電磁波的基礎(chǔ)工程應(yīng)用背景引言引言本章的研究條件：1、研究的空間沒有波源（或遠離波源），無反射體的無限大媒質(zhì)空間；2、空間充滿均勻、線性、各向同性媒質(zhì)；3、電磁場各分量都隨時間作簡諧變化。引言無源、無耗、無反射、簡諧變化5.1無耗媒質(zhì)中的均勻平面波無耗媒質(zhì)理想介質(zhì)完純介質(zhì)非導(dǎo)電媒質(zhì)?和?為實常數(shù)?=0的媒質(zhì)本節(jié)內(nèi)容三、均勻平面波的傳播特性一、理想介質(zhì)中的

2、波動方程二、波動方程的解無源無耗媒質(zhì)中電磁場滿足麥克斯韋方程：一、理想介質(zhì)中的波動方程理想介質(zhì)中的波動方程：復(fù)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)）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：電場和磁場各分量的復(fù)數(shù)形式只是坐標變量z的函數(shù)。假設(shè)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、波動方程的解均勻平面波在傳播方向上的電磁場分量為0。均勻平面波是橫電磁波（TEM波）。TransverseElectro-Magneticwave無源、無耗、復(fù)數(shù)形式的麥克斯韋方程組：表示向+z方向傳播的正弦波物理意義？

3、表示向-z方向傳播的正弦波三、均勻平面波的傳播特性1、均勻平面波電場和磁場之間的關(guān)系媒質(zhì)的波阻抗（?）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(guān)系。三、均勻平面波的傳播特性（續(xù)）傳播過程中，空間任一點上電場和磁場相位相同，電磁場的振幅之比為η。三、均勻平面波的傳播特性（續(xù)）三、均勻平面波的傳播特性（續(xù)）傳播過程中，空間任一點上電場和磁場相位相同，電磁場的振幅之比為η。2、相速：電磁波等相位面移動的速度等相位面：相速：在真空中：∴電磁波以光速傳播。三、均勻平面波的傳播特性（續(xù)）3、能速：電磁波能量流動的速度表示單位時間內(nèi)的平均功率流密度；表示電磁能平均密度

4、。在理想介質(zhì)中：三、均勻平面波的傳播特性（續(xù)）4、波長：波數(shù)對于某確定的時刻t，在場量分布的正弦曲線上，兩個相鄰等相位點之間的距離。三、均勻平面波的傳播特性（續(xù)）討論一種簡單情況：說明：（1）電磁能量的流動方向為方向；（2）盡管的大小隨時間變化，但功率傳播的方向始終不變。平均坡印亭矢量的復(fù)數(shù)形式中沒有虛部，即在傳播方向上沒有來回震蕩的電磁波功率。所以，均勻平面波在理想介質(zhì)中為行波。行波：能量始終沿一個確定方向傳播，從不改變其方向的波。復(fù)數(shù)坡印亭矢量：例題：已知在自由空間傳播的電磁波電場強度為試問：1、該波是不是均勻平面電磁波？2、求該波的頻率、波長、相速度；3、求磁場強度；4、指出波的傳播

5、方向。5.2沿任意方向傳播的均勻平面波沿+z方向傳播的均勻平面波，其電磁場的一般表示式為：用矢徑表示：沿任意方向傳播的均勻平面波，其電磁場的一般表示式為：波矢量：5.3平面電磁波的極化電磁波的極化：均勻平面波傳播過程中，在某一波陣面上，電場強度矢量（或磁場強度矢量）的振動狀態(tài)（包括大小和方向）隨時間的變化方式。偏振兩個同頻率等相速互相正交的電場（磁場）強度，在空間任一點合成矢量的大小和方向隨時間變化的方式。極化形式有三種：線極化、圓極化、橢圓極化圓極化和橢圓極化：左旋、右旋沿+z方向傳播的均勻平面波，在一般情況下，電場強度有兩個分量：利用余弦展開式：將Ex看成x、Ey看成y，得到曲線方程：

6、根據(jù)曲線軌跡的不同，均勻平面波的極化狀態(tài)分為以下三種情況：一、直線極化（1）當(dāng)時，軌跡方程蛻化為：（2）當(dāng)時，軌跡方程蛻化為：（3）當(dāng)Ey=0時，只有Ex，稱為x方向的線極化波（水平極化波）（4）當(dāng)Ex=0時，只有Ey，稱為y方向的線極化波（垂直極化波）二、圓極化當(dāng)，而且E1=E2，軌跡方程蛻化為：（1）當(dāng)時，為左旋圓極化波（2）當(dāng)時，為右旋圓極化波三、橢圓極化橢圓極化是最一般的極化形式，線極化和圓極化是橢圓極化的特例。（1）當(dāng)時，為左旋橢圓極化波（2）當(dāng)時，為右旋橢圓極化波一個線極化波可以分解為兩個振幅相等、旋向相反的圓極化波；兩個線極化波可以合成為圓極化波或橢圓極化波，任意一個橢圓或圓

7、極化波可以分解為兩個線極化波；一個橢圓極化波可以分解為兩個旋向相反但振幅不等的圓極化波。幾個結(jié)論證明：一個直線極化波可以分解為兩個振幅相等、旋向相反的圓極化波。例題5.4媒質(zhì)的分類媒質(zhì)是一種具有一定結(jié)構(gòu)，宏觀上呈中性但微觀上又帶電的體系。在電磁場中通過它的微觀帶電粒子與場的相互作用表現(xiàn)出它的特性。介電常數(shù)?反映媒質(zhì)的極化特性；電導(dǎo)率?反映媒質(zhì)的導(dǎo)電性能及電磁能量的損耗；磁導(dǎo)率?反映媒質(zhì)的磁化性能。一、媒質(zhì)的分類傳導(dǎo)電流密