平面電磁波的傳播.ppt

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1、第6章平面電磁波的傳播第6章平面電磁波的傳播·電磁波：變化的電磁場脫離場源后在空間的傳播。·平面電磁波：等相位面為平面構(gòu)成的電磁波?！ぞ鶆蚱矫骐姶挪ǎ旱认辔幻嫔螮、H處處相等的電磁波。若電磁波沿x軸方向傳播,則H=H(x,t),E=E(x,t)?！て矫骐姶挪ㄖR結(jié)構(gòu)框圖。圖6.0.1x方向傳播的一組均勻平面波6.1電磁波動方程及均勻平面波6.1.1電磁波動方程·媒質(zhì)均勻,線性,各向同性。若不考慮位移電流，就是MQS場中的擴散方程。從電磁場基本方程組推導電磁波動方程討論前提：·脫離激勵源；1）2）6.1.2均勻平面波均勻平面波條件：結(jié)論·Ex=Hx=0（時變場），沿波傳播方向上無場的分量，稱為T

2、EM波。（4）（5）（6）即（1）（2）（3）由得由得由由·選擇坐標軸，令Ez=0,則Hy=0,從式(2)、（6）導出一維標量波動方程6.2理想介質(zhì)中的均勻平面波6.2.1波動方程的解及其傳播特性方程的解·波阻抗——入射（反射）電場與入射（反射）磁場的比值·能量的傳播方向與波的傳播方向一致。傳播特性·（單一頻率）電磁波的相速，真空中m/s(歐姆)及方程6.2.2正弦穩(wěn)態(tài)電磁波式中——傳播常數(shù)，——波數(shù)、相位常數(shù)（），——波長（m）。式中是待定復常數(shù)，由邊界條件確定?！、H、S在空間相互正交，波阻抗為實數(shù)；·相位速度的證明：相速是等相位面前進的速度·場量的幅值與無關(guān)，是等幅波；·反映弧度中波長

3、的個數(shù)，又稱波數(shù)；圖6.2.2理想介質(zhì)中正弦均勻平面波沿x方向的傳播其解例6.2.1巳知自由空間中試求：a.及傳播方向；b.E的表達式；c.S的表達式；d.若在平面上放置一半徑為R的圓環(huán)，P為多少?解：a.波沿+Z軸方向傳播;rad/m，HZ，m/sb.V/mc.d.圖6.2.3計算波阻抗及功率6.3導電媒質(zhì)中的均勻平面波正弦電磁波的波動方程復數(shù)形式為——復介電常數(shù)式中用分別替換理想介質(zhì)中的k和，當，稱為良導體，良導體中波的傳播特性：·E,H為減幅波（集膚效應(yīng)）；圖6.3.1導電媒質(zhì)中正弦均勻平面波沿x方向的傳播·波阻抗為復數(shù),超前·理想介質(zhì)與良導體中均勻平面波傳播特性的比較。電磁波是色散波,

4、與有關(guān)。圖6.4.1直線極化的平面波6.4平面波的極化波的極化——電場強度E矢量末端隨時間變化的軌跡。6.4.1直線極化特點：和同相或反相。合成后6.4.2圓極化特點：和振幅相同，相位差90°。超前為右旋。合成后圖6.4.2圓極化的平面波滯后為左旋。6.4.3橢圓極化特點：和的振幅不同，相位不同。合成后可以證明，橢圓的長軸與軸的夾角為橢圓極化與圓極化類同，分右旋極化和左旋極化?！ぎ敃r，橢圓極化→圓極化。·當時，橢圓極化→直線極化。若E的變化軌跡在軸上，稱為軸取向的線極化波。若E的變化軌跡在軸上，稱為軸取向的線極化波。圖6.4.3橢圓極化的平面波圖6.4.4橢圓、圓與直線極化的關(guān)系6.5平面波的

5、反射與折射本節(jié)從電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律出發(fā)，討論均勻平面波以任意角度入射到無限大平面分界面時出現(xiàn)的反射與折射情況。圖6.5.1平面波的斜入射圖6.5.2垂直極化波的斜入射垂直極化波——E與入射面垂直；入射面——與n所在的平面；平行極化波——E與入射面平行；圖6.5.3平行極化波的斜入射6.5.1理想介質(zhì)中垂直極化波的斜入射媒質(zhì)1：媒質(zhì)2：1.在z=0平面上,E1t=E2t,有等式對任意x成立,必有用代入上式,得可見反射角=入射角——反射定律；——折射定律，斯耐爾定律。圖6.5.4局部坐標2.在z=0平面上,E1t=E2t,H1t=H2t,有聯(lián)立求解兩式,得到菲涅爾公式反射系數(shù)折射系數(shù)若為正入射,則

6、和6.5.2理想介質(zhì)中平行極化波的斜入射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,有聯(lián)立解后,得到平行極化波的菲涅爾公式反射系數(shù)折射系數(shù)若為正入射,則和6.5.3理想介質(zhì)中的全反射和全折射1.全反射根據(jù)折射定律全反射條件：（電磁波從光密媒質(zhì)到光疏媒質(zhì)），全反射時，折射波在分界面表面（區(qū)域2）沿著x方向傳播，沿x方向傳播的電磁波又稱為分界面上的表面波。如介質(zhì)波導就是一種表面波傳播系統(tǒng)。當即時的反射現(xiàn)象稱為全反射。入射角=臨界入射角此時仍為全反射，折射波一方面在分界面表面沿x方向傳播，另一方面沿z軸方向按指數(shù)形式衰減。例6.

7、5.1一介質(zhì)棒的介電常數(shù),電磁波從棒的一端以任意角度入射,臨界入射角當，即時，發(fā)生全反射即解得介質(zhì)棒內(nèi)的電磁波以大于的角度投射到介質(zhì)與空氣分界面并發(fā)生全反射時，可使電磁波沿介質(zhì)棒軸向傳播，稱為介質(zhì)波導，如光纖。電磁波只在棒內(nèi)傳播,直到另一端射出,求該棒的相對介電常數(shù)的取值范圍。解：由及折射定理全反射條件圖6.5.5介質(zhì)波導2．全折射當反射系數(shù)時，發(fā)生全折射（即無反射波）。折射定律b.解得——布儒斯