工程电磁场课件6

《工程电磁场课件6》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程电磁场课件6（53页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播第6章 平面电磁波的传播Plane Wave Propagation序电磁波动方程及均匀平面波理想介质中的均匀平面波导电媒质中的均匀平面波平面波的极化平面波的反射与折射平面电磁波的正入射、驻波下 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播图6.0.1 沿 x 方向传播的一组均匀平面波Introduction6.0 序电磁波：脱离场源后在空间传播的电磁场。平面电磁波：等相位面为平面的电磁波。 均匀平面电磁波 ：等相位面是平面，等相位面上任一点的 E相同、H相同的电磁波 。 若电磁波沿 x 轴方向传播 H=H( x, t )，E=E (

2、x , t)。 下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播图 6.0 平面电磁波知识结构电磁场基本方程组电磁波动方程均匀平面电磁波的传播特性平面电磁波的斜入射平面电磁波的正入射驻波正弦电磁波的传播特性导电媒质中均匀平面波理想介质中均匀平面波下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播本本 章章 要要 求求掌握均匀平面电磁波在理想介质和导电媒质中的传播特性及基本规律。了解均匀平面电磁波在工程中的应用。掌握均匀平面电磁波斜入射时的传播特性，重点掌握均匀平面电磁波正入射时的传播特性。下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播6.1

3、 电磁波动方程及均匀平面波6.1.1 电磁波动方程（ Electromagnetic Wave Equation） 设媒质均匀,线性,各向同性22)(ttHHHH2 tHEH)(tEE1）0222ttHHHElectromagnetic Wave Equation and Uniform Plane Wave0 B下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播222)(ttEEEE2）)(tHEtEEH0 D下 页上 页返 回0222ttHHH电磁波动方程0222ttEEE电磁波动方程第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播 即0,0zy0tEExx（1）tEExH

4、yyz（2）tEExHzzy（3）6.1.2 均匀平面波（Uniform Plane Wave）由 Maxwell 方程推导0tHx（4）tHxEyz（5）tHxEzy（6）均匀平面波条件：),(),(txtxHHEE1tHEtEEH下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播式 (1)0tEExx解得txEE0e由于 , 所以 1)(1tDEx)( 01tCxxx01 Cx（无恒定场存在）)( 01tDxxx0 H式 (4)0tHx 0 E 沿波传播方向上无场的分量，称之为 TEM 波。下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播tEExHyyz（

5、2）tEExHzzy（3）tHxEyz（5）tHxEzy（6） 旋转坐标轴，使 Ez=0 , Hy=0 , 下 页上 页返 回图6.1.1 坐标轴的旋转第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播tEExHyyz（2）02222tHtHxHzzz02222tEtExEyyytHxEzy（6）式(2) 对x求偏导，式(6) 对t求偏导，整理得到同理这就是均匀平面波的波动方程。下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播6.2.1 波动方程的解及其传播特性 (Solutions and Propagation Characteristic )通解)()(),(vxtEvx

6、tEtxEyyy)()(),(vxtHvxtHtxHzzz22222221tEvtExEyyy222221tHvxHzz及波动方程6.2 理想介质中的均匀平面波Uniform Plane Wave in Perfect Dielectric下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播zyzyoHEHEZ（ ）传播特性（单一频率）电磁波的相速 ，真空中1v m/s1038 Cv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。下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播入射波能量密度2222)()()(21)(21ZyZy

7、HEHEw反射波能量密度2222)()()(21)(21ZyZyHEHEw入射波功率流密度xxzxzyvwHHEeeeHES2)(反射波功率流密度xxzxzyvwHHEeeeHES2)(下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播6.2.2 正弦稳态电磁波 (Sinusoidal Electromagnetic Wave)zzyyyHkxHEkExE2222222dd ,)j (dd式中 传播常数 ( propagation constant)，jjk2波数、相位常数 ( phase constant) rad/m ， 式中 是待定复常数。jje,eEEEExxzHHHj

8、jeexxyEEE j jee通解下 页上 页返 回)ee(1jj0 xxEEZ第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播cvxt)(图6.2.1 理想介质中正弦均匀平面波沿 x 方向的传播传播特点相速是等相位面前进的速度E 、H 、S 在空间相互正交； H ,E 时间相位相同，波阻抗为实数；场量的幅值与 x , f 无关，称为等幅波； 下 页上 页返 回vtxvddpvcvtx第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播例 6.2.1 自由空间中)(2106cos(1086yxzteeB试求：a. 及传播方向；b. E 和 S。 , v , f解：a. 波沿 z 轴方向传播;rad

9、/m2m12z8H1032fm/s1038v b.)(e1012 j060yxzeeBH 3770 xyyxHEHEZ图6.2.1 计算 Z0下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播zxxxyBvBHZE2j0000e300zyyxBvHZE2j0e300V/m)( 2106cos(3008yxzteeE)()(yxyxH EeeeeHES282W/m)2106(cos4 .477zzte)(e1012 j060yxzeeBH下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播6.3 导电媒质中的均匀平面波导电媒质中的波动方程为zzyyyHkxHEkEx

10、E222,2222dd )j (dd)j()j ( 22k2)j ()j1 ( 复介电常数式中Uniform Plane Wave in Conductive Mediumjk 传播常数 衰减常数下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播xkyxkyyEEEeexxyxxyEEjjeeeexxzxxzzHHHjjeeee当 ，称为良导体，j)1 (1j)1 (2j ,j2dkkd12与理想介质中波动方程解的形式相同振幅呈指数衰减,电磁波是减幅波。下 页上 页返 回j ，忽略位移电流。第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播良导体中波的传播特性：45j0Z理想介质

11、与良导体中均匀平面波传播特性的比较。图6.3.1 导电媒质中正弦均匀平面波沿 x 方向的传播 有关，是色散波。波速与（dispersive wave）E , H 为减幅波（集肤效应) ；波阻抗为复数, 超前 E45 H2v下 页上 页返 回第第 六六 章章平面电磁波的传播平面电磁波的传播图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（Linear Polarization)特点：Ey 和 Ez 同相或反相。合成后22zyEEE常数mmtanyzyzEEEE)cos(, )cos(mmtEEtEEzzyyPlane Wave