电磁波动方程,6.2理想介质中的波.ppt

电磁波与工程应用,当今世界，电子信息系统，不论是通信、雷达、广播、电视，还是导航、遥控遥测，都是通过电磁波传递信息来进行工作的。因此以宏观电磁理论为基础，电磁信息的传输和转换为核心的电磁场与电磁波工程技术将充分发挥其重要作用。下面以无线电通信系统为例来说明。,发射机末级回路产生的高频振荡电流经过馈线送到发射天线，通过发射天线将其转换成电磁波辐射出去；到了接收端，电磁波在接收天线上感生高频振荡电流，再经馈线将高频振荡电流送到接收机输入回路，这就完成了信息的传递。在这个过程中，经历了电磁波的传输、发射、传播、接收等过程。传输导行电磁波 发射和接收天线 传播入射、反射、透射、绕射,第六章 平面电磁波的传播,6.1 电磁波动方程与平面电磁波,6.2 理想介质中的均匀平面电磁波,6.3 导电媒质中的均匀平面电磁波,6.4 平面电磁波的极化,6.5 平面电磁波在平面分界面的垂直入射,第六章 平面电磁波的传播,电磁波：变化的电磁场脱离场源后在空间的传播。,平面电磁波：等相位面为平面构成的电磁波。,均匀平面电磁波：等相位面上E、H 处处相等的电磁波。若电磁波沿 x 轴方向传播,则H=H(x,t),E=E(x,t)。,平面电磁波知识结构框图。,图6.0.1 x方向传播的一组均匀平面波,6.1 电磁波动方程与平面电磁波,媒质 均匀,线性,各向同性。,讨论前提：,脱离激励源；,6.1.1 电磁波动方程,从电磁场基本方程组推导电磁波动方程,6.1.2 均匀平面波(TEM),平面波：等相面（或波阵面）为平面的电磁波均匀波：在等相面上振幅处处相等的波,由 得,由 得,横电磁波（TEM)的 E、H 无传播方向的分量。,结论 1、Ex=Hx=0（时变场），沿波传播方向上无场的分 量，称为TEM波。,2、选择坐标轴，令Ez=0,则 Hy=0,从式(2)、（6）导出一维标量波动方程,6.2 理想介质中的均匀平面电磁波,方程的解,波阻抗入射（反射）电场与入射（反射）磁场的振幅之比,(欧姆),传播特性,电磁波的波速,m/s,6.2.1 波动方程的解及其传播特性,波速,能量的传播方向与波的传播方向一致。,电场能量和磁场能量相等。,电场、磁场和传播方向两两垂直，且满足右手定则。,图6.2.1 电场、磁场与电磁功率流关系,6.2.2 理想介质中的正弦均匀平面电磁波,式中 传播常数，,相位常数（rad/m），,波长（m）。,其解,式中 是待定常相量，由边界条件确定。,二阶常微分方程,在有限时间内不考虑反射波，于是,瞬时值为,2.场量的幅值与 x，t 无关，为定值，是等幅波,即无衰减波。,3.与频率、媒质特性有关，反映了1个波长造成的空间相位差为2,5.在理想介质中 传播常数 为纯虚数,波阻抗 Z0 为实数 E、H 同相变化。,波速等于相速,1.E、H、S在空间相互正交，波阻抗为实数；,4.行波因子 或 反映了波的传播方向和传播速度。,6.相位速度的证明：相速是等相位面前进的速度,解：a.波沿+Z 轴方向传播；,rad/m，,Hz，,m/s,V/m,b.,c.,d.,解:(1)根据电场、磁场二者关系及平面波的参数定义来解题。,（2）H(z,t)和 E(z,t);,（1）v、；,（3）平均波印廷矢量。,例 6.2.2 频率为100 MHz的正弦均匀平面波在各向同性的均匀理想介质中沿（z）方向传播，介质的特性参数为 设电场沿 x 方向，即；当 t 0，z 1/8m 时，电场等于其振幅值10-4 V/m。试求：,波速,例 6.2.2 频率为100 MHz的正弦均匀平面波在各向同性的均匀理想介质中沿（z）方向传播，介质的特性参数为 设电场沿 x 方向，即；当 t 0，z 1/8m 时，电场等于其振幅值10-4 V/m。试求：,电场强度表示式,式中,又由 t 0，z 1/8m 时，,得：,（2）H(z,t)和 E(z,t);,（3）平均波印廷矢量为,式中：,掌握如何计算自由空间中平面波的场分量和参数。掌握电场与磁场的关系，从概念和具体数值两方面加强对电磁波参数的理解和认识。理想介质中电磁波的传播速度是很快的，和光速数量级相同。,故：,结束,电磁场基本方程组,图6.0 平面电磁波知识结构框图,巳知,由,对 t 积分后，有,在有限时间内不考虑反射波，则有,若巳知,由,对于反射波：,电场能量密度,磁场能量密度,正向行波总能量密度,反向行波总能量密度,正向行波的坡印亭矢量,反向行波的坡印亭矢量,均匀平面波的能流,表明电磁能量以速度v 沿波的传播方向传播，因此S也称为能流密度。,通常 则 Ex 随时间按指数规律很快衰减为零，故可取 Ex=0。,在波动问题中，常量没有意义，故可取 Hx=0。因此，均匀平面波的场量没有波传播方向上的分量。,图7.1.1 沿 x 方向两组彼此独立的均匀平面波,即：,则：,