第6章平面电磁波20141030汇编.pptx

电磁场理论——第6章：平面电磁波耿军平副教授电子信息与电气工程学院，电子工程系现代天线研究中心电院楼群1－522Email:gengjunp@sjtu.edu.cnTel:342046632014.09.0614:30:302平面电磁波理想介质中的平面波导电媒质中的平面波平面波的极化平面波的反射与透射全反射和全透射平面波在多层介质表面上的垂直入射14:30:303理想介质中的平面波平面波的电磁场平面波的传播特性沿任意方向传播的平面波平面波的电磁场电磁波在无界空间充满线性、均匀、各向同性的无源区域中传播，则齐次矢量波动方程为：平面波的电磁场(续)对时谐电磁场，电场强度和磁场强度矢量满足的齐次矢量亥姆霍兹方程：14:30:316平面波的电磁场(续)选择电场强度矢量E沿直角坐标系的x轴方向齐次标量亥姆霍兹方程：设电场强度仅与坐标z有关，而与x,y无关14:30:317平面波的电磁场(续)电场强度仅与坐标z有关，而与x,y无关，则上面方程解为：z方向，正向行波或入射波对应的瞬时值表达式为-z方向，反向行波或反射波14:30:318平面波的电磁场(续)相位保持为常数t增加z在负方向增加t增加z在正方向增加相位保持为常数14:30:31914:30:3110例子14:30:3111平面波f＝100GHz14:30:3112瞬时电场14:30:311314:30:3114Ex14:30:3215Ey14:30:3216Ez14:30:3217瞬时磁场14:30:321814:30:3219Hx14:30:3220Hy14:30:3221Hz14:30:3222平面电磁波的传播参数无界空间中传播的入射波电场强度的复振幅电场强度的瞬时值E0：z＝0处的电场强度振幅ωt:时间相位kz：空间相位无界空间传播的波，只有入射波，而无反射波14:30:3223平面电磁波的传播参数等相位面：电磁波的空间相位相同的场点所组成的曲面。(或称波前或波面)ωt-kz等相位面的法线方向指向电磁波的传播方向（az）14:30:3224平面电磁波的传播参数（续）平面电磁波：前面所讨论的电磁波的等相位面是z=const.的平面，因此称这种电磁波为平面电磁波（简称平面波）。均匀平面波：如果在z=const.的等相位面上各点场强相等，那这种平面波又称为均匀平面波，（也简称平面波）。14:30:3225平面电磁波的传播参数（续）均匀平面波是电磁波的最基本形式。球面波在较小面积上可看成均匀平面波均匀平面波的传播可看作无数波面一个接一个向前运动的结果14:30:3226平面电磁波的传播参数（续）均匀电磁波波面的运动速度称为相速，υp上式表明理想媒质中等相位面的传播速度等于该媒质中的光速。对于等相位面，相位保持常数ωt-kz=恒定值相速与频率有关波速与介质有关14:30:3227平面电磁波的传播参数（续）电磁波的空间相位kz变化2所经过的距离称为电磁波的波长波长用λ表示，k：电磁波的波数说明：λ0真空中电磁波的波长理想介质中电磁波的波长14:30:3228平面电磁波的传播参数（续）电磁波的时间相位变化2所经历的时间称为电磁波的周期，用T表示1秒钟内电磁波的时间相位变化2的次数称为电磁波的频率，用f表示14:30:3229平面电磁波的传播参数（续）即电磁波的相速等于其波长与频率的乘积。电磁波的波数、相速与波长间的关系为14:30:3230平面电磁波的传播参数（续）假定无界空间中传播的入射波为E＝Exax电场强度的复振幅电场强度的瞬时值14:30:3231平面电磁波的传播参数（续）平面波磁场强度的复振幅媒质的本征阻抗14:30:3332平面电磁波的传播参数（续）理想介质中，本征阻抗为一实数真空中的本征阻抗平面电磁波磁场的瞬时表达式E和H同相14:30:3333平面波的传播特性理想介质中平面波的电场和磁场的相应分量在时间上同相（Ex和Hy）:图2理想介质中平面波的场量沿z轴的变化曲线14:30:3334理想介质中均匀平面波的基本性质（1）E和H互相垂直且都垂直于波的传播方向，即无纵向场分量。这种波称为横电磁波，记为TEM波。（2）E和H处处同相，两者振幅之比为媒质的本征阻抗，且本征阻抗为实数。（3）复坡印亭矢量 S=(E×H*)/2=azE02/2η=Sav即均匀平面波沿传输方向传输实功率，且无耗传输。14:30:3335理想介质中均匀平面波的基本性质（续）（4）电场和磁场的平均能量密度相等，即总的电磁平均能量密度为两者之和。14:30:3336瞬时能量流14:30:3337沿任意方向传播的平面波沿正z方向传播的平面波，电场强度复矢量为14:30:333814:30:3339沿任意方向传播的平面波沿任意矢量an方向传播的平面波，电场强度复矢量为式中k=kan,称为传播矢量或波矢量1