电磁波传播1.ppt

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电磁波传播1

* 第四章 电磁波传播 平面电磁波 本章主要内容 平面电磁波 单色平面电磁波在介质截面上的反射与折射 有导体存在时电磁波的传播 电磁波在波导中传播 本章只介绍关于电磁波传播的最基本理论,只研讨电磁场在介质、导体以及边界上的传播特性。 1、电磁场波动方程 (a) 真空情形 对(6)式两边取旋度,并将(8)式代入 0 同理,对(8)式两边取旋度,并将(6)式代入,即可得到 令 电磁场具有波动性,电磁场的能量可以从一点转移到另一点。即脱离电荷、电流而独立存在的自由电磁场总是以波动形式运动着。在真空中,一切电磁波(包括各种频率范围的电磁波,如无线电波、光波、X射线和?射线等)都以速度c传播。 波动方程 (达朗贝尔方程) (b) 介质情形 当以一定角频率?作正弦振荡的电磁波入射于介质内时,介质内的束缚电荷受场作用,亦以同样频率作正弦振荡,则 对于不同频率的电磁波,介质的介电常数是不同的,即 介质的色散 因此在介质内不能导出 、 的一般波动方程,千万不要把(9)、(10)两式中的 ,即由真空情况就转在介质情形,这是不正确的。 设角频率为?,电磁场对时间的依赖总是cos?t,复数形式为 (a) 时谐情形下的Maxwell’s equations 0 2、时谐电磁波(单色电磁波) 在很多实际情况下,电磁波的激发源往往以大致确定的频率作正弦振荡,其辐射出的电磁波也以相同频率作正弦振荡。时谐电磁波(单色电磁波)。 同理,由 得 得 得 同理 (b) 亥姆霍兹(Helmholtz)方程 0 Helmholtz方程 Helmholtz方程是一定频率下的电磁波的基本方程,其解 代表电磁波场强在空间中的分布情况,每一种可能的形式称为一种波模。 在一定频率下,Maxwell’s equations可以化为以下方程 3、平面电磁波 主要求解亥姆霍兹方程,以电场为例。 以任意一个标量f 表示 中的任一分量,则有 波动方程的平面波解形式为 振幅 位相 为等相面的法线矢量,且等相面是平面,其满足 一般情况下,考虑时间因子在内,则有 电场和磁场的Helmholtz方程的解 在A点附近,场大小只与距离有关,与方向无关,BC段是很大球面上的一小部分,可视为平面,该平面上场强大小相等,所以离机理源很远处的场可视为平面场。 A C B x l 0 区域线度lx,区域对A点来说可视为一个“物理点”。 平面波的例子: 讨论: 单色平面电磁波的特性 (a) 沿 方向的两个相距为2?/k的等相面,其位相差为2?。 的方向为等相面的法线方向,其大小为2?距离内的波数,称为波矢量。 (b) 在单色情形下,麦氏方程组中只有两个方程是独立的。 (c) 单色平面电磁波的解 电磁场振动方向与传播方向互相垂直,故电磁波是横波。 (d)电场与磁场关系 电场和磁场之间不独立,且电磁场振动方向与传播方向三者互相垂直,并满足右手螺旋法则。 电场和磁场位相相同,振幅之比为v。 单色平面电磁波沿传播方向各点的电场和磁场瞬时值曲线 x

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