媒质的波阻抗.ppt

第6章 平面电磁波 第5章的麦克斯韦理论表明: 变化的电场激发变化的磁场，变化的磁场激发变化的电场，这种相互激发、在空间传播的变化的电磁场称为电磁波（electromagnetic wave）。我们所知道的无线电波、电视信号、雷达波束、激光、X射线和?射线等等都是电磁波。 电磁波可以按等相位面的形状分为平面波、柱面波和球面波。 平面波：等相位面是指空间振动相位相同的点所组成的面，等相位面是平面的电磁波；均匀平面波是指等相位面上场强处处相等的平面波。  平面波是一种最简单、最基本的电磁波，它具有电磁波的普遍性质和规律，实际存在的电磁波均可以分解成许多平面波，因此，平面波是研究电磁波的基础，有着十分重要的理论价值。 严格地说，理想的平面电磁波是不存在的，因为只有无限大的波源才能激励出这样的波。但是如果场点离波源足够远，那么空间曲面的很小一部分就十分接近平面，在这一小范围内，波的传播特性近似为平面波的传播特性。例如，距离发射天线相当远的接收天线附近的电磁波，由于天线辐射的球面波的等相位球面非常大，其局部可近似为平面，因此可以近似地看成均匀平面波。 本章将介绍平面波在无限大的无耗媒质和有 耗媒质中的传播特性；介绍平面电磁波极化 的概念；分析平面电磁波的反射和折射。 6.1 理想介质中的均匀平面波 理想介质：指电导率 ， 、 为实常数的媒质； 理想导体：　　　的媒质 ； 有损耗媒质或导电媒质： 介于两者之间的媒质。 本节介绍最简单的情况，即介绍无源、均匀 (homogeneous)(媒质参数与位置无关)、线性(媒质 参数与场强大小无关)、各向同性（isotropic）(媒 质参数与场强方向无关)的无限大理想介质中的时 谐平面波。 一、 波动方程的解 在无源的理想介质中，由第5章我们知道，时谐电磁场满足复数形式的波动方程 （6-1） 其中 （6-2） 下面讨论一种最简单的均匀平面波解。假设场量与坐标变量与x、y无关，即　　　　，式（6-1）简化为 （6-3） 其解为 （6-4） 其中、是复常矢。上式第一项表示: 向正z方向传播 的波(式中含因子 的解，表示向正z方向传播波)。同理，第二项表示: 向负z方向传播的波(含因子 的解表示向负z方向传播的波)。 在无界的无穷大空间，反射波不存在, 只需考虑 向正z方向传播的行波(traveling wave，是指没有反 射波只往一个方向传播的波），因此可取 于是 即 均匀平面波的电场、磁场和传播方向 三者彼此正交，符合右手螺旋关系。既然电场强度和电磁强度之间有式（6-8）的简单关系，所以讨论均匀平面波问题时，只需讨论其电场（或磁场）即可。 6.1.2 均匀平面波的传播特性 在理想介质中传播的均匀平面波有以下传播特性： 　　(1)电场强度E、电磁强度H、传播方向 三者相互垂直，成右手螺旋关系，传播方向上无电磁场分量，称为横电磁波（Transverse Electro-Magnetic wave），记为TEM波。 　(2)E、H处处同相，两者复振幅之比为媒质的波阻抗 ，是实数，见式（6-9）。 (3)为简单起见，我们考察电场的一个分量 ，由式（6-7）可写出其瞬时值表达式 （6-10） 称为时间相位， 称为空间相位， 是 处在 时刻的初始相位。空间相位相同的点所组成的曲面称为等相位面(plane of constant phase)、波前或波阵面。这里， 常数的平面就是等相位面，因此这种波称为平面波（plane wave）。又因为场量与x、y无关，在 常数的等相位面上，各点场强相等，这种等相位面上场强处处相等的平面波称为均匀平面波（uniform plane wave）。 图6-1是式（6-10）所