微波技术基础_0_基本原理剖析.ppt

北京交通大学 Beijing Jiaotong University * 微波技术基础 基 本 原 理 * Maxwell方程组 波动方程 均匀平面波的正入射 内容提要 基本原理 * 内容提要 Maxwell方程组 波动方程 均匀平面波的正入射 基本原理 * 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 英国物理学家、数学家。科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《原理》之后的一部最重要的物理学经典。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。 （1831-1879） * 海因里希·鲁道夫·赫兹 ? 1885到1889年Heinrich Hertz制造了第一个米波范围内的电磁波发射和检测装置，证明电磁波的存在 * 1. Maxwell方程组 全电流定律 电磁感应定律 磁通连续性原理 高斯定律 (+Jm) (+ρm) * 1. Maxwell方程组 动阳生阴 动阴生阳 孤阴不生 独阳不长 动磁生电 动电生磁 静磁不能生电 静电不能生磁 哲学联系 * 讨论 麦克斯韦方程组中的两个独立方程： 中间的等号揭示了电与磁的相互转化，相互依赖，相互对立，共存于统一的电磁波中。 电不断转换为磁，而磁又不断转成为电，才会发生能量交换和贮存。 * 单摆 电磁振荡 * 方程的左边是空间的运算(旋度)，方程的右边是时间的运算(导数)，中间用等号连接。它深刻揭示了电(或磁)场任一地点的变化会转化成磁(或电)场时间的变化；反过来，场的时间变化也会转化成地点变化。 空间 波 * 2. 频域麦克斯韦方程： 任何形式信号高频分量都包含角频率ω，才能确保电磁的有效转换，直流情况没有转换。 * 3. 麦克斯韦方程中还存在矛盾对抗： （2） （1） Maxwell方程本质的不对称性。 探索磁流的存在，到目前为止始终未果。 波动性不仅与ω有关，还与媒质有关。 良导体情况下波动性降为次要矛盾，波长缩短，波速减慢，且迅速衰减 * 真 空 线性各向同性媒质 4. 麦克斯韦方程组中—本构关系： * 内容提要 基本原理 Maxwell方程组 波动方程 均匀平面波的正入射 * 无源区： J = 0、? = 0 波动方程 一阶矢量偏微分方程 （Maxwell方程组） 波动方程 （定量描述电磁波运动规律） * E的齐次波动方程 H的齐次波动方程 同理 波动方程 (亥姆霍兹方程) * 设 E = axEx( z, t ) 其通解为： 波动方程 * 时变电磁场以波动形式传播---构成电磁波 波传输方程通解由入射波和反射波构成； 波传输速度是光速； 波传输的每一种具体情况表现在入射波与反射波比例不同。 这比例的具体情况由各个问题的边界媒质情况而定，即所谓边界条件 (Boundary Conditions)。 讨论 * 波的传播 z 波的入射、反射与透射 z * 内容提要 Maxwell方程组 波动方程 均匀平面波的正入射 * 理想介质中均匀平面波的波阻抗: 均匀平面波的正入射 * 均匀平面波的正入射 反射系数： * 透射系数： 均匀平面波的正入射 * 衡量电磁波的反射和传输，我们引入了反射系数R和透射系数T，波阻抗η与媒质特性( )相关。 讨论 没有反射的条件，并不一定是相同的媒质，而只要求 ，即两者波阻抗相等。 媒质的变化影响波的传输。 波阻抗是波研究中的重要特征量。 北京交通大学 Beijing Jiaotong University