第六章-电磁场与电磁波.ppt

第六章 平面电磁波 §6.1 无耗媒质中的平面电磁波 §6.2 导电媒质中的平面电磁波 §6.3 电磁波的极化 §6.4 电磁波的色散和群速 §6.5 均匀平面电磁波向平面分界面的垂直入射 §6.7 均匀平面电磁波向平面分界面的斜入射 §6.8 均匀平面电磁波的全透射和全反射 电磁波的分类 按等相位面的形状分为三类： 》平面 》柱面 》球面 按照场分量与传播方向的关系，将电磁波分为四类：?》TEM波：电场和磁场分量均分布在与传播方向垂直的横平面内，也称横电磁波。?》TE波：电场分量仅分布在与传播方向垂直的横平面内，也称横电波。因在传播方向上仅有磁场分量，又称磁波或H波。?》TM波：磁场分量仅分布在与传播方向垂直的横平面内，也称横磁波。因在传播方向上仅有电场分量，又称电波或E波。?》EH或HE波：在传播方向上即有电场分量，又有磁场分量，也称混合波。 平面电磁波：等相位面为无限大平面。 均匀平面电磁波：等相相位面为无限大平面，且等相位面上，各点的场强大小相等，方向相同。 研究意义： 》虽然均匀平面电磁波实际上不存在，但讨论它有实际意义。因为在距波源足够远处，呈球面的的波阵面上的一小部分就可以近似看作平面，在此小平面内的波就可以作为均匀平面波来分析。 》均匀平面电磁波是研究电磁波的基础。因为均匀平面电磁波是麦氏方程最简单的解和许多实际波动问题的近似。 §6.1 无耗媒质中的平面电磁波 一、无耗媒质中齐次波动方程的均匀平面波解 一般情况下，沿+z方向的均匀平面波解 正弦电磁波方程： 二、均匀平面波的传播特性 无耗媒质中，均匀平面波的主要参数： 1、相位：代表场的波动状态 2、周期、频率、波长： 3、波数：指单位距离上的相位变化 1、不良导体主要参数（不能近似，计算复杂） 总结：趋肤效应应用（根据需要加大或减小趋肤效应） 1、海底通信：减小趋肤效应，采用低频电磁波。P167 例6-2；P168 例6-5； 2、屏蔽干扰信号：增大趋肤效应，配置铜制或铁制的屏蔽罩。如中频变压器的屏蔽铝罩，晶体管的金属外壳。 3、传输高频信号时：减小趋肤效应。导线上的电流集中在导线表面，相当于减小导线的有效截面积，从而增大了导线电阻，为了降低热损耗，需减小电阻：用多股线或同轴线来代替单根导线增加导线截面积；导体表面层的导电性能对电阻的影响最大，为了减小电阻，一些要求高的高频器件或部件，表面镀一层电导率特别高的材料，如金、银。 总结：趋肤效应的应用（续） 4、微波炉加热：增大趋肤效应。微波器件通常用黄铜制成，但在其电层表面涂以若干微米的银，保证表面电流主要在银层通过。微波炉加热表面为良导体，食物为不良导体，餐盘为电介质。P167 例6-3 5、淬火：增大趋肤效应。利用高频时金属导体上的电流将集中在表面，而对材料表面进行加热淬火。 极化的分类： 线极化：电场仅在一个方向振动，即电场强度矢量端点的轨迹是一条直线； 圆极化：电场强度矢量端点的轨迹是一个圆 椭圆极化：电场强度矢量端点的轨迹是一个椭圆 一、线极化（判断时应具体指出象限） 只有场分量Ex或Ey——沿x或y方向的线极化波 场分量Ex和Ey同相——一、三象限线极化波 场分量Ex和Ey反相——二、四象限线极化波 二、圆极化（判断时应具体指出旋向） 振幅相等， φx-φy=π/2，右旋圆极化波 振幅相等， φx-φy=－π/2，左旋圆极化波 三、椭圆极化（判断时应具体指出旋向） 四、电磁波极化特性的工程应用 水平极化：电场强度矢量平行于地面的线极化波。如：电视信号的发射与接收。 垂直极化：电场强度矢量垂直于地面的线极化波。如：调幅电台的发射与接收。 圆极化：很多情况下，系统必须利用圆极化才能正常工作。不同取向的线极化波都可以由圆极化天线收到。如现代战争中采用圆极化天线进行电子侦察和实施电子干扰。卫星通信系统中，卫星上的天线和地面站的天线均采用圆极化进行工作。 反射系数：定义分界面处反射波电场强度与入射波电场的比值为反射系数 透射系数：定义分界面处透射波电场强度与入射波电场的比值为透射系数 在理想介质与理想导体的分界面有： 媒质1中的合成场强为： 理想导体表面两侧磁场切向分量不连续，存在面电流 波腹点：位置不随时间变化的最大值点。 波节点：位置不随时间变化的零值点。 驻波：波腹点和波节点位置都固定不动的电磁波称为驻波。 当电磁波以任意角度入射到分界面上时，称为斜入射。 入射波射线与分界面的法线所构成的平面称为入射平面。 若电场矢量平行于入射平面，称为平行极化。 若电场矢量垂直于入射平面，称为垂直极化。 二、平面电磁波向理想介质的垂直入射 合成波时空特性： 1、合成电场波为行驻波。仍然在固定位置处有最大值和最小值存在，但最小值不再为零。 行驻波：既有行波成分又有驻波成