《电磁场与电磁波及其应用》课件第四章.ppt

对于右手媒质（ε0，μ0），反射波和折射波位于界面法线两侧，且反射角等于入射角；入射波和折射波分别位于界面法线两侧，且折射角与入射角满足斯涅尔定律。该现象称为“正折射”，如图4.5-3所示。图4.5-3两种不同右手媒质分界面处的折射示意图当传统的右手媒质（n20）被左手媒质（n20）替代后，由于其折射率变为负值，为了满足电磁场在分界面处的连续性，其折射方向（折射角）将发生偏移，和电磁波的入射方向位于法线的同侧，这与传统的斯涅尔折射效应不同，称之为逆斯涅尔折射效应，也称为“负折射”，如图4.5-4所示。图4.5-4右手媒质和左手媒质分界面处的斯涅尔折射示意图2）逆Doppler效应

在右手媒质中，波源和观察者如果发生相对移动，会产生Doppler效应。假定波源发射的电磁波的频率为ω，当观测者以速度v向波源移动时，观测者所接收到的频率将升高；而如果观测者以速度v远离波源时，观测者所接收到的频率将降低。如图4.5-5所示。图4.5-5Doppler效应示意图3）逆Cerenkov辐射

普通媒质中，次波干涉后形成的波前，即等相位面是一个锥面。电磁波能量沿此锥面的法线方向辐射出去，是向前辐射的，形成一个向后的锥角，即能量辐射的方向与粒子运动方向夹角θ,θ由下式确定：当带电粒子在左手媒质中运动的速度超过介质中的光速c/n时，由于相速度和群速度的方向相反，能量的传播方向与相速相反，因而辐射将背向粒子的运动方向发出，辐射方向形成一个向前的锥角，如图4.5-6所示。图4.5-6Cerenkov辐射示意图4）逆Goos-Hanchen位移

引起Goos-Hanchen位移的原因是电磁波并非由界面直接反射，而是在深入介质2的同时逐渐被反射，其平均反射面位于趋肤深度处。若介质2为左手媒质，则该位移沿入射电磁波传播的反方向，称为“逆Goos-Hanchen位移”，如图4.5-7所示。图4.5-7Goos-Hanchen位移2．左手媒质的研究进展

左手媒质的发现被《Science》杂志评为2003年科学十大进展之一。此后，左手媒质成为物理学界和电磁学界研究的热点，国内外学术界关于此问题的理论、实验和应用研究十分活跃、深入。3.复合左右手传输线

复合左右手传输线（CompositeRight/Left－HandedTransmissionLine,CRLHTL）是在右手传输线与左手传输线的基础上提出的，图4.5-8给出了三类传输线在理想情况下的线元等效电路模型。图4.5-8三类理想传输线的等效电路模型CRLH传输线具有双曲-线性色散关系，如图4.5-9所示，其中实线表示的是平衡情况下CRLH传输线的色散曲线，此时其左手通带和右手通带是连接在一起的，二者中间有一个相位常数β为零的频点；虚线代表的是非平衡情况下CRLH传输线的色散曲线，此时其左手通带和右手通带之间存在一个不支持传播模的“禁带”。图4.5-9平衡和非平衡的CRLH传输线的色散关系4.6时变电磁场的应用

1．电磁感应现象及其应用

1）电感器和变压器

（1）自感。

（2）互感。

2）电机

电磁感应原理最重要的应用之一是电机。图4.6-1所示是简单的交流发电机的原理图。

一个线圈在均匀的磁场中旋转，由于线圈转动，穿过它的磁通便要发生改变，在线圈中便产生了感应电动势。图4.6-1简单的交流发电机的原理图3）感应式传感器

当绕组运动时，与其连接的磁通发生变化，在绕组中便会引起感应电动势，感应电动势的大小和运动的速度成比例。绕组不动，使磁铁运动，也可达到同样的效果。另一种感应式变换器中，永久磁铁及线圈均不动，电动势则由改变磁阻和磁通的方法产生。图4.6-2所示为感应式传感器的原理图。图4.6-2感应式传感器原理图2．涡流与集肤效应的应用

1）电机槽中导体的电流分布

如图4.6-3所示，假设槽内有n根导体。导体次序自槽底数起，选取合适的坐标系，使电流密度J只有z轴分量Jz，因而电场E只有z轴分量Ez。图4.6-3矩形开口槽内的n根导体设每根导体的高度是h，宽度是b，长度是l，取第p根导体来研究，如图4.6-4所示。由图4.6-4（a）可得即图4.6-4第p根导体内的电磁场由图4.6-4（b）可得即