《电磁场与电磁波》第7章课件

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《电磁场与电磁波》课件第七章

1
0 0

ln
D
d
120 ln
D
D d
2
2
d
300
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7-3 无损传输线的工作状态
• 一、波的反射 • 二、传输线中电压波的特点
• 三、传输线与负载的阻抗匹配
• 四、例题
一、波的反射
V ( z ) V0 e
I (z)

j z
V ( z ) V0 e
a
E 0 ( x , y ) dl V0e
jkz
任一导体在位置z处的电流为：
H ( x , y , z ) H 0 ( x , y )e
jk z z
I(z)
H ( x , y , z ) dl
l
I(z) e
jkz

l
H 0 ( x , y ) dl I 0e
I (z)

j z
V
0
e
j z
V0

e
j z
ZC
Rg
ZC
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Eg
ZC
ZL
z
V V

定义终端电压反射系数为：
(z 0) (z 0)

V0 V0

z0

传输线上各点的电压和电流分别为：在z=0处
V ( z ) V (e
0 j z
上页下页返回
e
j
j z
)
E 1 x E 0 (e
i
jk 1 z
Re
j

第7章电磁波的辐射

④ 取向： E 在与赤道面平行的平面内，而 H 在子午面。这点与电基本阵子电磁场取向正好相反。
第七章电磁波的辐射
例 7-2 计算长度 dl=0.1λ0的电基本振子当电流振幅值为2 mA时的辐射功率和辐射电阻。解：辐射功率:
Pr 40
2
Idl
2
o
2
15.791W
2
辐射电阻：
dl Rr 80 7.8957 0
第七章电磁波的辐射
例7-3.将周长为0.1λ0的细导线绕成圆环，以构造磁基
本振子，求此磁基本振子的辐射电阻。
解：此电基本振子的辐射电阻为
a 6 1 Rr 320 320 2 0.01 0 1.9739 10 2
Pr Pr r Pin Pr PL
PL表示天线的总损耗功率。通常，发射天线的损耗功率包括：天线导体中的热损耗、介质材料的损耗、天线附近物体的感应损耗等。
第七章电磁波的辐射
4、增益系数：方向性系数表示天线辐射能量的集中程度，辐射效率表征在转换能量上的效能。将两者结合起来 ——天线在其最大辐射方向上远点某点的功率密度与输入功率相同的无方向性天线在同一点产生的功率密度之比为增益系数，是表现天线总效能的一个指标。
E ( , ) E max
式中|Emax|是|E(θ，φ)|的最大值。电（磁）基本振子的方向性函数为：F ( , ) sin
第七章电磁波的辐射
2、方向性系数：当辐射功率相同时，天线在最大辐射方向上远区某一点的功率密度与理想无方向性天线在同一位置处辐射功率密度之比，为此天线的方向性系数。
第七章电磁波的辐射
第七章电磁波的辐射

电磁场与电磁波 PPT

合成波得平均能流密度矢量
S1av
1 2
Re[E1(r )
H1 (r )]
1 2
Re[ex E1y (r )H1z (r )
பைடு நூலகம்
ez E1y (r )H1x (r )]
eexx
24EEimim
11
ssinini isisnin2 (2k(1kz1czocsosi) i
)
例6、4、1 当垂直极化得平面波以角度i 由空气向无限大得理
电磁场与电磁波
因此得到,产生全反射得条件为:
电磁波由稠密媒质入射到稀疏媒质中,即ε1 >ε2
入射角不小于c arcsin 2 1 , c 称为全反射的临界角。
对全反射得进一步讨论
θ i <θc 时,不产生全反射
θ i =θc 时， sint
1 2
sin c
1
t 90o
// 1
2
1 c
arcsin
0 4 0
6
可见入射角θi＝π/ 3大于临界角θc＝π/ 6 ,此时发生全反射。
入射得圆极化波可以分解成平行极化与垂直极化得两个线极化波,虽然两个线极化波得反射系数得大小此时都为1,但它们得相位差不等于±π/ 2,因此反射波就是椭圆极化波。
例6、3、1 下图为光纤得剖面示意图,如果要求光波从空气进入光纤芯线后,在芯线与包层得分界面上发生全反射,从一端传至另一端,确定入射角得最大值。
透射波沿分界面方向传播,没有沿z方向传播得功率,并且反射功率密度将等于入射功率密度。
θ i >θc 时,
sint
1 2
sin i
1
// 1
ktz k2 cost k2 1 sin 2 t

电磁场与电磁波(第7章)1

Ex

ez Ex H x H y H z e y z (ex t e y t ez t ) z 0
由此可得
H x H z t t 0
H
x
H y Ex z t 和 H 均与时间无关，因此它们不是波动的部分，故可取
定义
无损耗介质是一种理想情况，在这里指电导率
0
平面波中的电场复数表示形式
E ex Ex ex E0 exp[i(t kz)]＝ex E0 exp[i(t kz / )]
理解
电场矢量的方向是 x 方向，电磁波则是沿 z 方向传播
波速为
v / k 1/ k / v
0
及
Jc 0
H E B t t B 0或 H 0 H E t
一般媒质中的麦克斯韦方程组变为： D 0
( H ) ( D) ( E ) t t
7.3 平面电磁波在有损耗介质中的传播
定义
实际的介质都是有损耗的，因此，研究波在有损耗介质中的传播具有实际意义。有损耗介质也称为耗散介质，在这里是指电导率 0 ,但仍然保持均匀、线性及各向同性等特性。有损耗介质中出现的传导电流会使在其中传播的电磁波发生能量损耗，从而导致波的幅值随着传播距离的增大而下降。研究表明，传播过程中幅值下降的同时，波的相位也会发生变化，致使整个传输波的形状发生畸变，如图所示平面波在有耗介质中的传播
1. 等效介电系数
对于随时间按照正弦规规律变化的电磁场，其复数形式的麦克斯韦方程中有
E i H H Jc i E E i E

电磁场与电磁波理论PPT第7章

7.1.3 传播模式及其传播特性
♥ 纵向场法——先求解其导行电磁波的纵向场分量所满足的亥姆霍兹方程得到纵向场分量，然后利用麦克斯韦方程直接由纵向场导出其它的横向场分量。
7-6
《电磁场与电磁波理论》
第7章均匀波导中的导行电磁波
7.1.1
横向场和纵向场的亥姆霍兹方程

广义柱坐标系四点假设纵向场和横向场的导波方程
◘ 最简单的TE模是
7-25
《电磁场与电磁波理论》
第7章均匀波导中的导行电磁波
2. 矩形波导中的TM模
♥ TM模——
♥ 矩形波导中的TM模的纵向场的解
7-26
《电磁场与电磁波理论》
第7章均匀波导中的导行电磁波
2. 矩形波导中的TM模
矩形波导中的模的所有场分量
7-27
《电磁场与电磁波理论》
7-12
《电磁场与电磁波理论》
第7章均匀波导中的导行电磁波
7.2.1
直角坐标系中标量亥姆霍兹方程的通解
直角坐标系中横向场与纵向场的关系直角坐标系中纵向场所满足的导波方程直角坐标系中纵向场导波方程的解关于通解的几点说明
7-13
《电磁场与电磁波理论》
第7章均匀波导中的导行电磁波
◘ 最简单的TM模是
《电磁场与电磁波理论》
第7章均匀波导中的导行电磁波
波导的正规模及其重要特性
♥ 正规模——各种不同金属波导中所有的模和模。它们是满足麦克斯韦方程的两套独立的解，可以认为它们是金属波导中的基本模式，具有很重要的特性的。
◘ 正规模的完备性——金属波导内传输的任意的电磁波可以
表示为正规模的线性叠加。尤其是在激励源附近，都会存
第7章均匀波导中的导行电磁波

高三物理电磁场与电磁波PPT精品课件

3．以下有关在真空中传播的电磁波的说法正确的是 [ ] A．频率越大，传播的速度越大 B．频率不同，传播的速度相同 C．频率越大，其波长越大 D．频率不同,传播速度也不同
思考与讨论
4．频率为600 kHz到1.5 MHz的电磁波其波
长由 m到
m．
5．某收音机调谐电路的可变电容器动片完全旋入时，电容是390 PF，这时能接收到520kHz 的无线电电波，动片完全旋出时，电容变为39 PF，这时能收到的无线电电波的频率是 ______×106 Hz，此收音机能收到的无线电电波中，最短的波长为______m．（取三位有效数字）
思考与讨论
6．LC回路中，电容器为C1，线圈自感为L1．设电磁
波的速度为c，则LC回路产生电磁振荡时向外辐射电
磁波的波长为(
).
7.根据麦克斯韦的电磁理论，下列说法正确的是：
A. 在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场
B. 在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的
磁场周围一定产生变化的电场
5、电磁波具有＿电＿磁＿＿能，电磁波的发射过程就是向外辐射
能量、传递信息的过程。
6、也会发生＿反＿射＿＿、＿折＿射＿＿、＿衍＿射＿＿、＿干＿涉＿＿、＿＿多＿普＿勒＿＿效＿应＿＿＿等现象
四、电磁场的物质性
（请同学们阅读教材并总结）电磁场有：能量、 “光压”、运动的质量、动量（与其它物质相互作用）。
二、麦克斯韦电磁场理论的，电路里将会产生感应电流（图甲），这是熟悉的电磁感应现象．麦克斯韦从场的观点研究了电磁感应现象，认为电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了一个电场，这个电场驱使导体中的自由电荷做定向的移动．麦克斯韦还把这种用场来描述电磁感应现象的观点，推广到不存在闭合电路的情形．他认为，在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关（图乙）．

《电磁场与电磁波》第7章课件..

2 2 2 2
—— 横向场方程 —— 纵向场方程
2 Ez k 2 Ez 0， 2 H z k 2 H z 0
将直角坐标系下的模型代入纵向场方程：
如果电磁场的横向分量可用纵向分量表示，即可只求解纵向场方程。
Ez ( x, y, z ) Ez ( x, y )e
z
H z ( x, y, z ) H z ( x, y )e z
振幅方向任意，振幅大小与Z无关。
Ex ( x, y, z ) Ex ( x, y )e z E y ( x, y, z ) E y ( x, y )e z Ez ( x, y, z ) Ez ( x, y )e z
其中：
Ex ( x, y, z )、E y ( x, y, z )、H x ( x, y, z )、H y ( x, y, z ) —— 横向分量
2 2 ( 2 2 kc2 ) Ez ( x, y ) 0 x y 2 2 ( 2 2 kc2 ) H z ( x, y ) 0 x y
2 Ez k 2 Ez 0，2 H z k 2 H z 0
05:49
电磁场与电磁波
第7章
导行电磁波
下面以电场强度E满足的纵向场方程为例，给出上面的整理过程：
同轴线没有电磁辐射，工作频带很宽。
05:49
电磁场与电磁波
第7章
导行电磁波
2. 波导管
矩形波导
圆波导
波导是用金属管制作的导波系统，电磁波在管内传播，损耗很小，主要用于 3GHz ～ 30GHz 的频率范围。
05:49
电磁场与电磁波
第7章
导行电磁波
7.1 导行电磁波概论
分析均匀波导系统时，

电磁场与电磁波第七章汇编

第七章导行电磁波
7.1.1 导行电磁波的表达式
无源区域内，时谐电磁场满足齐次亥姆霍兹方程：
2 E k2 E 0
2 H k2 H 0
（7-1-1a）（7-1-1b）
在导行系统中，电磁波沿其轴向（纵向）传播。建立广义
柱坐标系 (u1, u2, zz)。对于规则导行系统，电磁场在横截面内的分布与纵向坐标 z 无关，行波状态下沿 z 方向传播的导行电磁波可写为
（7-1-9a）
T HT jω Ez ez
（7-1-9b）
第七章导行电磁波
T ez Ez ez ET jω HT
（7-1-9c）
T ET jω H z ez
（7-1-9d）
由横向方程 (7-1-9a) 和(7-1-9c) 可以求得 ET 和 HT 。用 j
乘以式(7-1-9a) ，对式(7-1-9c)作 -ez 运算，然后两式相加，并利用矢量恒等式加以整理，可得
主要内容：首先讨论导行电磁波的分析方法，然后具体讨论矩形波导、圆柱形波导的传输模式、场分布以及传输特性。
第七章导行电磁波
图 7-1 常用的导波装置
第七章导行电磁波
7.1 导行电磁波的一般分析
分析导行电磁波，就是要得出导行电磁波沿轴向（纵向）的传播规律以及电磁场在横截面内的分布情况。通常有纵向分量法和赫兹矢量法两种分析方法，这里仅采用纵向分量法。纵向分量法的思想是，将导行系统中的电磁场矢量分解为纵向分量和横向分量，由亥姆霍兹方程得出纵向分量满足的标量微分方程，求解该标量微分方程，得到纵向分量；再根据麦克斯韦方程组，找出横向分量与纵向分量之间的关系，用纵向分量来表示横向分量。
第七章导行电磁波
在广义柱坐标中，

电磁场与电磁波ppt完美版课件

探究一
探究二
随堂检测
画龙点睛变化的磁场周围产生电场,与是否有闭合电路存在无关。
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
探究一
探究二
随堂检测
实例引导例1根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是( )A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场解析:根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化识
自我检测
1.正误判断。(1)电磁波也能产生干涉、衍射现象。( )答案:√(2)电磁波的传播不需要介质,可以在真空中传播。答案:√2.探究讨论。为什么电磁波是横波?答案:根据麦克斯韦电磁场理论,电磁波在真空中传播时,它的电场强度和磁感应强度是相互垂直的,且二者均与波的传播方向垂直。因此,电磁波是横波。
探究一
探究二
随堂检测
规律方法理解麦克斯韦的电磁场理论的关键掌握四个关键词:“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”,这些都是对时间来说的,是时间的函数。
探究一
探究二
随堂检测
变式训练1如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波( )
解析:由麦克斯韦电磁场理论,当空间出现恒定的电场时(如A图),由于它不激发磁场,故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场时(如B、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出电场,故也不会产生电磁波;只有振荡的电场(即周期性变化的电场)(如D图),才会激发出振荡的磁场,振荡的磁场又激发出振荡的电场……如此周而复始,便会形成电磁波。答案:D

电磁场与电磁波第7章电磁波的辐射

是球面波。由于等相位面上任意点的E、H
振幅不同，所以又是非均匀平面波。Eθ/Hφ=η是一常数，等于媒质的波阻抗。
第七章电磁波的辐射
③ 场的振幅：远区场的振幅与r成反比；与I、dl/λ成正比。值得注意，场的振幅与电长度dl/λ有关，而不是仅与几何尺寸dl 有关。
④ 场的方向性：远区场的振幅还正比于sinθ，在垂直于天线轴的方向 (θ=90°) ，辐射场最大；沿着天线轴的方向 (θ=0°) ，辐射场为零。这说明电基本振子的辐射具有方向性，这种方向性也是天线的一个主要特性。
k1r(k1)r2(k1)r3,ejkr1
ErjI2dc lro 3 s42p r3co s
第七章电磁波的辐射
EjI2ds lir3n 4pr3sin
H
Idlsin 4r2
式中p=Qdl是电偶极矩的复振幅。因为已经把载流短导线看成一个振荡电偶极子，其上下两端的电荷与电流的关系是I=jωQ。
H J j E E J m j H D B m
第七章电磁波的辐射
2.
当kr>>1时，r>>λ/2π，即场点P与源点距离r远大于波长λ的区域称为远区。在远区中，
k1r(k1r)2 (k1r)3
远区电磁场表达式简化为
E
j
Idl2ksinejkr 4r
j
Idlsinejkr 2r
E
j
Idlskinejkr 4r
j
Idlsinejkr 2r
第七章电磁波的辐射
以空气中的波阻抗 0
0 120 0
代入，可得
Pr
402
Idl2
2
式中 I 的单位为 A( 安培 ) 且是复振幅值，辐射功率 Pr 的单位为 W(瓦)，空气中的波长λ0的单位为m(米)。

电磁场与电磁波课件

电磁波的散射与衍射
散射
当电磁波遇到尺寸远小于其波长的障碍物时，会产生散射现象，散射波向各个方向传播。
衍射
当电磁波遇到尺寸接近或大于其波长的障碍物时，会产生衍射现象，衍射波在障碍物后形成复杂的干涉图样。
03
电磁波的辐射与接收
天线的基本概念与分类
天线的基本概念
天线是用于发射和接收电磁波的设备，在通信、雷达、无线电等系统中广泛应用。
再经过信号处理得到目标的图像。
02
系统组成
红外成像系统主要由光学系统、红外探测器和信号处理系统组成。
03
电磁场与电磁波在红外成像中的应用
电磁场与电磁波在红外成像中用于接收目标的辐射信息，经过处理得到
目标的图像。
05
电磁场与电磁波实验
电容与电感测量实验
总结词
掌握电容和电感的基本测量方法
详细描述
通过实验学习如何使用电桥、交流电桥等基本测量工具，了解不同类型电容和电感的工作原理和测量方法，掌握电容和电感的基本特性。
折射率与波长有关
不同媒质对不同波长的电磁波有不同的折射率。
电磁波的反射与折射
反射定律
当电磁波遇到不同媒质的分界面时，一部分能量返回原媒质，一部分能量进入新媒质。反射波和入射波的振幅和相位关系遵守反射定律。
折射定律
当电磁波从一种媒质进入另一种媒质时，其传播方向发生改变，这种现象称为折射。折射定律描述了折射角与入射角、折射率之间的关系。
电磁场与电磁波课件
目录
• 电磁场的基本概念 • 电磁波的传播特性 • 电磁波的辐射与接收 • 电磁场与电磁波的应用 • 电磁场与电磁波实验 • 总结与展望
01
电磁场的基本概念

电磁场与电磁波(第七章)

j t j t D e x D x e y D y e z D z Re e x D xm e y D ym e z D zm e Re D m e j t j t J e x J x e y J y e z J z Re e x J xm e y J ym e z J zm e Re J m e
第7章正弦平面电磁波
7.1 7.2 7.3 亥姆霍兹方程平均坡印廷矢量理想介质中的均匀平面波
7.4
7.5
波的极化特性
损耗媒质中的均匀平面波
7.6
对平面分界面的垂直入射
内容概要
◇ 掌握正弦电磁场的复数表示法以及亥姆霍兹方程。 ◇ 牢固掌握均匀平面波的概念、表示方法和意义；熟知
波的极化及其种类。 ◇ 深刻理解均匀平面波在无界理想介质中的传播特性，
E ex Ex e y E y ez Ez
E x x , y , z , t E xm x , y , z cos t x
E y x , y , z , t E ym x , y , z cos t y
E z x , y , z , t E zm x , y , z cos t z
三、平面波的参量
◇ 采用时间观察方式，将注意力集中到空间的一个固定点上，如 z 0 。
这时电场可表示为 E z , t E cos t x m 周期为频率为
T f 2
Ex

1 T
s

2
Hz
O

2
3
t

电磁场与电磁波7-1pdf

趋肤效应、表面阻抗
学时：5学时
电磁场与电磁波
第一节波动方程及其解
电磁波波动方程波动方程的解解的物理意义
电磁场与电磁波
电磁波
回忆麦克斯韦第一方程：

H

J

D
t
回忆麦克斯韦第二方程：

E

B
t
电磁场与电磁波
电磁波

H

J

D
t

E

B
t
从麦克斯韦第一方程可以看出，若电场对时间

E

H
t
消去一个变量，直接代入不容易，考虑把

E

H
t
两边做运算

根据矢量恒等式 E E 2 E

所以 E E 2 E 2 E
电磁场与电磁波

H
t

0
电磁场与电磁波
波动方程的解

2

E

2 E t 2

0
分析无源区域E在直角坐标系中的解
2

e
x

Ex

ey
Ey

ez
Ez

2

e
x
Ex

e y Ey
t 2

ez
Ez

电磁场与电磁波PPT教学课件

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电磁波的产生
电磁波的产生
•电磁场由近及远地传播——形成电磁波
•电磁波的发射: 条件：1、要有足够高的振荡频率 2、电场和磁场分散到尽可能大的空间
电路的改造： 1、增大d、减小S→C↓ 减小线圈的匝数→L↓
增大振荡频率
2、开放电路：使电场和磁场扩展到外部空间
电磁波的特点
1、E和B相互垂直且都垂直于—传—播电方磁向波是横波
A.仍静止在某点处 B.将做匀速运动 C.将做加速运动 D.以上说法均不对
图14-2-2
延伸·拓展
【解析】根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场周围空间将产生电场，处在电场中的带电粒子将受到电场力的作用而做加速运动，故C正确.
Unit 1 Living with technology
• Prepositions are words that are used before a noun or a noun phrase to show time, place, movement, etc.
电磁场与电磁波
伟大的物理学家——
麦克斯韦
主要贡献： ▪建立电磁场理论 ▪预言电磁波的存在
麦克斯韦(1831-1879)简介英国物理学家、数学家。15岁在“爱丁堡皇家学报”发表论文，
1854年从剑桥大学毕业，卡文迪许试验室首任主任，写了100多篇有价值的论文，是一位可以与牛顿、爱因斯坦相提并论的科学家。
5.在LC振荡电路中，已知L=1.0×10-2H， C=1.0×10-10F，从开始放电起到振荡
电流第一次达到最大，经历的时间为 1.57×10-6s，该电路产生的电磁波的波长为1884m.
能力·思维·方法
【例1】关于麦克斯韦电磁场理论，下面几种说法正确的是( D )