第六章 平面波的传播反射和折射PPT课件

注意到 E 和 H 的相位相同！
定义：波阻抗
Ex Ex
Hy
Hy
120
r 1r2
考察电场的一个分量 ，瞬时值表达式为：
E x(z,t) E xc o s(tzx)
其中 t 为时间相位 ， z 为空间相位 ，
x 是初始相位。
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。
② E、H处处同相，两者复振幅之比为媒质的波阻
2
(rad m )
④ 波阻抗 （wave impedance）
入射波电场与磁场的比值，又称为媒质的本质波阻抗
（intrinsic impedance） 。即：
Ex Ex
Hy
Hy
120
r r
( )
真空中： 0120377 ( )
16
2. 均匀平面波的传播特性
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。 在横向分量中，电场与磁场相互垂直且以相同 的速度向正Z方向和负Z方向传播，在空间上垂直， 时间上同步。
因此，理想介质中均匀平面波的相速通常小于真空
中的光速 ( c
② 波长
1 )。 0 0
电磁波在一个周期内传播的距离，即相位相差
的两点之间的距离。
vpT
vp f
2
(m )
其中： T 1 2 f
15
③ 相位常数 (phase constant) 电磁波沿 Z 方向传播时，单位距离改变的相位，即 一个周期内的波数（wave-number）个数。
uv
2E
uv 2tE2 0
uu v
同 理 ： 2u H u v2H0
t2
称之为波动方程
9
6.1.2 正弦变化的均匀平面波
假设电磁场沿着 Z 轴方向传播，且电场仅有指
向 X 轴的方向分量，则磁场必只有 Y 方向的分量，
即： E ve vxEx(z,t) H ve vyHy(z,t)
v
波动方程
v
2E
2tE2 0
对应的磁场为
v
E
v H
t
Ex Hy
z
t
11
对应的磁场为
v
v E
H
Ex Hy
其通解为
t
z
t
H y E xc o s ( t z) E xc o s ( t z)
H yc o s (tz ) H yc o s (tz )
则 E x E x c o s (t z ) E x c o s (t z ) H y H y c o s (t z ) H y c o s (t z )
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2
平面电磁波
电磁波：变化的电磁场脱离场源后在空间的传播
平面电磁波：等相位面为平面构成的电磁波 均匀平面电磁波：等相位面上E、H 处处相等的
电磁波 若电磁波沿 x 轴方向传播，则H=H(x,t)，E=E(x,t)
平面电磁波知识结构框图
x方向传播的一组均匀平面波
3
电磁场基本方程组 电磁波动方程
均匀平面电磁波的传播特性
理想介质中均匀平面波
导电媒质中均匀平面波 平面电磁波的极化
平面电磁波的垂直入射
平面电磁波的斜入射
平面电磁波知识结构框图
4
本章要求
掌握均匀平面电磁波在理想介质和导电媒质中的 传播特性及基本规律。 了解均匀平面电磁波在工程中的应用。 重点掌握均匀平面电磁波正入射时的传播特性， 了解均匀平面电磁波斜入射时的传播特性。
线性（linear）（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。
6
6.1.1 波动方程
假设讨论的区域为无源区域，即：0、J0
uHuvuJvuDv
uv E
uvt B
t
uv
B0
uv
D
0 J 0
uuv H
uv D
uv E
t uv B
常数的平面就是等相位面，这种波称为平面 波（plane wave）。在等相位面上，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）。
13
6.1.3 均匀平面波的传播特性
1. 主要参数
① 相速 v p
固定相位点向前行进的速度，即整个波形向前传播
t
uv
B0
uv D0
7
uuv
H
uv
E
uuv
uv E tuuv H t
uv E
(
uuv H ) t
H 0
uv E 0
uuv
uv
(
t
H
)
2 E t 2
uv
u E v2E
t2
8
uv
uEv2E
t2
u v u v u v 由矢量恒等式 E ( E ) 2 E
(u E v)2u E v2tu E 2v
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6.1 理想介质中的均匀平面波
理想介质是指电导率 0，、 为实常
数的媒质， 的媒质称为理想导体。 介
于两者之间的媒质称为有损耗媒质或导电媒质。
平面波是指波前面，即等相位面或者波前 阵是平面的波。均匀平面波是指波前面上场量振 幅处处相等的波。
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）、
2Ex
2Ex t2
0
正弦均匀平面波沿z方向的
则
2Ex 2Ex 0
传播
z2
t2
正弦场
2Ex z2
2Ex
0
K2
10
其通解为
z
z
Ex f1(tv)f2(tv)
对于时谐变电磁场：
2E&x z2
2E&x
0
其中：
k
其通解为 E & xE xejzE xejz
则 E x E x c o s (t z ) E x c o s (t z )
第六章 平面电磁波
主要内容
平面电磁波的基本特性、极化与垂直入射 (8学时)
§6.1 无损耗媒质中的均匀平面波 §6.2 波的极化 §6.3 导电媒质中的均匀平面波 §6.4 均匀平面波的垂直入射 §6.5 均匀平面波的斜入射*
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总体概述
的速度。
vp
dz dt
等相位点，即： t z 常数
d(tz)
dt
0
dz 0
其中：
dt
所以
vp
dz dt
1
(m s )
理想介质中的相速等于光速吗？为什么？ 14
相位速度即相速。上式表明，在理想介质中，均
匀平面波的相速与媒质特性有关。考虑到一切媒质
相对介电常数 r 1 ，又通常相对磁导率 r 1 ，