在自由空间传播的均匀平面电磁波

电磁波复习资料均匀平面波在无界空间中的传播PPT学习教案

E(r ) E m
z
e
jkz
常数
E e jkez r m
Eme
jk r
波矢量： k ezk
ez Em H(z)
1
0 ez
E(
z)
沿 en 传播方向的均匀平面波
e r 等相位面：
常数
E(r )
n
E e jken r m
Eme jk r
波矢量：k enk exkx eyky ezkz
第6页/共60页
7
理想介质中均匀平面波的传播特点 1. 均匀平面波的传播参数（ 1）角频率、频率和周期
角频率 ω ：表示单位时间内的相位变化，单位为rad /s
周期 T ：时间相位变化 2π的时间间隔，即
T 2π
T 2π (s)
wavv
能量的传输速度等于相速
第10页/共60页
11
3、理想介质中的均匀平面波的传播特点根据前面的分析，可总结出如下：电场、磁场与传播方向之间相互垂直，是横电磁波（ TEM 波）。
无衰减，电场与磁场的振幅不变。波阻抗（本征阻抗）为实数，电场与磁场同相位。
解：电场强度的复数表示式为自由空间的本征阻抗为
故得到该平面波的磁场强度于是，平均坡印廷矢量
垂直穿过半径R = 2.5m 的圆平面的平均功率
16
E ex50cos(t kz) V/m
E ex 50e jkz
0 120π

电磁场与电波计算题解

电磁场与电磁波计算题题解例1 在坐标原点附近区域内，传导电流密度为：25.1/10m A r a J r c -=求：① 通过半径r=1mm 的球面的电流值。

② 在r=1mm 的球面上电荷密度的增加率。

③ 在r=1mm 的球内总电荷的增加率。

解：①Amm r rmm r d d d r rd J I c 97.31401sin 105.02025.1=====⋅=⎰⎰⎰πϕθθθππ② 因为 5.25.1225)10(1--==⋅∇r r r rd d r J c 由电流连续性方程，得到：38/1058.111m A mm mmr t ⨯-==∇-==∂∂ρ③ 在r=1mm 的球内总电荷的增加率A I td d 97.3-=-=θ例2 在无源的自由空间中，已知磁场强度m A z t a y /)10103(cos 1063.295-⨯⨯=-求位移电流密度d J 。

解：由于0=c J ，麦克斯韦第一方程成为t∂∂=⨯∇ ∴ H tJ d ⨯∇=∂∂=yy H y a ∂∂=294/)10103sin(1063.2m A z t a zH a x y x-⨯⨯-=∂∂=-例3 在无源的区域中，已知调频广播电台辐射的电磁场的电场强度m v z a y /)9.201028.6sin(1092-⨯=-求空间任一点的磁感强度B 。

解：由麦克斯韦第二方程E t⨯-∇=∂∂yy E y a ∂∂=z E a y x∂∂= )9.201028.6cos(109.2092z t a x -⨯⨯-=- 将上式对时间t 积分，若不考虑静态场，则有 )9.201028.6cos(109.2092z t a t d tB x -⨯⨯-=∂∂=⎰⎰- T z t a t d x )9.201028.6sin(1033.3911-⨯⨯-=- 例4 已知自由空间中，电场强度表达式为)(cos z t w a E x β-=;求磁场强度的H 表达式。

电磁场与电磁波计算题解

电磁场与电磁波计算题题解例1 在坐标原点附近区域内，传导电流密度为：25.1/10m A r a J r c -=求：① 通过半径r=1mm 的球面的电流值。

② 在r=1mm 的球面上电荷密度的增加率。

③ 在r=1mm 的球内总电荷的增加率。

解：①Amm r rmm r d d d r rs d J I c 97.31401sin 105.02025.1=====⋅=⎰⎰⎰πϕθθθππ② 因为 5.25.1225)10(1--==⋅∇r r r rd d r J c 由电流连续性方程，得到：38/1058.111m A mm r J mmr t c ⨯-==⋅∇-==∂∂ρ③ 在r=1mm 的球内总电荷的增加率A I td d 97.3-=-=θ例2 在无源的自由空间中，已知磁场强度m A z t a H y /)10103(cos 1063.295-⨯⨯=-求位移电流密度d J 。

解：由于0=c J ，麦克斯韦第一方程成为tDH ∂∂=⨯∇ ∴ H tDJ d ⨯∇=∂∂=yz y x H z y x a a a ∂∂∂∂∂∂=294/)10103sin(1063.2m A z t a zH a x y x-⨯⨯-=∂∂=-例3 在无源的区域中，已知调频广播电台辐射的电磁场的电场强度m v z a E y /)9.201028.6sin(1092-⨯=-求空间任一点的磁感强度B 。

解：由麦克斯韦第二方程E tB⨯-∇=∂∂0yzy x E z y x a a a ∂∂∂∂∂∂-=z E a y x∂∂= )9.201028.6cos(109.2092z t a x -⨯⨯-=- 将上式对时间t 积分，若不考虑静态场，则有 )9.201028.6cos(109.2092z t a t d tBB x -⨯⨯-=∂∂=⎰⎰- T z t a t d x )9.201028.6sin(1033.3911-⨯⨯-=- 例4 已知自由空间中，电场强度表达式为)(cos z t w a E x β-=;求磁场强度的H 表达式。

电磁场与电磁波复习题（含答案）

电磁场与电磁波复习题（含答案）电磁场与电磁波复习题⼀、填空题1、⽮量的通量物理含义是⽮量穿过曲⾯的⽮量线总数，散度的物理意义⽮量场中任意⼀点处通量对体积的变化率。

散度与通量的关系是⽮量场中任意⼀点处通量对体积的变化率。

2、散度在直⾓坐标系的表达式 z A y A x A z yxA A ??++=??=ρρdiv ；散度在圆柱坐标系下的表达；3、⽮量函数的环量定义⽮量A 沿空间有向闭合曲线C 的线积分，旋度的定义过点P 作⼀微⼩曲⾯S,它的边界曲线记为L,⾯的法线⽅与曲线绕向成右⼿螺旋法则。

当S 点P 时,存在极限环量密度。

⼆者的关系 ndS dC e A ρρ?=rot ；旋度的物理意义点P 的旋度的⼤⼩是该点环量密度的最⼤值；点P 的旋度的⽅向是该点最⼤环量密度的⽅向。

4.⽮量的旋度在直⾓坐标系下的表达式。

5、梯度的物理意义标量场的梯度是⼀个⽮量,是空间坐标点的函数。

梯度的⼤⼩为该点标量函数?的最⼤变化率，即该点最⼤⽅向导数;梯度的⽅向为该点最⼤⽅向导数的⽅向,即与等值线（⾯）相垂直的⽅向，它指向函数的增加⽅向等值⾯、⽅向导数与梯度的关系是梯度的⼤⼩为该点标量函数的最⼤变化率，即该点最⼤⽅向导数;梯度的⽅向为该点最⼤⽅向导数的⽅向,即与等值线（⾯）相垂直的⽅向，它指向函数的增加⽅向.； 6、⽤⽅向余弦cos ,cos ,cos αβγ写出直⾓坐标系中单位⽮量l e r 的表达式；7、直⾓坐标系下⽅向导数u的数学表达式是，梯度的表达式8、亥姆霍兹定理的表述在有限区域内，⽮量场由它的散度、旋度及边界条件唯⼀地确定，说明的问题是⽮量场的散度应满⾜的关系及旋度应满⾜的关系决定了⽮量场的基本性质。

9、麦克斯韦⽅程组的积分形式分别为 0()s l s s l sD dS Q BE dl dS t B dS D H dl J dS t ?=??=-??=?=+r r r r r r r r g r r r r r g ????其物理描述分别为10、麦克斯韦⽅程组的微分形式分别为 020E /E /t B 0B //t B c J E ρεε??=??=-=??=+??r r r r r r r其物理意义分别为11、时谐场是激励源按照单⼀频率随时间作正弦变化时所激发的也随时间按照正弦变化的场，⼀般采⽤时谐场来分析时变电磁场的⼀般规律，是因为任何时变周期函数都可以⽤正弦函数表⽰的傅⾥叶级数来表⽰；在线性条件下，可以使⽤叠加原理。

《电磁场与微波技术》补充练习题1(1)

2《电磁场与微波技术》补充练习一、填空：1、波速随频率变化的现象称为波的色散，色散波的群速度表达式=z ν⎪⎭⎫⎝⎛-x c λ21。

2、测得一微波传输线的反射系数的模21=Γ，则行波系数K=1/3；若特性阻抗Z 0=75Ω，则波节点的输入阻抗R in (波节)=25欧。

3、微波传输线是一种分布参数电路，其线上的电压和电流沿线的分布规律可由传输线方程来描述。

4、同轴线传输的主模是TEM 模，微带线传输的主模是准TEM 模。

5、矩形波导尺寸a = 2cm, b = 1.1cm.若在此波导中只传输TE 10模，则其中电磁波的工作波长范围为2.2<λ<4。

6、微波传输线按其传输的电磁波波型，大致可划分为TEM 波传输线，TE 、TM 传输线和表面波传输线。

7、长线和短线的区别在于：前者为分布（长线）参数电路，后者为集中参数电路。

8、均匀无耗传输线工作状态分三种：(1)行波(2)驻波(3)行驻波。

10、从传输线方程看，传输线上任一点处的电压或电流等于该处相应的入射波和反射波的叠加。

11、当负载为纯电阻L R ，且0Z R L 时，第一个电压波腹点在终端，当负载为感性阻抗时，第一个电压波腹点距终端的距离在0<z 0<4λ范围内。

12、导波系统中的电磁波纵向场分量的有无，一般分为三种波型(或模)：TEM 波；TE 波；TM 波。

13、导波系统中传输电磁波的等相位面沿着轴向移动的速度，通常称为相速；传输信号的电磁波是多种频率成份构成一个“波群”进行传播，其速度通常称为群速。

14、波速随着频率变化的现象称为波的色散，色散波的相速大于无限媒质中的光速，而群速小于无限媒质中的光速。

15、矩形波导传输的主模是TE 10模；同轴线传输的主模是TEM 模。

16、线性媒质的本构关系为→→=E D ε，→→=H B μ；17、媒质为均匀媒质时，媒质的ε、μ、υ与空间坐标无关。

18、媒质的ε、μ、σ与电磁场的幅度无关时，此媒质为线性媒质；19、若媒质的ε、μ、σ与电磁场的方向无关时，则称此媒质为各向同性媒质； 20、若媒质的ε、μ、σ与电磁场的频率无关时，则称此媒质为非色散媒质。

6 均匀平面电磁波

数，称为波矢量或传播矢量。
第6章均匀平面电磁波
由于常矢量
Em
并不会因为坐标的旋转而改变，只是在
不同坐标系中的表达式有所不同，在坐标系 xyz 中，仍用
符号
Em
表示，则沿任意方向传播的电磁波可表示为
E
Em
e
jkr
，
H
1
ek
E
， ek
E
ek
H
0
ek 为传播方向的单位矢量。
第6章均匀平面电磁波
2、均匀平面波的传播参数
只考虑电场的 x 分量，瞬时值： Ex (z,t) Exm cost k z x
时间变化特性(固定位置)：
角频率 ω：单位时间内的相位变化，单位为 rad /s
在固定位置：z=常数，Ex 随时 Ex 间 t 作正弦周期性变化，如图。
周期与频率：相位改变 2 对
t
应的时间为周期，由T 2 得
Ey Eym cos(t kz y )
由于 Ex 、Ey 的振幅和相位可能不同，因此在空间任意固定
点上，合成电场强度矢量的大小和方向都可能随时间变
化，其端点随时间变化将描绘出不同的轨迹。
第6章均匀平面电磁波
波的极化是指空间任一固定点上电场矢量的指向随
时间变化的方式，一般用电场矢量
E
的矢端轨迹来描述。
101
0.4
3
rad/m
第6章均匀平面电磁波
∴
Ex
4 cos(t k z )
3
4 cos(2
107 t 0.4
3
z)
3
mV/m
E
ex 4 cos(2
107 t
0.4

《电磁场与电磁波》复习题

2016年《电磁场与电磁波》复习题一、选择题1.已知矢量()()()2222x y z E e x axz e xy by e z z czx xyz =++++-+-，试确定常数a 、b 、c ，使E 为无源场【】。

A ．2,1,2a b c ===-B ．2,1,2a b c =-==-C ．2,1,2a b c ==-=-D ．2,1,2a b c ===2.在两种媒质的分界面上，设n e 和t e 分别为界面的切向和法向，则电场1E 和2E 满足的关系式为___________。

【】A 12()0n e E E ⨯-=B 12()0n e E E ∙-=C 12()0t e E E ∙-=D 12()0t eE E ⨯-=3. 在圆柱坐标系中,三个相互正交的坐标单位矢量为e ρ、e φ、z e ，其中为常矢量单位矢量为【】。

A ．e ρB ．e φC ．z eD ．都不是4. 已知()()22222/x y z E e xyz y e x z xy e x y V m=-+-+，则点()2,3,1P -处E ∇的值为【】。

A ．-10B ．5C ．10D ．-55.同轴线的内导体半径为1r ，外导体的内半径为2r ，内外导体间填充介电常数为0r εεε==的均匀电介质，则同轴线单位长度的电容C 为_________。

【】 A 122ln(/)r r πε B 212ln(/)r r πε C 122ln(/)r r r πε D 212ln(/)r r r πε 6.已知标量函数2u x yz =，则u在点(2,3,1)处沿指定方向3/504/505/50l x y z e e e e =++的方向导数为【】。

A ．100/ B ．112/ C ．56/ D ．224/7. 一般导电媒质的电导率σ，介电常数ε和电磁波角频率ω之间满足【】。

A ．()/1σωε>>B ．()/1σωε<<C ．()/1σωε=D ．()/1σωε≈ 8.坡印廷矢量S E H =⨯，它的方向表示____方向，大小表示___。

电磁场与电磁波(第4版)第5章部分习题参考解答

5.1 在自由空间中，已知电场3(,)10sin() V/m y E z t e t z ωβ=−G G，试求磁场强度。

(,)H z t G解：以余弦为基准，重新写出已知的电场表示式3π(,)10cos( V/m 2y E z t e t z ωβ=−−G G这是一个沿方向传播的均匀平面波的电场，其初相角为z +90−D 。

与之相伴的磁场为300311π(,)(,)10cos(210πcos() 2.65sin() A/m120π2z z y x x H z t e E z t e e t z e t z e t z ωβηηωβωβ=×=×−−=−−−=−−G G G G G G G5.2 理想介质（参数为0μμ=、r 0εεε=、0σ=）中有一均匀平面波沿x 方向传播，已知其电场瞬时值表达式为9(,)377cos(105) V/m y E x t e t x =−G G试求：(1) 该理想介质的相对介电常数；(2) 与(,)E x t G相伴的磁场；(3) 该平面波的平均功率密度。

(,)H x t G 解：(1) 理想介质中的均匀平面波的电场E G应满足波动方程2220EE tμε∂∇−=∂G G据此即可求出欲使给定的E G满足方程所需的媒质参数。

方程中222929425cos(105)y y y y y E E e E e e t x x∂∇=∇==−−∂G G G G 221892237710cos(105)y y y E E e e t t x∂∂==−×−∂∂G G G x = 故得91899425cos(105)[37710cos(105)]0t x t x με−−+×−即18189425251037710με−==×× 故181882r 0025102510(310) 2.25εμε−−×==×××=其实，观察题目给定的电场表达式，可知它表征一个沿x +方向传播的均匀平面波，其相速为98p 10210 m/s 5v k ω===× 而8p 310v ====×故2r 3() 2.252ε==(2) 与电场相伴的磁场E G H G 可由0j E ωμ∇×=−H G G求得。

均匀平面电磁波的特性与特征参量

电磁波传播的相位速度仅与媒质特性相关。真空中电磁波的相位速度： p 0 v
1
=
11:43
1 f

vp f
0 0
3 108 (m / s) c(光速)
vp f
如果以 e n为表示波传播方向的单位矢量
对于均匀平面电磁波，有： H
同理可以推得：重要结论：
2
11:43
2 E k E 0 (k 2 2 )
考虑一种简单情况：
性质，知 E 只随z坐标变化。则方程可以简化为： 2 Ex k 2 Ex 0 z 2
解一元二次微分方程，可得上方程通解为：
均匀平面波电场矢量沿x方向，波沿z方向传播，则由均匀平面波
Ex E e jkz E e jkz
由电磁波的场量表达式可总结出波的传播特性均匀平面波的传播参数
角频率、频率和周期角频率ω ：表示单位时间内的相位变化，单位为rad /s
周期T ：时间相位变化 2π的时间间隔，即
Ex
o
T
Ex (0, t ) Emcost 的曲线
T 2π
T
2π
1 (Hz) 频率f ： f T 2π
22220e?ke?k????????????????????????22222220eeekexyz????22222222222222222?2222000xxxxyyyyzzzzeeekexeyezekexeyezekexyz????????????电场强度矢量的解05
理想介质中的均匀平面电磁波
0 0 0
4 107 120 377() 1 109 36
在自由空间中传播的电磁波，电场幅度与磁场幅度之比为377。

电磁场期末复习资料

____
A．磁场随时间变化
B．回路运动
C．磁场分布不均匀
D．同时选择 A 和 B
10.两个同频同方向传播，极化方向相互垂直的线极化波合成一个椭圆极化波，则一
定有____ __
A．两者的相位差不为 0 和π
B．两者振幅不同
C．两者的相位差不为±π/2
D．同时选择 A 和 B
二、填空题（共 21 分）
第 11 页共 35页
四、（12 分）同心导体球形电容器内球半径为 a，外球半径为 b，厚度可以忽略。内、外球之
间的下半部分填充介电常数为 ε 的电介质，内球带电荷 Q，如题图 2-1 所示。试求：（1）空间的场强分场；（2）空间的电位分布；（3）电容器的电容；（4）系统的静电能量。
第 12 页共 35页
五、（12 分）z < 0 的区域的媒质参数为ε1 = ε0、µ1 = µ0、σ1 = 0 , z > 0 区域的媒质参数为ε2 = 5ε0、µ2 = 20µ0、σ 2 = 0 。
已知在此表面上反射波电场
，透射波电场
）的表面上，，且介质内透射波
波长为真空中入射波波长的，求介质的相对磁导率和相对介电常数。
（4）
一、选择题（共 20 分）
1．在无损耗均匀媒质（电导率为 0，磁导率为μ，介电常数为ε）中，正弦电磁场复矢量
（即向量）H(r)满足亥姆霍兹方程 ∇ 2
ρ H
+
k
2
传播波的电场的 z 分量与 x 方向传播波的电场的 z 分量大小相等、方向相反，则在原点处合
成电场随时间变化的矢端轨迹是
。在轨迹所在的平面上，此轨迹方程为
5、一个长螺线管的半径为 a，单位长度上密绕 n 匝线圈。若铁芯的磁导率为 u,线圈中通有

微波技术

微波技术 1. 介绍在自由空间传播的均匀平面电磁波,举例：TE波，TM波，TEM波是属于电磁波的三种模式。

TE波指电矢量与传播方向垂直，或者说传播方向上没有电矢量。

TM波是指磁矢量与传播方向垂直。

TEM波指电矢量于磁矢量都与传播方向垂直
2.史密斯图（Smith chart）是一款用于电机与电子工程学的图表，主要用于传输线的阻抗匹配上。

一条传输线（transmission line）的阻抗（impedance）会随其物理长度而改变，要设计一套阻抗匹配（Impedance matching）的电路。

史密斯图的基本在于以下的算式
当中的Γ代表其线路的反射系数（reflection coefficient），即S参数（S-parameter）里的S11，是归一负载（normalized impedance）值，即。

当中，
是电路的负载值
是传输线的特性阻抗值，通常会使用50Ω。

图表中的圆形线代表电阻抗力的实数值，即电阻值，中间的横线与向上和向下散出的线则代表电阻抗力的虚数值，即由电容或电感在高频下所产生的阻力，当中向上的是正数，向下的
是负数。

图表最中间的点（1+j0）代表一个已匹配（matched）的电阻数值（），同时其
反射系数的值会是零。

图表的边缘代表其反射系数的长度是1，即100%反射。

在图边的数字代表反射系数的角度（0-180度）和波长（由零至半个波长）。

均匀平面波的概念和波动方程

6.2均匀平面电磁波的概念和特性
1, 均匀平面电磁波的概念
2, 时变电磁场的波动方程
3, 均匀平面波的特性
什么是电磁波?
在自由空间，麦克斯韦方程:
可见：
Jc=。，Pv =。
VxH = e — dt
V7百一渔
N xE = —//-dt
时变的电场可以产生时变的磁场，时变的磁场又可以产生时变的磁电场，同时在空间上向邻近点推移，这样就产生了以一定速度向前传播的电磁波动。
(4)均匀平面电磁波：
任意时刻，如果在平面等相位面上，每一点的电场强度均相同, 这种电磁波:
Vx H = J +亜 c dt
丿 V x E =--
<
dt
▽ . D = pN
i V.B = o
在自由空间：Jc=O/v=O (Vx H = 8 竺 dt
该电磁波动称为电磁波。
例如：水波
问题：一个点源所发射的电磁波的等相位面是什么样？
1 ,均匀平面电磁波的概念
(1) 等相位面：
在某一时刻，空间具有相同相位的点构成的面称为等相位面。等相位面又称为波阵面。
(2) 球面波：等相位面是球面的电磁波称为球面波。 (3) 平面波：等相位面是平面的电磁波称为平面电磁波。
可见：HZ与时间t无关，不属于时变场部分。Hz = 0 结论：磁场只有Hx和
Hy分量，说明磁场矢量也位于xOy平面上。
磁场强度可表示为：亘二jHx+ayH
结论: 对传播方向而言，电场和磁场只有横向分量，没有纵向分量,
这种平面电磁波称为横电磁波，简写为TEM波。
小结：
1、均匀平面电磁波的概念 2、时变电磁场的波动方程
D= 8E B=

电磁场与电磁波复习题(含答案)

电磁场与电磁波复习题一、填空题1、矢量的通量物理含义是矢量穿过曲面的矢量线总数，散度的物理意义矢量场中任意一点处通量对体积的变化率。

散度与通量的关系是矢量场中任意一点处通量对体积的变化率。

2、散度在直角坐标系的表达式 z A y A x A z yxA A ∂∂∂∂∂∂++=⋅∇= div ；散度在圆柱坐标系下的表达；3、矢量函数的环量定义矢量A 沿空间有向闭合曲线C 的线积分，旋度的定义过点P 作一微小曲面S,它的边界曲线记为L,面的法线方与曲线绕向成右手螺旋法则。

当S 点P 时,存在极限环量密度。

二者的关系n dS dC e A ⋅=rot ；旋度的物理意义点P 的旋度的大小是该点环量密度的最大值；点P 的旋度的方向是该点最大环量密度的方向。

4.矢量的旋度在直角坐标系下的表达式。

5、梯度的物理意义标量场的梯度是一个矢量,是空间坐标点的函数。

梯度的大小为该点标量函数ϕ的最大变化率，即该点最大方向导数;梯度的方向为该点最大方向导数的方向,即与等值线（面）相垂直的方向，它指向函数的增加方向等值面、方向导数与梯度的关系是梯度的大小为该点标量函数ϕ的最大变化率，即该点最大方向导数;梯度的方向为该点最大方向导数的方向,即与等值线（面）相垂直的方向，它指向函数的增加方向.； 6、用方向余弦cos ,cos ,cos αβγ写出直角坐标系中单位矢量l e 的表达式； 7、直角坐标系下方向导数u ∂的数学表达式是cos cos cos l αβγ∂∂∂∂∂∂∂∂ｕｕｕｕ＝＋＋ｘｙｚ，梯度的表达式x y z G e e e grad x y z φφφφφ∂∂∂=++=∇=∂∂∂；8、亥姆霍兹定理的表述在有限区域内，矢量场由它的散度、旋度及边界条件唯一地确定，说明的问题是矢量场的散度应满足的关系及旋度应满足的关系决定了矢量场的基本性质。

9、麦克斯韦方程组的积分形式分别为0()s l s s l s D dS Q B E dl dS t B dS D H dl J dS t ⋅=∂⋅=-⋅∂=∂=+⋅∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰其物理描述分别为10、麦克斯韦方程组的微分形式分别为20E /E /tB 0B //tB c J E ρεε∇⋅=∇⨯=-∂∂∇⋅=∇⨯=+∂∂其物理意义分别为 11、时谐场是激励源按照单一频率随时间作正弦变化时所激发的也随时间按照正弦变化的场，一般采用时谐场来分析时变电磁场的一般规律，是因为任何时变周期函数都可以用正弦函数表示的傅里叶级数来表示；在线性条件下，可以使用叠加原理。

研究生入学考试电磁场与电磁波-试卷7_真题-无答案

研究生入学考试（电磁场与电磁波）-试卷7(总分60,考试时间90分钟)1. 计算题1. 有一均匀平面波在μ=μ0、ε=4ε0、σ=0的媒质中传播，其电场强度E=若已知平面波的频率f=150 MHz，平均功率密度为0．265μW／m2。

试求：(1)电磁波的波数、相速、波长和波阻抗；(2)t=0、z=0时的电场E(0，0)值；(3)经过t=0．1μs后，电场E(0，0)值出现在什么位置?2. 在自由空间传播的均匀平面波的电场强度复矢量为试求：(1)平面波的传播方向和频率；(2)波的极化方式；(3)磁场强度H；(4)流过与传播方向垂直的单位面积的平均功率。

3. 在空气中，一均匀平面波的波长为12 cm，当该波进入某无损耗媒质中传播时，其波长减小为8 cm，且已知在媒质中的E和H的振幅分别为50 V／m和0．1 A／m。

求该平面波的频率和媒质的相对磁导率和相对介电常数。

4. 均匀平面波的磁场强度H的振幅为A／m，在自由空间沿-ez方向传播，其相位常数β=30 rad／m。

当t=0、z=0时，H在一ey方向。

(1)写出E和H的表达式；(2)求频率和波长。

5. 已知在自由空间传播的均匀平面波的磁场强度为H(z，t)=(ex+ey)×0．8 cos(6π×108t 一2πz)A／m (1)求该均匀平面波的频率、波长、相位常数和相速；(2)求与H(z，t)相伴的电场强度E(z，t)；(3)计算瞬时坡印廷矢量。

6. 频率为100 MHz的正弦均匀平面波，沿ez方向传播，在自由空间点P(4，一2，6)的电场强度为E=100ex一70eyV／m，求(1)t=0，P点的|E|；(2)t=1 ns时，P点的|E|；(3)t=2 ns时，点Q(3，5，8)的|E|。

7. 有一频率为100 MHz、沿y方向极化的均匀平面波从空气(x＜0区域)中垂直入射到位于x=0的理想导体板上。

设入射波电场Ei的振幅为10 V／m，试求：(1)入射波电场Ei和磁场Hi的复矢量；(2)反射波电场Er和磁场Hr的复矢量；(3)合成波电场E1和磁场H1的复矢量；(4)距离导体平面最近的合成波电场E1为零的位置；(5)距离导体平面最近的合成波电场H1为零的位置。

电磁场与波第5章均匀平面波在无界空间中的传播

co s t k z E ym sin t k z 2
对两式求平方再相加，得
E x z, t
2
E xm
2

E y z, t
2
E ym
2
1
标准正椭圆方程
在 z = 0的平面上考察合成波，并取“＋”，即＝ /2，得
E ym 电场与 x 轴的夹角 arctan tan t 随时间变化 E xm
t t t t t 0 , t 0 , E E xm , 0 1 4 1 2 3 4 T,t
磁场表示式为 H z =
得 S 1
1
0
ex E z ey
50 377
e
jk z
A
m

Re E z H z 2
50 jk z 1 2500 - jk z R e e x 50 e ey e ez W m 2 2 377 2 377 1
P0 O

E i

E 0e
jk

r en z
Ei r

E 0e
jk r e n j k r

y
电场的某一分量
E i r , t E 0e
E 0e
j t k r
类似地

E r , t E 0e
H r , t H 0e
E x z E 0e
jk z

E x z E 0e
E x z , t E 0 co s t k z

《电磁场理论》练习题与参考答案(最新版)

第1~2章矢量分析宏观电磁现象的基本规律1. 设：直角坐标系中，标量场zx yz xy u ++=的梯度为A，则M （1，1，1）处A= ，=⨯∇A 0 。

2. 已知矢量场xz e xy e z y e A z y x ˆ4ˆ)(ˆ2+++= ，则在M （1，1，1）处=⋅∇A 9 。

3. 亥姆霍兹定理指出，若唯一地确定一个矢量场（场量为A），则必须同时给定该场矢量的旋度及散度。

4. 任一矢量场在无限大空间不可能既是无源场又是无旋场，但在局部空间可以有以及。

5. 写出线性和各项同性介质中场量D 、E 、B 、H、J 所满足的方程（结构方程）：。

6. 电流连续性方程的微分和积分形式分别为和。

7. 设理想导体的表面A 的电场强度为E 、磁场强度为B，则（a ）E 、B皆与A 垂直。

（b ）E 与A 垂直，B与A 平行。

（c ）E 与A 平行，B与A 垂直。

（d ）E 、B 皆与A 平行。

答案：B8. 两种不同的理想介质的交界面上，（A ）1212 , E E H H ==（B ）1212 , n n n n E E H H == (C) 1212 , t t t t E E H H == (D) 1212 , t t n n E E H H ==答案：C9. 设自由真空区域电场强度(V/m) )sin(ˆ0βz ωt E eE y -=，其中0E 、ω、β为常数。

则空间位移电流密度d J（A/m 2）为：ˆˆˆ222x y z e e e ++A⋅∇A ⨯∇E J H B E Dσ=μ=ε= , ,t q S d J S ∂∂-=⋅⎰ t J ∂ρ∂-=⋅∇ 0A ∇⋅=0A ∇⨯=（a ） )cos(ˆ0βz ωt E ey - （b ） )cos(ˆ0βz ωt ωE e y -（c ） )cos(ˆ00βz ωt E ωey -ε （d ） )cos(ˆ0βz ωt βE e y -- 答案：C 10. 已知无限大空间的相对介电常数为4=εr ，电场强度(V/m) 2cos ˆ0dxeE x πρ= ，其中0ρ、d 为常数。

均匀无界空间中平面电磁波的传播

Er (rr
)
r Eme
r jkc
rr
r ern rr j ern rr E e e m
r H
(rr
)
r H
m
e
r jkc
rr
r ern rr jern rr H e e m
r kc
erxkcx
erykcy
erzkcz
ernkc
r Em
r ex
Emx
e
jex
r ey
Emy
e
jey
r ez
媒质的本征阻抗为复数，电场与磁场不同相位，磁场滞后
于电场角；
在波的传播过程中，电场与磁场的振幅呈指数衰减；
波的传播速度（相度）不仅与媒质参数有关，而且与频率有关（有色散）。
第13讲均匀无界空间中平面电磁波的传播
弱导电媒质中的均匀平面波
弱导电媒质： 1
2
c
c
(1 )1/2 j
4 4 π rad/m 3
由于t = 0、z =1/8 m 时，电场达到幅值，得
kz 4π 1 π
386
第13讲均匀无界空间中平面电磁波的传播
所以
r E(z,t)
erx104
cos(2π
108 t
4π 3
z
π) 6
erx104
cos[2π
108
t
4π 3
(
z
1 8
)]
V/m
磁场强度的瞬时表示式为
理想介质，导电媒质
Who —— 源依从关系：无源区域
What —— 场依从关系：均匀平面波
Which —— 求解方法：
解波动方程

电磁场与电磁波自测题集(8套)2

自测题八一、填空题（每题２分.共１０分）１、已知真空中有恒定电流J(r).则空间任意点磁感应强度B的旋度为。

２、极化方向既不平行也不垂直于入射面的线极化波斜入射在一个无限大介质平面上.__________________时反射波只有平行极化分量。

３、自由空间中原点处的源（ρ或J）在t时刻发生变化.此变化将在时刻影响到ｒ处的位函数（ψ或Ａ）。

４、在球坐标系中.电偶极子辐射场（远场）的空间分布与坐标的关系是_______。

５、已知体积为Ｖ的介质的介电常数为ε.其中的静电荷（体密度为ρ）在空间形成电位分布ψ和电场分布E和D.则空间的静电能量密度为。

空间的总静电能量为________________。

二、选择填空题（每题２分.共１０分.每题只能选择一个答案.否则判为错）1、以下关于时变电磁场的叙述中.不正确的是（）。

A．电场是有旋场B．电场和磁场相互激发C．电荷可以激发电场D．磁场是有源场2、以下关于在导电媒质中传播的电磁波的叙述中.正确的是（）。

A．不再是平面波B．电场和磁场不同相C．振幅不变D．以TE波形式传播3、两个载流线圈之间存在互感.对互感没有影响的是（）。

A．线圈的尺寸B．两个线圈的相对位置C．线圈上的电流D．空间介质4、用镜像法求解静电场边值问题时.判断镜像电荷的选取是否正确的根据是（）。

A．镜像电荷是否对称B．电位ψ所满足的方程是否改变C．边界条件是否改变D．同时选择B和C5、区域V全部用非导电媒质填充.当此区域中的电磁场能量减少时.一定是（）。

A．能量流出了区域B．能量在区域中被损耗C．电磁场做了功D．同时选择A和C自测题八答案一、1. μJ(r)2. θ＝θB3. t＋r／c4. ∝sinθ／r二、1.D 2.B 3.C 4.D 5.A自测题七一、填空题（每题2分.共20分；选择填空题每题只能选择一个答案.否则判为错）1、已知真空中的电荷分布为ρ(r).则空间任意点电场强度E的散度为_______。

第5章均匀平面电磁波在无界空间中的传播

kz
x )

1 2
E02
cos2 (t

kz
x )
第2章
可见，任一时刻电场能量密度和磁场能量密度相等，
各为总电磁能量的一半。电磁能量的时间平均值为
wav,e

1 4

E02
,
wav,m

1 4

H
2 0
,
wav

wav,e
wav,m

1 2

E02
均匀平面电磁波的能量传播速度
Sav
第2章
第5章均匀平面波在无界空间的传播
在脱离激励源的区域（无外加的电荷和电
流），媒质 , , 均匀,线性,各向同性。
平面波：波阵面为平面的电磁波（等相位面为平面）。
均匀平面波：等相位面为平面，且
y
在等相位面上，电、磁场场量的振幅、
方向、相位处处相等的电磁波。
波阵面
x
E
波传播方向
o
z
H

2
z

3
)
(V / m)
第2章
（3）平均坡印廷矢量：
Sav

1 2
Re[E H *]

1 2
ex 4e jkz

e 3e
j
kz
3

y
ex
3
40
e j
kz
3

ey
1
10
e jkz

ez
5
16
得到磁场强度： ex ey ez
H j E j