第23讲-电磁波传播知识总结.讲义

电磁波传播知识总结第23讲电磁场理论知识框架电磁场微波电磁波电磁场理论知识组成静态场麦克斯韦方程组静电场天线时变场静态电场静态磁场恒定电场恒定磁场无界空间传播传播效应传播介质电磁辐射麦克斯韦方程组应用在自由空间中传播均匀平面电磁波的传播在分界面产生效应理想介质导电介质场分布与特点极化场分布与特点色散与群速垂直入射斜入射两层介质多层介质理想介质理想导体五、均匀平面电磁波1.均匀平面波在自由空间中传播1.1理想介质中的电波传播波函数任意方向传播的均匀波传播特点波函数TEM波EHz波传播方向均匀平面波波阵面xyo22222200xxyyEkEzEkEz22222200xxyyHkHzHkHz通解jkzjkzxAAzEee)(21(,)Re[(z)e]Re[eee]xjtxxjjkzjtxmEztEE瞬时解0传播特点角频率ω()eexjjkzxxmEzE(,)cos(t-kz+)xxmxEztE周期T频率f波长λ相位常数k时间相位变化2π的时间间隔)s(2T)H(21zTf22,(s)fT21(m)kfrad/m)(2k波阻抗相速v能量密度瞬时玻印亭矢量平均玻印亭矢量)sm(1ddktzv8790011310m/s14101036c()22HE221(,)(,)cos()2zxmxztzteEtkzSEH*211Re[()()]22avzxmzzeESEH理想介质中的均匀平面波的传播特点xyzEHo理想介质中均匀平面波的和EH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为实数，电场与磁场同相位电磁波的相速与频率无关，无色散电场能量密度等于磁场能量密度，能量的传输速度等于相速rejkmjkzmzEEzEee)(沿+z方向传播的均匀平面波0mzEe)(1)(zEezHz)(ee)(zkykxkjmrejkmzyxnEErE0mnEe)(1)(rEerHn沿传播方向的均匀平面波nezzyyxxnkekekekekkekz沿任意方向传播的均匀平面波波传播方向zyxorne等相位面P(x,y,z)yzxo沿＋z方向传播的均匀平面波P(x,y,z)波传播方向r等相位面任意方向传播线极化椭圆极化圆极化极化0,xmymxyEE垂直极化水平极化2xmymxyEE左旋圆极化右旋圆极化(,)xmymxyEE左旋椭圆极化右旋椭圆极化1.2理想介质中电磁波的极化导电媒质中的平面波1.3导电介质中电磁波传播0弱导电媒质中的平面波强导电媒质中的平面波色散和群速导电媒质中的波波动方程方程解有关参数022ΕkΕc()cck()()eeecjkzzjzxxxxmxxmzΕzΕΕΕeeejjkc)cos(e),(ztEetzEzxmx传播常数本征阻抗平均坡印廷矢量ejccc*2211Re[]ecos22zavzxmceESEH2v导电媒质中均匀平面波的传播特点电场强度E、磁场强度H与波的传播方向相互垂直，是横电磁波（TEM波）；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，而与频率有关（有色散）。弱导电媒质中的波12)1(2/1jjj1/2(1)(1)2ccjj2良导电媒质中的波11245(1)e(1)2jjjjjf2o452e(1)jccjffj相速随频率变化包络波的恒定相位点推进速度色散1.4色散和群速群速包络波，速度vg载波，速度vp相速载波的恒定相位点推进速度00pvddgvdd1pppgvvvv2.均匀平面波在在分界面上传播垂直入射斜入射两层介质多层介质垂直极化平行极化导电介质理想导体理想介质场量关系四分之一补偿匹配层半波长介质窗理想介质理想导体反射、折射定律反射、透射系数全反射和全透射2.1两层平面的垂直入射导电介质条件z0中，导电媒质1：111、、z0中，导电媒质2：222、、入射波沿x方向线极化波，从1垂直入射到2结果2212tmcimccEE2121rmccimccEE11111111()ee()eezzimxzzimycEzEeEHze222()e()eztximzimtycEzeEEHze理想导体条件z0中，理想媒质1：1110、、z0中，理想导体2：222、、入射波沿x方向线极化波，从1垂直入射到2结果011111111111()ee2sin2cos()eezzimxximzzimimyycEzEeejEzEEzHzee()0()0ttEzHz*111Re[]02avSEH理想介质条件z0中，理想媒质1：1110、、z0中，理想介质2：2220、、入射波沿x方向线极化波，从1垂直入射到2结果1111111()(ee)()(ee)jzjzximjzjzimyEzEEHzee222()e()ejztximjzimtyEzEEHzee21212212驻波系数(驻波比)S11SSmaxmin11ESE2.2多层平面的垂直入射场量关系条件无损媒质1、2、3：1,2,31,2,3、入射波沿x方向线极化波，从1垂直入射到2，再到3结果11111111111()(ee)()(ee)jzjzximjzjzimyzEEHzEee2222()()2112()()11222()[ee]()(ee)jzdjzdximjzdjzdimyzEEHzEee22()3121()12133()e()ejzdximjzdimyzEEHzEee,111efefdjdj22ee1211,2323223322)tan()tan(eeee23223322222222djdjdjdjdjdjef四分之一补偿匹配层条件介质2：24d入射波沿x方向线极化波，从1垂直入射到2结果10无损媒质1、2、3：1,2,31,2,3、223213ef半波长介质窗条件媒质1、2相同，媒质2厚度为二分之一波长结果31ef1012131tiEE2.3均匀平面波斜入射（理想介质）反射、折射定律ir2211sinsinitknkn反射、透射系数cncviiiiiii212212212sincoscos2sincossincosiiiiiii2121212//2121221212//sin)(cos)(cos)(2sin)(cos)(sin)(cos)(全反射//||||121arcsin,c全透射全透射现象：反射系数为0——无反射波21arctanb布儒斯特角（非磁性媒质）：平行极化波发生全透射2.4均匀平面波斜入射（理想导体）垂直极化波平行极化波01合成波是沿x方向的行波，其振幅沿z方向成驻波分布，是非均匀平面波；合成波电场垂直于传播方向，而磁场则存在x分量，这种波称为横电波，即TE波；合成波的特点////10合成波的特点合成波是沿x方向的行波，其振幅沿z方向成驻波分布，是非均匀平面波；合成波磁场垂直于传播方向，而电场则存在x分量，这种波称为横磁波，即TM波；