5電磁場與電磁波第六章

第六章平面電磁波均勻平面電磁波是最簡單也是最重要的一種電磁波，是研究其他電磁波的基礎(chǔ)。本章介紹均勻平面電磁波在介質(zhì)中的傳播，反射和折射的規(guī)律。電磁波的分類：根據(jù)波前形狀分為平面波，柱面波和球面波。均勻平面波：波前為平面，且波前每一點(diǎn)的振幅處處相等。6.1無損耗介質(zhì)（理想介質(zhì)）中的平面電磁波設(shè)：均勻平面波沿+z軸方向傳播。不考慮不隨時(shí)間變化的恒定分量：兩組獨(dú)立的分量波：，設(shè)：由場波動(dòng)方程：解：入射波：帶入：介質(zhì)波阻抗真空波阻抗同理有：一般有：正弦場均勻平面波：解：相速度：相位常數(shù)/波數(shù)/波矢量的大小TEM波.

與,與構(gòu)成兩組分量波，每組分量波均含入射和反射波。3.入射和反射波以相同的速度沿相反的方向傳播。電、磁場之間有確定的關(guān)系：電磁波在傳播過程中振幅不衰減，能量沿波的傳播方向流動(dòng)，沿途無損耗。均勻平面波在理想介質(zhì)中的傳播規(guī)律：6.2導(dǎo)電介質(zhì)（有損耗介質(zhì)）中的平面電磁波等效介電常數(shù):運(yùn)用等效介電常數(shù)，導(dǎo)電介質(zhì)的方程形式與理想介質(zhì)相同。同理：對(duì)沿+z軸方向傳播的均勻平面波有并且形成兩組獨(dú)立的分量波：電場和磁場復(fù)振幅之間有確定的關(guān)系：——衰減常數(shù)——相位常數(shù)相速度：均勻平面波在導(dǎo)電介質(zhì)中的傳播規(guī)律：TEM波.

與,與構(gòu)成兩組分量波，每組分量波均含入射和反射波。3.入射和反射波以相同的速度沿相反的方向傳播。電、磁場復(fù)振幅之間有確定的關(guān)系：電磁場在傳播過程中振幅指數(shù)衰減，能量沿波的傳播方向流動(dòng)，沿途有損耗。低損耗介質(zhì)：除微弱的損耗引起的振幅衰減外，與理想介質(zhì)中均勻平面波的傳播特性相同。高損耗介質(zhì)（良導(dǎo)體）：趨膚效應(yīng)：高頻電磁波進(jìn)入良導(dǎo)體中迅速衰減，只存在導(dǎo)體表面的一個(gè)薄層內(nèi)的現(xiàn)象。趨膚深度：6.3電磁波的極化時(shí)變電磁場中電場強(qiáng)度是隨時(shí)間變化的，其變化規(guī)律用極化的概念來描述。根據(jù)空間某一點(diǎn)電場強(qiáng)度矢量末端隨時(shí)間的變化軌跡，均勻平面波的極化分為：直線極化，圓極化和橢圓極化三種極化方式。1.

直線極化：設(shè)在原點(diǎn)：，2圓極化：設(shè)在原點(diǎn)：3橢圓極化：一般設(shè)在原點(diǎn)：——橢圓方程橢圓極化是一般的極化方式，線極化和圓極化是特殊的橢圓極化。任意平面波可分解為兩個(gè)線極化波；任意線極化波可分解為兩個(gè)振幅相同，旋轉(zhuǎn)方向相反的圓極化波。右（左）旋極化：電場強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)方向與波的傳播方向服從（不服從）右手定則的圓或橢圓極化。右旋極化左旋極化6.4電磁波的色散和群速相速：單一頻率的電磁波相位（或狀態(tài)）移動(dòng)的速度。一般：或沿x，y，或z方向的相速：沿其他方向的相速大于沿波的傳播方向的相速，意味著沿某些方向的相速可以大于光速。波速：沿波的傳播方向上的相速。波速的最大值是光速。相速可以大于光速。相速只是一種現(xiàn)象或狀態(tài)傳播的速度，并不代表能量和信號(hào)傳播的速度。群速：實(shí)際上單一頻率的電磁波是不存在的，即使是單色光源或調(diào)諧銳度極高的無線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，處理的仍然是有限寬的頻帶。另外信號(hào)的傳輸也不能用單一頻率的電磁波，必須對(duì)高頻載波用低頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其振幅，相位或頻率隨信號(hào)變化，形成以載波為中心的合成波群。如調(diào)幅波，合成波是振幅受調(diào)制的包絡(luò)波。包絡(luò)運(yùn)動(dòng)的速度。可以證明：群速的概念使用于頻帶窄的波群在非強(qiáng)色散的介質(zhì)中傳播的情形。無色散介質(zhì)：（信號(hào)不失真）正常色散介質(zhì)：非正常色散介質(zhì)：6.5均勻平面電磁波向平面分界面的垂直入射當(dāng)電磁波傳播過程中遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，電磁波的行為同樣服從Maxwell方程，即其在邊界上的形式——邊界條件。這時(shí)電磁波發(fā)生反射和折射。在入射介質(zhì)中有入射波和反射波，折射波進(jìn)入下一種介質(zhì)。根據(jù)邊界條件可以確定反射波與入射波的關(guān)系，以及折射波與入射波的關(guān)系。在均勻，線性，各向同性介質(zhì)中正弦場：與,與構(gòu)成兩組分量波對(duì)沿+z軸方向傳播的均勻平面波：介質(zhì)1：介質(zhì)2：邊界條件：界面反射系數(shù)：透射