《电磁场》课程教学课件（PPT讲稿，电磁场与电磁波）第六章 平面电磁波传播

平面电淋波的传滑 第6章平面电磁波的传播 Plane Wave Propagation 重点： 1.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 2.了解均匀平面电磁波在工程中的应用 3.了解均匀平面电磁波斜入射时的传播特性 重点掌握均匀平面电磁波正入射时的传 播特性 下页

第 六 章 平面电磁波的传播 第6章 平面电磁波的传播 Plane Wave Propagation 下 页 1. 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 3. 了解均匀平面电磁波斜入射时的传播特性 ，重点掌握均匀平面电磁波正入射时的传 播特性 ⚫ 重点： 2.了解均匀平面电磁波在工程中的应用

平面电琳波的传橙 6.1电磁波动方程及均匀平面波 Electromagnetic Wave Equation and Uniform Plane Wave 1. 电磁波动方程（Electromagnetic Wave Equation） 研究电磁波脱离了源后的传播特性(p0,0),设媒 质均匀，线性，各向同性，应用麦克斯韦方程 OE 7色4村剂 OH V×VxH=V×(yE+e V(V.H)-V2H=-HY o"n 8t V.B=0 V2H-uY @t a 上页 下页

第 六 章 平面电磁波的传播 6.1 电磁波动方程及均匀平面波 1. 电磁波动方程（ Electromagnetic Wave Equation） 研究电磁波脱离了源后的传播特性（=0，J=0），设媒 质均匀,线性,各向同性，应用麦克斯韦方程 2 2 ( ) t H t H H H   −     − = −       2 t H E    = −     H =  ( ) t E E    +     0 2 2 2 =   −    − t H t H H      Electromagnetic Wave Equation and Uniform Plane Wave B = 0  上 页 下 页 t E E    = +    H  

平面电淋波的传滑 同理 VxVxE=V×(-4 aH 7x月=B E 8t V(V.E)-V2E=-uY OE O"E Ot" 7.D=0 72日-以 a a2日 uE =0 8t 0t2 oe O"E V2E-1 =0 上页下页

第 六 章 平面电磁波的传播 0 2 2 2 =   −    − t t E E E   2 2 2 ( ) t E t E E E   −     − = −       同理 ( ) t H    −  E =   t E H E    = +       D = 0  上 页 下 页 0 0 H H H 2 2 2 2 2 2 =   −    − =   −    − t E t E E t t          

平面电效波的传滑 VH-jouyH+@usH=0 正弦稳 V E-jouyE+o'ueE=0 态方程 2.均匀平面波(Uniform Plane Wave) 电磁波传播过程中，对应每一时刻比 相同相位的点构成等相位面（波阵面）。 电磁波称为平面电磁波，等相位面上每 平面电磁波称为均匀平面电磁波。 均匀平面波的特点： ① 等相位面上各点的E、H相等， 场量仅是传播方向的函数。 上页 下页

第 六 章 平面电磁波的传播 2. 均匀平面波（Uniform Plane Wave） 均匀平面波的特点： 上 页 下 页 0 0 2 2  − + =  − + = • • • • • • E j E E H j H H 2 2         正弦稳 态方程 电磁波传播过程中，对应每一时刻t，空间电磁场具有 相同相位的点构成等相位面（波阵面）。等相位面为平面的 电磁波称为平面电磁波，等相位面上每一点的场量均相同的 平面电磁波称为均匀平面电磁波。 ① 等相位面上各点的E、H相等， 场量仅是传播方向的函数

平面电嫩被的传滑 E=E(x,t),H=H(x,t) 即 0 ∂z 波动方程简化为 a日 oh o"H Ox2 -8 =0 Ot 8t2 8"E BE o"e =0 Ot ②均匀平面波为一横电磁波 (TEM波) E, e oH, 又xi= a 0 e, 识。=7正+ Ox Ox at a H, 电场只有 yE.+8 E=0→ E.=E,e0 横向分量 上页 下页

第 六 章 平面电磁波的传播 即 0 , = 0   =   y z 波动方程简化为 E = E(x,t), H = H(x,t) 上 页 下 页 0 x 0 H H x H 2 2 2 2 2 2 2 2 =   −   −   =   −   −   t E t E E t t           ② 均匀平面波为一横电磁波（TEM波） t E e E x e x H H 0 0 y z z y   = +   −   =    =              H H H H x e e e x y z x y z = 0   + t E E x x   = → 0 − t x 0 E E e   电场只有 横向分量

第大1 平面电效波的传滑 e, e E VxE= a a 0 0 Oew=一以 t E E E 磁场只有 H=0 H=C→0 横向分量 8t 结论 均匀平面电磁波的电场和磁 场没有和波传播方向一致的分 量，只有垂直于传播方向的分 量，称为横电磁波(TEM波)。 上页]下页

第 六 章 平面电磁波的传播 上 页 下 页 t H e x E e x E E E E E 0 0 y z z y   = −   −   =    =         x y z x y z x e e e = 0   t H x  H = C →0 x 磁场只有 横向分量 均匀平面电磁波的电场和磁 场没有和波传播方向一致的分 量，只有垂直于传播方向的分 量，称为横电磁波（TEM波)。 结论

平面电淋波的传滑 ③均匀平面波的电场和磁场相互垂直 H.=0 设 E=E aE. ×E= Ox ,=,+He,） 结论 均匀平面电磁波的波动方程可以分为两组互相 独立的方程 a2H, OH, o"H -uy -u8- =0 ar? 8t o"E aE o"e -uy -u =0 Ox? Ot 8"H aH 8'H uE =0 今后讨论的 Ox" t 一组方程 o'e 8"E =0 Ox? 上页 下页

第 六 章 平面电磁波的传播 上 页 下 页 ③ 均匀平面波的电场和磁场相互垂直 设 E = E y (H e H e ) t e x E E z y y z z y     +   = −    =  均匀平面电磁波的波动方程可以分为两组互相 独立的方程 结论        =   −   −   =   −   −   0 0 2 2 2 2 2 2 t t t t z z 2 z y y 2 y E E x E H H x H                =   −   −   =   −   −   0 0 2 2 2 2 2 2 t t t t y y 2 y z z 2 z E E x E H H x H         = 0 H y 今后讨论的 一组方程

平面电嫩波的传橙 对论怕自平面电赋波的意义 ① 实际问题中碰到的一些电磁波可以近似作为均匀平面 电磁波处理。如远离波源处等。 ② 复杂的电磁波可以看作均匀平面电磁波的叠加，因此 均匀平面电磁波的一些特性对于复杂电磁波也有意义， 均匀平面电磁波是研究复杂电磁波的基础。 上页 下页

第 六 章 平面电磁波的传播 上 页 下 页 ① 实际问题中碰到的一些电磁波可以近似作为均匀平面 电磁波处理。如远离波源处等。 讨论均匀平面电磁波的意义 ② 复杂的电磁波可以看作均匀平面电磁波的叠加，因此 均匀平面电磁波的一些特性对于复杂电磁波也有意义， 均匀平面电磁波是研究复杂电磁波的基础

平面电琳波的传滑 6.2理想介质中的均匀平面波 Uniform Plane Wave in Perfect Dielectric 维波动方程的解及其传播特性 理想介质满足Y=0 波动方程简化为 ∂3E,1a2E 0x2 = 02 v2 012 8"H.1 82 H. 维波动方程 0x2 v2 012 通解 月 上页 下页

第 六 章 平面电磁波的传播 1. 一维波动方程的解及其传播特性 通解 ( , ) ( ) ( ) v x E t v x E x t E t y = y − + y + + − ( , ) ( ) ( ) v x H t v x H x t H t z = z − + z + + − 2 2 2 2 2 2 2 1 t E t v E x Ey y y   =   =     2 2 2 2 2 1 t H x v H z z   =   理想介质满足 =0 6.2 理想介质中的均匀平面波 Uniform Plane Wave in Perfect Dielectric 上 页 下 页 波动方程简化为 一 维 波 动 方 程

第大 平面电嫩波的传滑 理想介质中均匀平面波的传播特性 ®E,0=Ey-+E+ 入射波 反射波 由波的定义 E6-=6-之)→4-)=6，-） v=()= 1 电磁波的波速 t,-t △ 真空中v=1/√4=C=3×10m/s ②无论入射波还是反射波E、H、三者相互垂直，满足右手螺 旋关系。电场和磁场满足： E时 E 波阻抗 (欧姆) 上页 下页

第 六 章 平面电磁波的传播   = = − = − − + + z y z y o H E H E Z （ 欧姆 ） 理想介质中均匀平面波的传播特性 电磁波的波速 v 1/ ε μ C 3 10 m/s 8 = 0 0 = =  上 页 下 页 入射波 反射波 ( ) ( ) v x E t v x E t 2 y 2 1 y 1 − = − + + ( , ) ( ) ( ) v x E t v x E x t E t y = y − + y + ① + − t t εμ x x 1 ( ) 2 1 2 1 =   = − − = t x v 真空中 ② 无论入射波还是反射波E、H、v三者相互垂直，满足右手螺 旋关系。电场和磁场满足： 波阻抗 ( ) ( ) v x t v x t 2 2 1 由波的定义 1 − = −