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电磁场与电磁波电磁场与电磁波主讲教师：黄文主讲教师：黄文 重庆邮电大学重庆邮电大学 光电工程学院光电工程学院 电磁场与无线技术教学部电磁场与无线技术教学部 Email: 办公室：老办公室：老1教教1403 2复习复习4.损耗媒质中的平面波损耗媒质中的平面波3.平面波的极化平面波的极化5.群速群速6.电磁能流和坡印廷矢量电磁能流和坡印廷矢量1.无损耗媒质中的平面波无损耗媒质中的平面波2.横电磁波横电磁波31.无损耗媒质中的平面波无损耗媒质中的平面波42.横电磁波横电磁波EHan53.损耗媒质中的平面波损耗媒质中的平面波对于良导体对于良导体6 xy线性极化线性极化:相位相同或相反相位相同或相反圆极化圆极化:振幅相同，相位差振幅相同，相位差90900 0 xyxy椭圆极化椭圆极化:振幅不同，相位不同振幅不同，相位不同xyxyxy4.平面波的极化平面波的极化75.群速群速6.电磁能流和坡印矢量电磁能流和坡印矢量8Main topic 平面电磁波平面电磁波2.导体平面边界的斜入射导体平面边界的斜入射1.导体平面边界的垂直入射导体平面边界的垂直入射91.导体平面边界的垂直入射导体平面边界的垂直入射xzyanraniErEiHrHi反射波反射波入射波入射波理想导体理想导体媒质媒质 2(2=)媒介媒介 1(1=0)z=0考考虑虑图图中中的的情情况况，其其入入射射波波沿沿着着+z方方向向传传播播，且且边边界界面面为为z=0的的平平面面。入入射射的的电电场场强强度度和和磁磁场场强强度度相量分别为相量分别为在在媒媒质质2（理理想想导导体体）中中，电电场场和和磁磁场场均为均为零零。10入射波被反射后，产生入射波被反射后，产生反射波反射波(Er,Hr)。反射电场强度可写为。反射电场强度可写为媒质媒质1中的中的总总电场强度为电场强度为 Ei 与与Er 之之和和:在边界在边界z=0处，处，E场的切向分量的场的切向分量的连续性连续性要求要求从而得从而得 Er0=Ei0。因此，。因此，11可得与可得与Er相伴的反射波的磁场强度相伴的反射波的磁场强度Hr可得媒质可得媒质1中的中的总磁场强度总磁场强度:12在在媒质媒质1 中与总电磁场相伴的中与总电磁场相伴的平均功率平均功率为为为为了了研研究究媒媒质质1中中总总场场的的空空时时特特性性，写写出出与与电电场场强强度度相相量量和和磁磁场场强强度相量对应的度相量对应的 瞬时表达式瞬时表达式:13在在媒媒质质1中中的的合合成成波波不不是是行行波波，是是驻驻波波，是是两两个个沿沿相相反反方方向向传传播播的的行行波波的的叠叠加加。注注意意以以下下三三点点：(1)在在导导体体边边界界(Er0=-Ei0)或或在在距距边边界界的的距距离离为为/2 的的倍倍数数的的点点时时，E1 为为零零;(2)在在导导体体边边界界上上H1 有有最最大大值值(Hr0=Hi0=Ei0/1);(3)E1和和H1的的驻驻波波在在时时间间上上有有/2的的相相移移（相相位位差差为为900），在空间上二者又错开），在空间上二者又错开/4。14Example 8-9 P263yxzanraniErEiHrHi反射波反射波入射波入射波理想导体理想导体媒质媒质 2(2=)媒质媒质 1(1=0)x=015162.导体平面边界的斜入射导体平面边界的斜入射当当均均匀匀平平面面波波斜斜入入射射到到导导体体平平面面时时，反反射射波波的的特特性性取取决决于于入入射射波波的的极极化化。为为了了确确定定 Ei 的的方方向向，将将入入射射面面定定义义为为入入射射波波传传播播方方向向的的矢矢量量与与边边界界面面的的法法线线构构成成的的平平面面。因因为为沿沿任任意意方方向向极极化化的的Ei总总可可以以分分解解成成两两个个分分量量-一一个个分分量量垂垂直直于于入入射射面面，另另一一个个分分量量平平行行于于入入射射面面，将将分分别别讨讨论论这两种情况。这两种分量情况的叠加就得了一般情况。这两种情况。这两种分量情况的叠加就得了一般情况。1 12 2xzyNormaltRefracted waveReflected waveriIncident wave172.1 垂直极化垂直极化在在垂垂直直极极化化情情况况下下，Ei垂垂直直于于入入射射面面,如如图所示。注意图所示。注意得到，得到，i r理想导体理想导体E iE rH iH rzxO媒质媒质 1(1=0)z=0anianr反射波反射波入射波入射波18对于对于反射波反射波，得到得到在边界面在边界面z=0上，总电场强度为上，总电场强度为零零。因此，。因此，变为变为为为使使这这一一关关系系对对所所有有的的 x 值值均均成成立立，必必须须有有Ero=-Eio 和和匹匹配配相相位位项项，即即 r=i 。后后一一个个关关系系式式表表明明反反射射角角等等于于入入射射角角，这这就就是是斯斯涅涅尔尔反反射定律。射定律。19相应的相应的 Hr(x,z)为为将入射场与反射场相加就求得将入射场与反射场相加就求得总总场。得场。得20 i r理想导体理想导体E iE rH iH rzx媒质媒质 1(1=0)z=0anianr反射波反射波入射波入射波y i r理想导体理想导体E iE rH iH rzx媒质媒质 1(1=0)z=0anianr反射波反射波入射波入射波y21 i rPerfect conductorE iE rH iH rzxMedium 1(1=0)z=0anianrReflected waveIncident wavey221.在在垂垂直直于于边边界界的的方方向向(z 方方向向)上上，Ely和和 H1x,分分别别为为以以sin lzz 和和cos lzz 分分布布的的驻驻波波，其其中中 lz=I cos i。因因为为Ely和和HIx在在时时间间上上有有900 的的相相位位差差，所所以以在在这这个个方方向向上上没没有有传播平均功率。传播平均功率。可得到垂直极化的均匀平面波斜入射到导体平面边界的以下结论：可得到垂直极化的均匀平面波斜入射到导体平面边界的以下结论：2.在在平平行行于于边边界界的的方方向向(x方方向向)上上，E1y 和和H1x在在时时间间和和空空间间相相位位均均相相同同，并并以以下下述相速传播述相速传播 i r理想导体理想导体E iE rH iH rzx媒质媒质 1(1=0)z=0anianr反射波反射波入射波入射波y23 i rPerfect conductorE iE rH iH rzxMedium 1(1=0)z=0anianrReflected waveIncident wavey3.沿沿x方方向向传传播播的的波波的的振振幅幅随随着着z的的变变化化而而变变化化，所以它为所以它为非均匀非均匀平面波。平面波。4.当当sin(1z cos i)=0 或者或者处处，而而不不改改变变导导体体板板与与导导体体分分界界面面z=0之之间间的场图。的场图。时，对于所有的时，对于所有的x，E1=0，所以可将一导体板所以可将一导体板插入插入24ExO1=02=xzInfinite,perfectly conducting planeTE Wave HESxz导导体体板板与与原原来来的的导导体体平平面面边边界界之之间间的的场场图图并并不不改改变变，此此时时电电场场在在两两个个导导体体平平面面之之间间来来回回反反射射，形形成成沿沿x x方方向向传传播播的的波波。这这种种波波称称为为横横电电(TE)(TE)波波(E E1z1z=0=0)。据据此此可可构构成成一一种种平行板波导平行板波导。25Example 8-10 266 i rPerfect conductorE iE rH iH rzxMedium 1(1=0)z=0anianrReflected waveIncident wavey262.2 平行板化平行板化现现在在考考虑虑当当均均匀匀平平面面波波斜斜入入射射到到一一个个理理想想导导电电平平面面边边界界时时，Ei在在入入射射 面内面内的情况，如图所示。的情况，如图所示。z=0 i rPerfect conductorE iE rH iH rzxMedium 1(1=0)anianrReflected waveIncident wavey对于入射波，可得对于入射波，可得反射波有如下相量表达式反射波有如下相量表达式27在在z=0 的的理理想想导导体体的的表表面面，对对于于所所有有的的x,总总电电场场强强度度的的切切向向分分量量必必须为零。得，须为零。得，其中要求其中要求Ero=-Eio 和和 r=i.媒质媒质1中的总电场强度为入射场和反射场的和。得中的总电场强度为入射场和反射场的和。得28 i rPerfect conductorE iE rH iH rzxMedium 1(1=0)z=0anianrReflected waveIncident waveyz=0 i rPerfect conductorE iE rH iH rzxMedium 1(1=0)anianrReflected waveIncident wavey29 i rPerfect conductorE iE rH iH rzxMedium 1(1=0)z=0anianrReflected waveIncident wavey30ExO1=02=xzInfinite,perfectly conducting planeTM WaveHESxyz31总结总结1.导体平面边界的垂直入射导体平面边界的垂直入射xzyanraniErEiHrHi反射波反射波入射波入射波理想导体理想导体媒质媒质 2(2=)媒质媒质 1(1=0)z=0322.导体平面边界的斜入射导体平面边界的斜入射 i r理想导体理想导体E iE rH iH rzx媒质媒质 1(1=0)z=0anianr反射波反射波入射波入射波y i r理想导体理想导体E iE rH iH rzx媒质媒质 1(1=0)z=0anianr反射波反射波入射波入射波y33homeworkThank you!Bye-bye!答疑安排答疑安排时间：时间：地点：地点：P.8-21;
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