正弦电磁场期末问答题及答案.doc

1. 何为无源、线性、均匀及各向同性媒质？无源媒质：外加电流与磁流均为零，电导率为零。， ， 线性媒质：阻抗率和导纳率不依赖于和。 均匀媒质：阻抗率和导纳率不依赖于位置。 各向同性媒质：阻抗率和导纳率是标量。2. 什么是平面波？均匀平面波？同相均匀平面波？非均匀平面波？ 平面波：等相位面是平面的波。均匀平面波：在一套等相面的平面上， 和的相位、振幅都是固定的。同相均匀平面波：和是同相的均匀平面波，即和在任何一点都有相同的相位。非均匀平面波：等相位面与等振幅面不在同一平面上的平面波。3. 非理想介质（有耗介质及导电媒质）中波传播与理想介质中的波传播有什么不同？1）在理想介质中：波数是实数，即波传播过程中无损耗，且和同相；波阻抗是实数。2）在非理想介质中：l 有耗介质：波数是复数，即行波在传输时，振幅是按照e-kz而衰减的，但仍为均匀、线性平面偏振波，且和不同相；波阻抗是复数。l 导电媒质 电导率越大，则越大，即振幅沿传播方向衰减越快；越大，即沿传播方向相位改变越快。电磁波穿入多深就在距表面多深的薄层内引起高频电流。波阻抗R与表面电阻Rs相等。反射系数趋于-1，透射系数趋于0。4. 波阻抗及特性阻抗、等效阻抗的区别（定义及特性）？1） 波阻抗：；其中，E、H为总场。Zz与传输特性有关，不同反射时的波阻抗不同。定义为在自由空间或波导内任一点的电磁波的电场强度各分量和磁场强度各分量之比。对无界空间，为固有波阻抗，可表征介质的材料特性。在真空中，波阻抗2） 特性阻抗： 定义为行波在无限长的均匀传输线上传播时,任意横截面内的电场与磁场之比。特性阻抗是传输线本身的特性，即固有阻抗，与所接负载无关，只与传输线形状、尺寸及传输模式有关。3） 等效阻抗：一个二端口的电路，从端口看去，可以用一个阻值与其输入电阻相等的电阻代替，从而简化计算。波导在行波状态下的等效电压与等效电流之比。常用于处理匹配问题。等效阻抗与波导尺寸、截止波长等有关。5. 比较（2-29）的圆偏振均匀平面驻波场与（2-21）的线偏振均匀平面驻波场的区别。线偏振驻波场中，圆偏振驻波场；圆偏振驻波场的形成： 由 令； 代入可求得： 可见，该场为正向传输的左旋圆偏振波与反向传输的右旋圆偏振波的叠加。两种驻波场的场振幅、电磁能密度均为位置的函数，且在最大处，最小，故都是驻波场。两种驻波场均无能量传输，坡印廷矢量的时间平均值为0。但是，圆偏振驻波场的偏振面固定，不随t、z变化，且每一点的、随时间变化，最大时，最小；随位置变化，时间平均值为0；线偏振驻波场矢量随t变化，是旋转场，但、与时间无关；在任何t、z处，不产生能量的谐振。6. 介质表面产生全反射的条件是什么？介质表面的全反射与理想导体表面的全反射有何相同与不同？1） 介质表面产生全反射的条件是波从光密媒质入射到光疏媒质，且入射角大于临界角。即，2） 在介质表面的全反射与理想导体表面的全反射，即能量都是全部反射。但是，在介质表面的全反射，一般情况下，也就是说区域（2）的场并不是0，仍有场透入分界面，但透入后为雕落场。其传输常数随透入深度指数减小。在时，。理想导体表面的全反射，即，也就是说，不管入射角如何，波都可以认为是向导体内垂直传播的。反射系数的相角为在时，有。7. 任意方向偏振的平面线偏振波入射到理想介质分界面后，其反射波的偏振面是否随入射角的变化而变化？其反射波是否仍为平面线偏振波？1） 垂直入射：反射波仍为平面线偏振波，与入射波一致。2） 斜入射：我们将平面线偏振波分解为E/边界面和H/边界面两个分量。时，合成后的反射波的偏振面一般与入射波不再相同，且偏振面随入射角的变化而变化。当时，H/边界面的波产生全透射，此时，反射波的偏振面为平行分界面。 当时，反射波仍为线偏振波。当波从光密介质入射到光疏介质中，若，产生全反射，。通常情况下，当时，反射波为椭圆偏振波； 当且仅当；时，为圆偏振波。8. 如何使一圆偏振波变为线偏振波？反之，如何使线偏振波变为圆偏振波？由于圆偏振波是两个能互相独立存在的线偏振波之和，故线偏振波在介质分界面上反生一次全反射，且满足1）入射波的电场与入射面成45角，2）调节入射角，使相位差的条件下，可以获得圆偏振波。9. 传输线上存在哪三种工作状态？各有什么特点？说明其产生原因及用途。传输线的三种工作状态：1） 行波：端接匹配负载（）或传输线为无限长。特点： 1. V、I（或E、H）的振幅恒定不变，E、H同相，相位随距离增加而不断滞后； 2. 传输线上的输入阻抗处处相等，且均等于特性阻抗； 3. 传输功率全部被负载吸收，无反射。即，传输线上各处；。2） 驻波：终端短路、开路或接纯电抗负载。特点： 1. V、I（或E、H）的振幅随位置的变化而变化，但有固定的、，且相邻两最小值之间的距离为，相邻最大值和最小值之间的距离为； 2. V、I在时间、空间上均相差，即当V达到最大时，I取得最小值； 3. 负载不吸收功率；3） 行驻波：端接任意负载；特点：1. 既有行波成分，也有驻波成分。部分反射， 2. 输入阻抗沿传输线做周期变化，在波节、波腹处，为实数；其他点阻抗为复数。 3. 传输线上功率部分被负载吸收，部分反射回信号源。 4. 电压和电流的振幅是位置的函数，有波腹点和波谷点，但波谷点值不为0。用途：1）金属绝缘支架 2）均匀无耗线构成的调谐回路 3）单向传输 4）各种电抗性的电抗元件 5）电阻变换器10. 传输线中可能存在哪些工作模式？各有什么特点？矩形波导中TE10模有哪些主要特性？传输线上可能存在TE模、TM模、TEM模三种工作模式。TEM模：Hz=Ez=0，Kc=0，fc=0，vg=vc，TE模：Ez=0，Hz0，kc0， ， TM模：Hz=0，Ez0，kc0，TE10模的主要特性： 1），是矩形波导的主模，在实际中广泛应用。 2）， 3）场结构 电场只有一个分量，在传播方向上没有分量；磁场在传播方向和与传播方向垂直的平面上均有场分量。各场分量沿宽边a半个驻波分布，沿窄边b均匀分布。 如一平面波入射到某一介质分界面，入射功率为P0。若已知反射系数为，透射系数为T，则反射功率为，透射功率为，对否？为什么？不完全对，反射功率为，但是当且仅当时，。 由坡印廷矢量求得入射功率、反射功率、透射功率分别为 当且仅当时，成立。11. 电磁波入射到多层介质分界面，试给出求反射系数与透射系数的一般方法。法一：由齐次波动方程解的一般形式，可知 各区域中再利用边界条件的连续性条件求出各系数。法二：通过分析电磁波在各介质界面处及介质层的传播行为，建立介质层的传输矩阵及整个多层介质的传输矩阵，导出传输方程，进而可得到多层介质的反射系数和透射系数。12. k和有什么区别？对于无耗媒质，k=0（即k为实数），一定是实数吗？为媒质固有波数，即为无界空间平面波传输常数。它与媒质特性、工作频率有关。K=k-jk，其中k为固有相位常数，k为固有衰减常数。因此，无耗媒质，k=0，为沿z方向（导行波方向）上的传输常数，其中，为衰减常数，为相位常数。介质有耗，或波导壁不理想，则。，kc为截止波数。如果是无耗介质，可以得到由于与kc有关，也与工作频率有关。因此，即使介质无耗，也不一定为0，即不一定是实数。