第6章 平面電磁波

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1、電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波第第6 6章章 平面電磁波平面電磁波引言一、平面電磁波的概念三、平面電磁波在無(wú)耗介質(zhì)中的傳播特性二、均勻平面波的特性 四、均勻平面波在有耗媒質(zhì)中的傳播規(guī)律五、均勻平面波的極化特性六、均勻平面波對(duì)平面邊界的垂直入射七、多層介質(zhì)分界面上的垂直入射八、均勻平面波對(duì)平面邊界的斜入射九、電磁波的應(yīng)用電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波引言引言 隱身飛機(jī)是怎么隱身的？隱身飛機(jī)是怎么隱身的？隱身大體可以分為三種：1.視覺隱身（或光學(xué)隱身） 光線彎曲，透視等。2.紅外隱身 紅外輻射屏蔽。3.電磁隱身（或雷達(dá)隱身） 外形整體設(shè)計(jì)

2、，涂敷吸波材料，面阻抗加載等。電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波F22隱身戰(zhàn)斗機(jī)電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波例如：水波問題

3、：一個(gè)點(diǎn)源所發(fā)射的電磁波的等相位面是什么樣？電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波1.1.等相位面：等相位面： 在某一時(shí)刻，空間具有相同相位的點(diǎn)構(gòu)成的面稱為等相位面。 等相位面又稱為波陣面。2.2.球面波：球面波：等相位面是球面的電磁波稱為球面波。3.3.平面波：平面波：等相位面是平面的電磁波稱為平面電磁波。4.4.均勻平面波：均勻平面波： 任意時(shí)刻，如果在平面等相位面上，每一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度均相同，這種電磁波稱為均勻平面波。一、平面電磁波的概念一、平面電磁波的概念電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波二、均勻平面波的特性二、均勻平面波的特性1.1.均勻

4、平面波滿足一維波動(dòng)方程均勻平面波滿足一維波動(dòng)方程從麥克斯韋方程出發(fā)：cv0 DHJtBEtDB在自由空間：HBED00HEtHEtEHcv0,0J對(duì)第一方程兩邊取旋度，)(EtH根據(jù)矢量運(yùn)算：2()HHH 2()HHtt則：222tHH磁場(chǎng)的波動(dòng)方程由此得：得 ：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波xyzO對(duì)均勻平面波而言，選直角坐標(biāo)系，假設(shè)電磁波沿 z 方向傳播，等相位面平面平行于xOy平面。如圖所示：0,0yx所以：22222222tEzEtHzH可見： 均勻平面波滿足一維波動(dòng)方程。同理可得：222tEE電場(chǎng)的波動(dòng)方程電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁

5、波平面電磁波2.2.均勻平面波是橫電磁波（均勻平面波是橫電磁波（TEMTEM波）波）根據(jù)麥克斯韋第一方程:tEH,0yxyxzHEztEHztEt 結(jié)論：電場(chǎng)只有 Ex 和 Ey 分量，說(shuō)明電場(chǎng)矢量位于xOy 平面上。可見：EZ 與時(shí)間 t 無(wú)關(guān)，說(shuō)明電場(chǎng)中沒有EZ分量 。0zE()yxzxyzEEEEaaatttt00 xyzyxxyxyzaaaHHHaazzzHHH 電場(chǎng)強(qiáng)度可表示為： xxyyEa Ea E電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波結(jié)論： 對(duì)傳播方向而言，電場(chǎng)和磁場(chǎng)只有橫向分量，沒有縱向分量，這種電磁波稱為橫電磁波，簡(jiǎn)寫為TEM 波。 根據(jù)麥克斯韋爾第二

6、方程:tHE000()xyzyxxyxyyxzxyzaaaEEEaazzzEEHHHaaattt yxEHztyxHEzt 0zHtxxyyHa Ha H可見：HZ 與時(shí)間 t 無(wú)關(guān)，不屬于時(shí)變場(chǎng)部分。0zH 磁場(chǎng)強(qiáng)度可表示為： 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波橫電磁波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波三、平面電磁波在無(wú)耗介質(zhì)中的傳播特性三、平面電磁波在無(wú)耗介質(zhì)中的傳播特性對(duì)于隨時(shí)間按正弦變化的電磁場(chǎng)，因子為 ，因此:jetxxEzE222其中： 稱為角頻率。22fT令：22k 2222EEzt已知電場(chǎng)的波動(dòng)方程為：分解為標(biāo)量方程：2222

7、xxEEzt2222yyEEzt1. 1. 波動(dòng)方程的解波動(dòng)方程的解 222xxEk Ez 得到：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波222xxEk Ez 方程：該方程的解為：jj12eekzkzxEAA式中： 和 為復(fù)常數(shù)。 1A2A1j11mexAA2j22mexAA12j()j()1m2meexxkzkzxEAA12j()j()1m2meeyykzkzyEAA同理： 前向行波后向行波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波已知： 為波的傳播速度。1vk k 又稱為波數(shù)?？梢姡?k 反映的是隨著波傳播距離 z 的增加，波的相位的變化情況，所以 k

8、 稱為相位常數(shù)。2. 2. 相位常數(shù)相位常數(shù) k k12j()j()1m2meexxkzkzxEAA22fkvf 若只考慮前向的單行波，即：復(fù)數(shù)表示形式在這種表達(dá)形式中隱含了時(shí)間因子 。 jetj()mexkzxxEE電場(chǎng)：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電場(chǎng)的另一種表示形式為：j()jmRe(ee)xkztxxEEmcos()xxEtkz瞬時(shí)表示形式等相位面方程為：xtkzC（常數(shù)）相速：等相位面運(yùn)動(dòng)的速度。pddzvtk 對(duì)于無(wú)限大、均勻、理想介質(zhì)中的均勻平面波，相速 等于波速 。 pvvrr1pcvv 3. 3. 相速相速pvd()0dxtkztd0dzt真空

9、中的光速所以：v電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波磁場(chǎng)可由麥克斯韋方程求得：HjtHE1jxyEHzj()mjjexkzxkExE4. 4. 介質(zhì)的本質(zhì)阻抗介質(zhì)的本質(zhì)阻抗令：稱為介質(zhì)的本質(zhì)阻，有阻抗的量綱。在真空中：000120377 j()mexkzxxEE若：00()00 xyzxyxxyyzzxaaaEEajH aH aH azzE xyEH可見：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波結(jié)論： 與 在空間是相互垂直的，在時(shí)間上是同相的，振 幅之比為本質(zhì)阻抗。EH平面波動(dòng)態(tài)演示1 點(diǎn)的振動(dòng)演示2 平面電場(chǎng)演示3j()meykzyyEE若：j H

10、EHtj()me ykzyxEHj()mexkzxxEE若：j()mexkzxyEH根據(jù)：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波5. 坡印廷矢量2e12wE2m12wH電場(chǎng)能量密度:磁場(chǎng)能量密度:電磁場(chǎng)中任意體積V內(nèi)儲(chǔ)存的總電磁能量為：22em11()()d22VVWwwdVEHV設(shè)空間某點(diǎn)的電磁能量密度隨時(shí)間的變化率為：2211()22EHEHEHEHEHttttt(1)坡印廷矢量的概念電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波運(yùn)用矢量恒等式：() EHHEEH上式兩邊在給定的體積V內(nèi)積分,有22c11()()22VVVEHdVEH dVJEdVt22

11、c11()22 EHEHE JHEtc() EHJE2211()22EHEHEHEHEHtttttc EEHE JEt由麥克斯韋方程: HHEHt22c11()22 EHEHE JHEt可得：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波由高斯定律得：22c11()()22VSVEHdVEHdSJEdVt坡印廷定理歐姆功率損耗坡印廷矢量：流出單位面積的功率密度。SEH電磁場(chǎng)的瞬時(shí)形式為：mecos()EEtkzmmcos()HHtkzmmemmmememcos()cos()1cos()cos(22)2SEHEHtkztkzEHtkz（2）瞬時(shí)坡印廷矢量 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁

12、波第第6章章 平面電磁波平面電磁波av0mmemem0111cos()cos(22)2TTSSdtTEHtkzdtTmmem1cos()2EH（3）平均坡印廷矢量jjmeeekzEEmjjmkzHH ee電磁場(chǎng)的復(fù)數(shù)形式為：*av1Re()2SEHmj*jmekzHHe式中 表示 的共軛。*HHmmem1cos()2EH電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波例例1:1: 在介質(zhì) 中沿 方向傳播的均勻平面波電場(chǎng)強(qiáng)度為 ，求(1)相對(duì)介電常數(shù)；(2)傳播速度；(3)本質(zhì)阻抗；(4)波長(zhǎng)；(5)磁場(chǎng)強(qiáng)度； (6)電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的復(fù)數(shù)表示形式；(7)波的平均功率密度。00(,

13、)r y9377cos(105 )V/mzEty a由電場(chǎng) 強(qiáng)度的表達(dá)式可知:E解解 (1)相對(duì)介電常數(shù)910rad/s,5 rad/mk00rk 181882r0025 1025 10(3 10 )2.25 (2)傳播速度為98p10m/s2 10m/s5vk0r0120251.332.25 (3)本質(zhì)阻抗為(4)波長(zhǎng)為22m1.257m5k電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波(5)根據(jù)均勻平面波的電場(chǎng)、磁場(chǎng)和傳播方向滿足右手螺旋法則的規(guī)律，及電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系，可得911.5cos(105 )A/myxHaEty a(7)媒質(zhì)中的平均功率密度是 *av1Re2

14、SEH(6)電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的復(fù)數(shù)形式為j5377eV/myzEaj51.5A/myxHea2av1377 1.5282.75W/m2zxySaaa9377cos(105 )V/mzEty a91.5cos(105 )A/mxHty a*j51.5A/myxHea電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波 四、四、 均勻平面波在有耗媒質(zhì)中的傳播規(guī)律均勻平面波在有耗媒質(zhì)中的傳播規(guī)律有耗媒質(zhì) 也稱為導(dǎo)電媒質(zhì)。(0)1. 1. 復(fù)介電常數(shù)和復(fù)本質(zhì)阻抗復(fù)介電常數(shù)和復(fù)本質(zhì)阻抗 cjHJEj (j)jHEE 稱為復(fù)介電常數(shù)。jctancJEdjJE損耗正切：復(fù)介電常數(shù)虛部和實(shí)部的比。損

15、耗角 jEE在理想介質(zhì)中：0jHE在有耗媒質(zhì)中：0損耗正切代表傳導(dǎo)電流密度和位移電流密度的大小之比。有耗媒質(zhì)中的本質(zhì)阻抗為:je復(fù)本質(zhì)阻抗電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波2. 2. 相位常數(shù)和衰減系數(shù)相位常數(shù)和衰減系數(shù)有耗媒質(zhì)中的均勻平面波波動(dòng)方程為：2222ddxxxEEk Ez 式中 稱為復(fù)波數(shù)。 k(j)k 令：jjk為傳播常數(shù)222jj2 222 221 ()1221()12得：jjmmekzzzxxEE eaE ea電場(chǎng)強(qiáng)度：為衰減系數(shù)為相位常數(shù)電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波3. 3. 相速和色散現(xiàn)象相速和色散現(xiàn)象有耗媒質(zhì)中，

16、波傳播的相速為：p2121 ()1vjjmmeeekzzzxEEEa電場(chǎng)強(qiáng)度：可以看出：p1va.由于媒質(zhì)的損耗使波的傳播速度變慢，波長(zhǎng)變短。色散現(xiàn)象: 在有耗媒質(zhì)中，不同頻率的波以不同的相速傳播的現(xiàn)象。色散媒質(zhì)：能發(fā)生色散現(xiàn)象的媒質(zhì)。有耗媒質(zhì)為色散媒質(zhì)。 結(jié)論：b.相速與頻率有關(guān)。電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電場(chǎng)強(qiáng)度：jmmeeezzzxxEEaEa其對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為：jmmeeee|zzj zyyEEHaa4. 4. 有耗媒質(zhì)中電磁場(chǎng)的表示有耗媒質(zhì)中電磁場(chǎng)的表示特點(diǎn)：（1）電場(chǎng)強(qiáng)度和磁電場(chǎng)強(qiáng)度的振幅以 因子衰減。（2）電場(chǎng)相位超前磁 場(chǎng)。ez電磁場(chǎng)與電磁波電

17、磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波平面波在有耗媒質(zhì)中的傳播瞬時(shí)表達(dá)式分別為： mecos()zxEEtz amecos()|zyEHtza電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波5. 5. 有耗媒質(zhì)中的坡印廷矢量有耗媒質(zhì)中的坡印廷矢量瞬時(shí)坡印廷矢量為：22mecos()cos()|zzEStztza2222mmecosecos(22)2|2|zzzEEtza平均坡印廷矢量為：22mavecos2|zzESa可見：在有耗媒質(zhì)中，隨著傳播距離的增加，平均坡印廷矢量 也呈指數(shù)規(guī)律下降。 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波6. 6. 有耗媒質(zhì)的討

18、論有耗媒質(zhì)的討論 12 1j2p1v得：（1）低損耗媒質(zhì) 在低損耗媒質(zhì)中的相位常數(shù)和相速與無(wú)耗介質(zhì)中的近似相同。但確實(shí)存在衰減，而且電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度存在微小的相位差。 低損耗媒質(zhì)又稱良介質(zhì)，條件為：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波高損耗媒質(zhì)也稱為良導(dǎo)體。 （2 2） 高損耗媒質(zhì)高損耗媒質(zhì)()100復(fù)介電常數(shù)為：j 衰減系數(shù)和相位常數(shù)分別為：22復(fù)本質(zhì)阻抗為： j4j/e 若將復(fù)本質(zhì)阻抗表示為：ssjRXss2RX則：稱為表面電阻， 為表面電抗sRsX相速為：p2v電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為：jmeezzxE

19、Eaj()4mezzyHEea傳導(dǎo)電流密度為：jcmeezzxJEEa1maxmaxeeJJ趨膚深度: 電流密度幅值衰減為導(dǎo)體表面上幅值的 倍， 電磁波所傳輸?shù)木嚯x ，即1e12趨膚效應(yīng)：高頻條件下，良導(dǎo)體中的電流絕大部分集中在導(dǎo)體 表面附近，這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)。 電磁屏蔽原理：根據(jù)趨膚效應(yīng)，利用一定厚度的導(dǎo)體板作成屏 蔽罩，將電子設(shè)備保護(hù)起來(lái)。電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波五、均勻平面波的極化特五、均勻平面波的極化特性性1 1波的極化定義波的極化定義 波的極化是指空間某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量隨時(shí)間的變化規(guī)律。 波的極化用電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的端點(diǎn)在空間隨時(shí)間變化所畫波的極化

20、用電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的端點(diǎn)在空間隨時(shí)間變化所畫的軌跡來(lái)表示。的軌跡來(lái)表示。2. 2. 極化的形極化的形式式（1 1）線極化：）線極化：電場(chǎng)強(qiáng)度矢量端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡是一條直線。 xy電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波（2 2）圓極化：）圓極化：電場(chǎng)強(qiáng)度矢量端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡是圓。（3 3）橢圓極化：）橢圓極化：電場(chǎng)強(qiáng)度矢量端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡是橢圓。xyExyExyExyExy電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波（1 1） 線極化：線極化：假設(shè)空間任意一個(gè)平面波：xxyyEE aE a其中：mcos()xxxEEtkzmcos()yyyEEtkz

21、條件：yx22mmcos()xyEEEtkz 與 x 軸的夾角為 :EarctanyxEEarctanymxmEE可見： 是不隨時(shí)間變化的 。那么合成電場(chǎng)端點(diǎn)的軌跡位于與 x 軸夾角為 的直線上，構(gòu)成線極化。演示3 若電場(chǎng)表示為：mcos() xxxEEt kzax方向的線極化波演示1 mcos() yyyEEtkzay方向的線極化波演示2 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波（2 2）圓極化：）圓極化： 由兩個(gè)相互垂直的線極化疊加而成。電場(chǎng)表示為：xxyyEE aE amcos()xxxEEtkzmcos()yyyEEtkz條件：mmmxyEEE2 xy且：22mxy

22、EEEEmcosxxEE(tkz)mcos()yyEEtkzmsin() xEtkz右旋圓極化波 左旋圓極化波 則：演示1演示2tantan()yxxEtkzE ()xtkz 與 x 軸的夾角為 :E可得：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波（3 3） 橢圓極化橢圓極化波波 222mmmm2()cos()()sin ()xyyxxyxyxxyyE EEEEEEE右旋橢圓極化波左旋橢圓極化波右旋圓極化波 左旋圓極化波 線極化波 短軸縮為零 長(zhǎng)短軸相等長(zhǎng)短軸相等對(duì)于一般情況：電場(chǎng)表示為：xxyyEE aE amcos()xxxEEtkzmcos()yyyEEtkz橢圓方程

23、xyExyExy電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波 3. 3. 極化的分解極化的分解 對(duì)任一線極化波，將 分解為 和 兩個(gè)分量: ExEyEmcos()xxEEtkzmcos()yyEEtkzmmcosxEEmmsinyEEmmmcoscos()cos()cos()22xxxEEtkzEEtkztkzEEmmmsincos()sin()sin()22yyyEEtkzEEtkztkzEE任一線極化波均可分解為兩個(gè)幅值相等，但旋轉(zhuǎn)方向相反的圓極化波。xymyEmxE電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波六、均勻平面波對(duì)平面邊界的垂直入射六、均勻平面波

24、對(duì)平面邊界的垂直入射1. 1. 概念概念反射波與折射波的特性由分界面兩側(cè)媒質(zhì)的參數(shù)確定。入射波：投射到分界面上的波。反射波: 從分界面返回，與入射波 在同一媒質(zhì)中傳播的波。透射波：進(jìn)入分界面另一側(cè)傳播的波。垂直入射: 入射波的傳播方向與分界面的法線平行。xzO11, 22,tEtH2vrErH1viEiH1v電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波2. 2. 對(duì)理想導(dǎo)體表面的垂直入射對(duì)理想導(dǎo)體表面的垂直入射jii0ekzxEaEji0iekzyEHa入射波表示為： 反射波表示為：jrr0ekzxEEa在介質(zhì)空間內(nèi)任一點(diǎn)的電場(chǎng)： jji0r0(ee)kzkzxEEEaxzO,

25、 iEiHvrErHvjr0rekzyEHai0r00EEr0i0 EE邊界條件：理想導(dǎo)體表面上電場(chǎng)強(qiáng)度切向分量為零。 0z 時(shí)（1 1）線極化波的垂直入射）線極化波的垂直入射電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波反射波電場(chǎng)可表示為：jri0e kzxEEa相應(yīng)的反射波磁場(chǎng)為：jjr0i0ree kzkzyyEEHaajji0i0(ee)j2sin kzkzxxEEaEkzajji0i02(ee)coskzkzyyEEHakza在 的空間內(nèi)，合成電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為：0z i02cos()cosyEHkzt a瞬時(shí)形式為： i02sin()sinxEEkzta電磁場(chǎng)與

26、電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波當(dāng) 時(shí)，即kzn 2nz (0,1,2,)n 波節(jié)點(diǎn)：在任意時(shí)刻，電場(chǎng)強(qiáng)度的值總為零的點(diǎn)。當(dāng) 時(shí)，即(21)2kzn (21)(0,1,2,)4znn sin1kz sin0kz 波腹點(diǎn)：任意時(shí)刻，電場(chǎng)強(qiáng)度的值為最大的點(diǎn)。駐波：這種波節(jié)點(diǎn)和波腹點(diǎn)位置固 定的波稱為駐波。純駐波：節(jié)點(diǎn)處值為零的駐波稱為 純駐波。演示電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波平均坡印廷矢量 *av1Re2SEH2i0av1Re4jsincos02zESkzkz a在純駐波情況下，只有電能和磁能的相互交換而無(wú)能量傳輸。入射波電場(chǎng)： jii0(j)k

27、zxyE eaaE反射波電場(chǎng)：jri0(j)kzxyE eaa E合成波電場(chǎng)為：iri0j2sin()xyEkz aja EEEi0j2sinxEEkza i02cosyEHkza（2 2）圓極化波的垂直入射）圓極化波的垂直入射右旋圓極化波 左旋圓極化波純駐波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波例 2：有一頻率100MHzf ，x方向極化的均勻平面波，從空氣垂直入射到0z 的理想導(dǎo)體表面上，設(shè)入射波電場(chǎng)強(qiáng)度振幅為 6mV/m，試寫出：(1) 入射波電場(chǎng)強(qiáng)度iE和磁場(chǎng)強(qiáng)度iH的復(fù)數(shù)和瞬時(shí)表達(dá)式；(2) 反射波電場(chǎng)強(qiáng)度rE和磁場(chǎng)強(qiáng)度rH的復(fù)數(shù)和瞬時(shí)表達(dá)式；(3) 空氣中的合

28、成場(chǎng)E和H；(4)空氣中離界面第一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度波腹點(diǎn)的位置；(5)理想導(dǎo)體表面的感應(yīng)電流密度。 解：解： (1)入射波電場(chǎng)強(qiáng)度復(fù)數(shù)形式 jii0kzxEE ea06802 100 1023 103k 3i06 10EV/m rad/m00120電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波瞬時(shí)表達(dá)式為：j38ii2( , )Re6 10cos(2 10 )3txE z tEetz a48i102( , )cos(2 10 )23yH z ttz a(2)反射波電磁場(chǎng)復(fù)數(shù)形式r0i0EE 2j 33r6 10zxEea 24j 3r102zyHea瞬時(shí)表達(dá)式為：38r2( , )6

29、10cos(2 10 )3xE z ttz a 2j 33i6 10zxEea24j 3ii1102zzyHaEea復(fù)數(shù)表達(dá)式為：48r102cos (2 10 )23yHtz a電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波(3)空氣中的合成場(chǎng)復(fù)數(shù)形式3ir2j12 10sin( )3xEEEz a 4ir102cos( )3yHHHz a瞬時(shí)表達(dá)式為：j38( , )Re()212 10sin( )sin(2 10 )3txE z tEezt aj48( , )Re()102cos( )cos(2 10 )3tyH z tH ezt a電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章

30、平面電磁波平面電磁波(4) 在空氣中離開界面第一個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度波腹點(diǎn)位于2sin()13z232z 04810()cos(2 10 )SzzyJnHat a 4810cos(2 10 )xt a A/m即：0.75z 得： m48102( , )cos( )cos(2 10 )3yH z tzt a(5) 在 的理想導(dǎo)體邊界上感應(yīng)電流密度為 0z 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波3. 3. 對(duì)無(wú)限大理想介質(zhì)分界面的垂直入射對(duì)無(wú)限大理想介質(zhì)分界面的垂直入射透射波表示為： 2jtt0ek zxEEa2jt0t2ek zyEHaxzO11, 22,tEtH2vrErH1viE

31、iH1v1jii0ek zxEaE1ji0i1ek zyEHa入射波表示為： 反射波表示為：1jrr0ek zxEEa1jr0r1ek zyEHa 1t2tEE1t2tHH0z 在 處有：根據(jù)邊界條件：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波則：i0r0t0EEEi0r0t012EEE21r0i021EE2t0i0212EE解得： 令：r021i021EEt02i0212ETE1T 反射系數(shù) ：分界面上反射波電場(chǎng)強(qiáng)度與入射波電場(chǎng)強(qiáng)度之比。透射系數(shù) ：分界面上透射波電場(chǎng)強(qiáng)度與入射波電場(chǎng)強(qiáng)度之比。T 與 之間的關(guān)系為： T反射波為：1ri0ejk zxEEa1ji0r1ek z

32、yEHa 透射波為： 2jti0ek zxEEa2ji0t2ek zyEHa電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波介質(zhì)1中的合成電磁場(chǎng)分別為：11jj1i011(ee)k zk zyHEa11jj1i0(ee)k zk zxEEa1i01111i011cosjsincosjsin(1)cosj(1)sinxxEEk zk zk zk z aEk zk z a1/221i0112cos2EEk z總電場(chǎng)：行駐波演示21在分界面處總電場(chǎng)達(dá)到極大值。2121討論：21在分界面處總電場(chǎng)達(dá)到極小值。電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波入射波能量、反射波能量和

33、透射波能量間的關(guān)系入射波能量、反射波能量和透射波能量間的關(guān)系 在介質(zhì)1中，平均坡印廷矢量為：20*21av11112i0211ReRe 1j2sin222(1)2izzESEHk z aEa在介質(zhì)2中，平均坡印廷矢量為：2i022avtav22zESST a222i0i0i022112222EEET1av2avSS說(shuō)明：入射、反射和透射能量三者之間符合能量守恒規(guī)律。 無(wú)耗介質(zhì)中無(wú)能量的損耗：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波4. 4. 對(duì)無(wú)限大有耗媒質(zhì)分界面的垂直入射對(duì)無(wú)限大有耗媒質(zhì)分界面的垂直入射 入射波表示為：1ii0ezxEEa1i0i1ezyEHa111j1j

34、11e反射系數(shù)和透射系數(shù)均為復(fù)數(shù)，分別為：j2121ej2212eTTT反射波為：1ri0ezxEEa1i0r1ezyEHa 透射波為：2ti0ezxETEa2i0t2ezyTEHa222j2j22e其中：其中：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波媒質(zhì)1中的平均坡印廷矢量為：111111av112222i0111Re2ecosecos2sin(2)sin2zzzSEHEza其中入射波的平均功率密度為：11iavii22i011Re2ecos2zzSEHEa反射波的平均功率密度為：11ravrr222i011Re2ecos2zzSEHEa 入射波和反射波交叉耦合引起的平均

35、功率密度為：1i0iravirri111Resin(2)sin2zESEHEHza 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波七、多層介質(zhì)分界面上的垂直入射七、多層介質(zhì)分界面上的垂直入射 在工程實(shí)際中，多層介質(zhì)的應(yīng)用很廣：如雷達(dá)罩、頻率選擇表面、吸波涂層等。入射波反射波透射波11, 22,33,電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波介質(zhì)1中的總電磁場(chǎng)為：1. 1. 邊界條件法邊界條件法 11j()j()11i1r(ee)kz dkz dxEEEa11j()j()11i1r11(ee)kz dkz dyHEEaxz11,22,33,dz0z1iE1iHv1

36、rE1rHv2iE2iHv3tE3tHv2rE2rHv電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波在介質(zhì)2中總電磁場(chǎng)為： 22jj22i2(ee)k zk zrxEEEa22jj22i2r21(ee)k zk zyHEEa在介質(zhì)3中電磁場(chǎng)為： 3j33tek zxEEa3j3t33ek zyEHa利用界面和處的邊界條件：23(0)(0)EE23(0)(0)HH2i2r3tEEE3t2i2r223EEE在 處：0z 12()()EdEd12()()HdHd22jj1i1r2i2reek dk dEEEE22jj1i1r2i2r1211()(ee)k dk dEEEE在 處：zd可

37、以得到 、 、 及 和入射波電場(chǎng) 的關(guān)系。1rE2iE2 rE3tE1iE電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波2. 2. 等效阻抗法等效阻抗法波阻抗定義：相對(duì)于傳播方向成右手螺旋法則的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁 場(chǎng)強(qiáng)度正交分量之比。( )( )( )( )( )yxyxEzEzZ zHzHz 可見：在均勻無(wú)界媒質(zhì)中，波阻抗等于媒質(zhì)的本質(zhì)阻抗。 （1 1）均勻無(wú)界媒質(zhì)情況）均勻無(wú)界媒質(zhì)情況 （2 2）兩層介質(zhì)情況）兩層介質(zhì)情況等效波阻抗定義：在與分界面平行的任何面上，總電場(chǎng)強(qiáng)度 與總磁場(chǎng)強(qiáng)度的正交切向分量之比。電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波媒質(zhì)1中任意一點(diǎn)

38、的等效波阻抗為：111( )( )( )xyEzZ zHz1111jj1jjeeeek zk zk zk z2121xzO11, 22,tEtH2viEiH1v介質(zhì)1中的合成電磁場(chǎng)分別為：11jj1i011(ee)k zk zyHEa11jj1i0(ee)k zk zxEEa其中：21111121jtan()jtank dZdk d在 處，等效波阻抗為： zd drErH1v電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波32222232jtan()jtank dZdk d在媒質(zhì)1與媒質(zhì)2的分界面處，反射系數(shù)可表示為：21121()()ZdZd（3 3）三層介質(zhì)情況）三層介質(zhì)情況x

39、z11,22,33,dz0z1iE1iHv1rE1rHv2iE2iHv3tE3tHv2rE2rHv在 分界面處，zd 等效波阻抗為： 可見：一定厚度的介質(zhì)插入另兩種介質(zhì)中間，可起到阻抗變換作用。電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波例 3： 有一厚度為d，本質(zhì)阻抗為2的介質(zhì)置于本質(zhì)阻抗分別為1和3的媒質(zhì)之間， 欲使均勻平面波從媒質(zhì) 1 垂直入射于媒質(zhì) 2 的分界面上時(shí)不發(fā)生反射。求d和2的 根據(jù)題意，要求 則 ，即 1021()Zd3222212232cosjsincosjsink dk dk dk d上式展開：223222122132cosjsincosjsink dk

40、 dk dk d 已知在媒質(zhì)1與媒質(zhì)2的分界面處，反射系數(shù)可表示為21121()()ZdZd解：解：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波（1）當(dāng) 時(shí)，要求： 132k dn221, 2,3,2ndnnk 對(duì)給定的工作頻率，當(dāng)介質(zhì)層厚度為介質(zhì)的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，無(wú)反射發(fā)生，因此這種介質(zhì)層稱為半波介質(zhì)窗。得： 232122coscosk dk d 222132sinsink dk d2sin0k d （2）當(dāng) 時(shí)，要求： 132cos0k d 且 2132(21)2nk d2(21)4dn得：四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器 得：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面

41、電磁波（4 4）n+1n+1層介質(zhì)情況層介質(zhì)情況xz130z1iE1iH1v1rE1rH1vtEtHn 1v2nn+12d3dndn+1d入射波反射波透射波電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波3322222223322()jtan()j()tanZdk dZdZdk d在媒質(zhì)1與媒質(zhì)2分界面處，反射系數(shù)為：2211221()()ZdZd11jtan()jtannnnnnnnnnnnk dZdk d111111111()jtan()j()tannnnnnnnnnnnnnZdkdZdZdkd在第 n 層媒質(zhì)中， 處，等效波阻抗為：nzd 在第 n+1 層媒質(zhì)中， 處，等效波

42、阻抗為：1nzd 在第 2 層媒質(zhì)中， 處，等效波阻抗為：2zd 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波八、均勻平面波對(duì)平面邊界的斜入射八、均勻平面波對(duì)平面邊界的斜入射入射面：均勻平面波的傳播方向與分界面法線所構(gòu)成的平面。 斜入射: 電磁波的入射方向與分界面的法線有一定夾角的 入射方式。分界面irt入射面xzyO1. 1. 概念概念電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波入射角：入射波的傳播方向與分界面法線的夾角。 反射角：反射波的傳播方向與分界面法線的夾角。折射角：透射波的傳播方向與分界面法線的夾角。平行極化波：電場(chǎng)強(qiáng)度平行于入射面的波。垂直極化波：

43、電場(chǎng)強(qiáng)度垂直于入射面的波。分界面irt入射面xzyO電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波2. 2. 垂直極化波的斜入射垂直極化波的斜入射 （1 1）入射波）入射波1 ijii0k lyEE ea() (coscoscos)iixyzixiyizll axayazaaaa于是：iiicoscoscosxyzii/2i/2iiiiisincoslxzirtxzOiEiHrErHtEtH22,11, 其中：1iij( sincos)ii0kxzyEE ea得：電場(chǎng)強(qiáng)度表示為：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波磁場(chǎng)強(qiáng)度為 i0iii1( cossin)

44、xzEHaa電場(chǎng)強(qiáng)度為：1 rjrr0ek lyEEarrsincosxz反射波電場(chǎng)強(qiáng)度為： 1rrj( sincos)rr0ekxzyEEa1iij ( sincos)ek xz（2 2）反射波）反射波rrrcoscoscosrrll axyzrr/2r/2rriHirtxzOiErErHtEtH22,11, 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波反射波磁場(chǎng)強(qiáng)度為： r0rrr1(cossin)xzEHaarHiHirtxzOiErEtEtH22,11, 1rrj( sincos)ekxz電場(chǎng)強(qiáng)度為：2 tjtt0ek lyEEattsincosxz（3 3）折射波）折

45、射波tttcoscoscosttll axyztt/2t/2tt折射波電場(chǎng)強(qiáng)度為：2ttj( sincos)tt0ekxzyEEa電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波折射波磁場(chǎng)強(qiáng)度為： t0ttt2( cossin)xzEHaa2ttj( sincos)ekxz1iij( sincos)1i0ekxzEE介質(zhì)1內(nèi)總的電場(chǎng)強(qiáng)度為：1rrj( sincos)r0 kxzyE ea介質(zhì)2內(nèi)總的電場(chǎng)強(qiáng)度為：2ttj( sincos)2t0ekxzyEEarHiHirtxzOiErEtEtH22,11, 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波(4) (4)

46、反射定律反射定律在z=0的分界面上，邊界條件為：1t2tEE2t1i1rjsinjsinjsini0r0t0eeek xk xk xEEE對(duì)任意x值成立，當(dāng)x=0時(shí)：i0r0t0EEE2t2t1i1rjsinjsinjsinjsini0r0(ee)(ee)0k xk xk xk xEE由于 欲使上式對(duì)任意x都成立，則有 i0r0EE1i2t1rsinsinsink xk xk xri斯涅耳反射定律:入射角等于反射角。 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波1i2tsinsink xk xt1211i2122sinsinkvkv 、 分別為均勻平面波在介質(zhì)1和介質(zhì)2中的波速

47、。 1v2v對(duì)非鐵磁性材料有： 12012sinsinti該式稱為斯涅耳折射定律。 由：得：所以：（5 5）折射定律）折射定律電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波(6) (6) 反射系數(shù)和折射系數(shù)反射系數(shù)和折射系數(shù)1t2tHH2t1ijsinjsintii0r0t012coscos()eek xk xEEE1i2tsinsinkktii0r0t012coscos()EEEi0r0t0EEE2i1tr0i02i1tcoscoscoscosEE2it0i02i1t2coscoscosEE得：根據(jù)邊界條件，在 分界面處，磁場(chǎng)強(qiáng)度切向分量連續(xù)，即： 0z 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與

48、電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波021021coscoscoscosritiitEE020212coscoscostiiitETE上兩式也稱為垂直極化波的費(fèi)涅耳公式 反射系數(shù)：折射系數(shù)：若利用等效阻抗法推導(dǎo)反射系數(shù)和折射系數(shù)若利用等效阻抗法推導(dǎo)反射系數(shù)和折射系數(shù)介質(zhì)1的等效波阻抗為：i11iicosyxEZH 介質(zhì)2的等效波阻抗為：t22ttcosyxEZH 2121ZZZZ2212ZTZZ則：則：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波例例4:4:一角頻率為 的均勻平面波由空氣向理想導(dǎo)體平面斜入射，入射角為 ，入射電場(chǎng)強(qiáng)度振幅為 10V/m ，電場(chǎng)矢量和入射面垂直，

49、求：(1)空氣中總的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度； (2)邊界面上的感應(yīng)電流密度；(3)波在空氣中的平均坡印廷矢量。irxzOiEiHrErH 00,解解: : 選擇如圖坐標(biāo)系由反射定律可知：ri 2i1t2i1tcoscoscoscos102120,01 已知：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波kc其中：反射波電磁場(chǎng)分別為： j ( sincos )r10ek xzyEa j ( sincos )r1(cossin)e12k xzxzHaa j ( sincos )i10ek xzyEaij ( sincos )1( cossin)12exzk xzHaa入射波電磁場(chǎng)分別為：

50、irxzOiEiHrErH 00,電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波（1）空氣中總電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為： 1irEEEjsinj20sin(cos )ekxykza 1irHHH jsinjsin1coscos(cos )e61sinsin(cos )e6kxxkxzkzajkza jsinjcosjcos10e(ee)kxkzkzya請(qǐng)問：總場(chǎng)沿什么方向傳播？ 相位常數(shù)是多少？ 相速是多大？x方向傳播sinkpvsinksincc電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波11SzJnHaH jsin1cos e6kxya 1irHHHsinsi

51、n1coscos(cos )61sinsin(cos )6jkxxjkxzkzeajkzea （3）波在空氣中的平均坡印廷矢量： *av111Re()2SEH25sinsin (cos )3xkzacpvgvpgvcv相速為什么大于光速？2pgv vczx（2）在 的理想導(dǎo)體邊界上，感應(yīng)電流密度為： 0z 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波3. 3. 平行極化的斜入射平行極化的斜入射 入射波磁場(chǎng)強(qiáng)度為:1iij( sincos)i0i1ekxzyEHa入射波電場(chǎng)強(qiáng)度為： 1iij( sincos)ii0ii(cossin)ekxzxzEEaa反射波磁場(chǎng)強(qiáng)度為：1rrj

52、( sincos)r0r1ekxzyEHa反射波電場(chǎng)強(qiáng)度為：1rrj( sincos)rr0rr( cossin)ekxzxzEEaairtxzOiEiHrErHtEtH22,11, 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波在媒質(zhì)2中，折射波磁場(chǎng)強(qiáng)度為：2ttj( sincos)t0t2ekxzyEHa折射波電場(chǎng)強(qiáng)度為：2tttt0ttj( sincos)(cossin)exzkxzEEaa根據(jù)分界面上的邊界條件： r01i2t/i01i2tcoscoscoscosEEt02i/i01i2t2coscoscosETE上兩式也稱為平行極化波的費(fèi)涅耳公式 irtxzOiEiHr

53、ErHtEtH22,11,1t2t1t2t,EEHH電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波4. 4. 波的全反射現(xiàn)象波的全反射現(xiàn)象由折射定律可知：當(dāng) 時(shí)，必然有 。1122 ti臨界角如果入射角增大到某個(gè)角度時(shí)，恰好使 ，則：o90t1222c11arcsin t11i22sinsin o11c22sin90sin 2c1arcsin全反射：全反射：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)2 2中沒有透射波的現(xiàn)象。中沒有透射波的現(xiàn)象。icitc電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波當(dāng) 時(shí)，有 ，此時(shí) 不是實(shí)數(shù)角，而是復(fù)數(shù)角。 ictsin1t則21ti2cosjsin

54、1 2112i2i22sin1jsintt0eek zk xyEEa該式表明：當(dāng)該式表明：當(dāng) 時(shí)，透射波在分界面上沿時(shí)，透射波在分界面上沿x x方向以行波方向以行波傳播，而沿傳播，而沿z z方向按指數(shù)規(guī)律快速衰減。這種在方向按指數(shù)規(guī)律快速衰減。這種在z z方向衰減而方向衰減而沿分界面方向傳播的波稱為沿分界面方向傳播的波稱為表面波。表面波。 ic討論：討論：tc?電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波5. 5. 波的全透射現(xiàn)象波的全透射現(xiàn)象全透射：全透射：當(dāng)入射波以某一角度入射時(shí)，入射波在分界面處當(dāng)入射波以某一角度入射時(shí)，入射波在分界面處全部透射于第二種媒質(zhì)中，不發(fā)生反射的

55、現(xiàn)象。全部透射于第二種媒質(zhì)中，不發(fā)生反射的現(xiàn)象。 （1 1）對(duì)平行極化波的情況：對(duì)平行極化波的情況： 1i2t/1i2tcoscos0coscos1B2tcoscos布儒斯特角或偏振角1202tB1coscos若1tB2sinsin22B12sin2B12arcsin2B1arcsin或：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波（2 2）對(duì)垂直極化波的情況）對(duì)垂直極化波的情況2i1t2i1tcoscos0coscost1i2coscost1i2sinsinit但由于 ，因此 。12it2i1tcoscos0結(jié)論：結(jié)論：垂直極化波斜入射時(shí)，不可能發(fā)生全透射現(xiàn)象。垂直極化波斜入

56、射時(shí)，不可能發(fā)生全透射現(xiàn)象。請(qǐng)問：請(qǐng)問：一圓極化波布儒斯特角斜入射時(shí)，反射波是什么極化方式？折射定律：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波九、電磁波的應(yīng)用九、電磁波的應(yīng)用在發(fā)現(xiàn)電磁波不到在發(fā)現(xiàn)電磁波不到6 6年，利用年，利用電磁波的技術(shù)，如雨后春筍電磁波的技術(shù)，如雨后春筍般相繼問世。般相繼問世。無(wú)線電報(bào)（無(wú)線電報(bào)（18941894年）年）無(wú)線電廣播（無(wú)線電廣播（19061906年）年）無(wú)線電導(dǎo)航（無(wú)線電導(dǎo)航（19111911年）年）無(wú)線電話（無(wú)線電話（19161916年）年）電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波 短波通信（短波通信（1921192

57、1年）年） 無(wú)線電傳真（無(wú)線電傳真（19231923年）年） 電視（電視（19291929年）年） 微波通信（微波通信（19331933年）年） 雷達(dá)（雷達(dá)（19351935年）年） 遙控、遙感、衛(wèi)星通信、遙控、遙感、衛(wèi)星通信、射電天文學(xué)射電天文學(xué)它們使整它們使整個(gè)世界面貌發(fā)生了深刻的個(gè)世界面貌發(fā)生了深刻的變化。變化。電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波微波通信微波通信微波加熱微波加熱電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波移動(dòng)通信移動(dòng)通信電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章

58、章 平面電磁波平面電磁波衛(wèi)星測(cè)控、遙感、微波成像衛(wèi)星測(cè)控、遙感、微波成像衛(wèi)星地面測(cè)控站衛(wèi)星地面測(cè)控站電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波射電天文射電天文射電望遠(yuǎn)鏡射電望遠(yuǎn)鏡微波武器微波武器電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波雷達(dá)系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波電磁波頻譜的劃分電磁波頻譜的劃分 頻段 波長(zhǎng)范圍 頻率范圍極高頻(EHF) 0.11 cm 30 300 GHz特高頻(SHF) 1 10 cm 3 30 GHz超高頻(UHF) 10 100 cm 0.3 3 GHz甚高頻(VHF) 1 10 m 3

59、0 300 MHz高頻(HF) 10 100 m 3 30 MHz中頻(MF) 0.1 1 km 0.3 3 MHz低頻(LF) 1 10 km 30 300 kHz甚低頻(VLF) 10 100 km 3 30 kHz超低頻(ULF) 0.1 1 Mm 0.3 3 kHz特低頻(SLF) 1 10 Mm 30 300 Hz極低頻(ELF) 10 100 Mm 3 30 Hz電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波第第6章章 平面電磁波平面電磁波射頻電磁場(chǎng)下人體的安全水平標(biāo)準(zhǔn)射頻電磁場(chǎng)下人體的安全水平標(biāo)準(zhǔn) IEEE/ANSI 標(biāo)準(zhǔn)給出頻率為 90 MHz300 GHz的射頻電磁場(chǎng)下電磁功率面密度限定值如下： 90300 MHz： 0.2 mW/cm2； 30012500 MHz： f /1250 mW/cm2（f單位為MHz）； 12.5 300 GHz： 10 mW/cm2。