工程电磁场　全套课件.PPTVIP

第5章 动态电磁场与电磁波 三、电磁位及其积分解 四、电磁辐射 五、均匀平面电磁波 六、导引电磁波 §5.1 基本内容与要求 §5.2 教学体系框架 §5.3 教学重点解析 一、坡印廷定理与坡印廷矢量 二、复介电常数、复磁导率和等效复介电常数 §5.1 基本内容与要求 理解动态电磁场与电磁波的含义。 掌握动态电磁场方程组及其物理意义。理解不同媒质分界面上的边界条件。 理解动态电磁场中有损媒质特性参数的描述。 理解坡印廷矢量S的含义，会应用坡印廷定理分析电磁能量传输问题，了 解计算媒质等值交流电路参数的一般原则和方法。 掌握电磁位的定义以及与场量间的关系。理解洛伦兹规范。理解达朗 贝尔方程解的物理意义。 了解由电磁位A(r,t)求解电偶极子(元天线)辐射场的思路，理解天线的方向 图、辐射电阻、近区和远区的含义。 了解线天线与天线阵的概念。 掌握均匀平面电磁波在理想媒质和导电媒质中的传播规律，能阐明理想 介质与导电媒质中平面波传播特性的异同点。理解波阻抗、传播系数、 相速、波长的含义，并能熟练地计算这些传播特性参数。了解平面波的 极化概念。 了解均匀平面电磁波垂直入射于媒质分界面时的反射和透射规律，会计 算反射系数和透射系数。掌握全反射现象和驻波的形成，掌握驻波的特 点及其分布规律。 ? 了解电磁波的导波系统及其导波原理。 以矩形波导为重点，了解导波系统的传输特性(多模特性、截止波长及波 导波长等)以及波导中的电磁场分布。 ? 了解谐振腔的工作原理。 §5.2 教学体系框架 动态电磁场与电磁波 E(r,t), B(r,t), D(r,t), H(r,t) 基本规律性——麦克斯韦方程组 辅助位函数 电磁位A(r,t)，?(r,t) 电磁位的非齐次波动方程 (达朗贝尔方程) 场的波动性、推迟作用 导出方程： ? 理想介质中的电磁波方程 (齐次波动方程) ? 有损媒质中的电磁波方程 (齐次波动方程) 电磁场能量守恒 坡印廷定理 边界条件 有损媒质 复特性参数 损耗角正切tan? 场与波的分析计算问题 电磁兼容 (专题5：6.5节) 电磁辐射 电偶极子 (元天线) 场分布 ? 近场 ? 远场 线天线与 方向图 天线的互易性 均匀平面电磁波 理想介质中的 均匀平面电磁波 波矢量 有损媒质中的 均匀平面电磁波 低损耗介质 情况 良导体 情况 波的极化 琼斯矢量 各向异性介质中的均匀平面电磁波 电场和磁场的测量 (专题8：6.8节) 反射与透射 一般入射 垂直入射 传输线： 非均匀平面电磁波 导引电磁波 平行板波导 矩形波导 谐振腔 注：● 动态电磁场分析的理论基础——麦克斯韦方程组、媒质特性构成方程和 电磁能量守恒关系(坡印亭定理)。 ● 电磁波的产生及其传播规律——按电磁辐射、均匀平面电磁波和导引电磁 波三个方面展开分析与研究。 ● 以上各相关知识点间“带箭头的实线”表示讲授的逻辑进程和关联关系； “带箭头的虚线”表示对现有知识的推论。 §5.3 教学重点解析 一、坡印廷定理与坡印廷矢量 ● 坡印廷定理从理论上揭示了电磁场的物质属性。电磁场是物质的一种特殊形式，其能量以场的形式分布于整个场域空间内，并且电磁场能量的传播及其转换规律满足坡印廷定理。 ● 坡印廷定理通过引入坡印廷矢量，给出了电磁场能量及其传播过程分析计算的基本方法。 坡印廷矢量 S=E?H 与E 和H 一样，既是空间坐标的函数又是时间的函数，它给出了在时刻t 空间任意一点的电磁功率的面密度矢量（即电磁能量流的面密度矢量），其方向表明了该点电磁能量的流动方向，且恒与该点的电场强度E 和磁场强度H 相垂直，三者构成右手螺旋关系；其数值等于穿过与其垂直的单位面积上的电磁功率。 ● 基于坡印廷矢量，还给出了关于电磁能量传输“图景”的明确物理概念，即负载从电源获取的能量并不是电源通过与负载相连接的导体向负载传输 的，而是以电磁场的方式通过导体周围空间沿着导体方向传输给负载的，导体的作用仅在于建立其周围空间的电磁场并将能量从电源定向导引到负载。 图5.1即通过以实线表征的坡印廷矢量S 的分布图，描绘了由电源至负载的电磁能量流的图景。 图5.1 电磁能量流的图景 ● 为分析时谐电磁场的电磁能量或电磁功率，引入了复坡印廷矢量，即 (5.1) 应指出，复坡印廷矢量的数值等于穿过与它垂直的单位面积上的复功率，其实部为平均功率（又称有功功率），虚部为无功功率，故输入闭合面S 的复功率 为 (5.2) 式中，P 和Q 分别为闭合面S 所包围体积V