实验二 电磁波在介质中的传播规律.docx

实验二 电磁波在介质中的传播规律.docx

  1. 1、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。。
  2. 2、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  3. 3、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
. . ;. ;. 电磁场与微波技术实验报告 (二) 课程实验:电磁波在介质中传播规律班 级: 姓 名: 指导老师: 实验日期: 2015.11.21 电磁波在介质中的传播规律 一、实验目的: 1、用 MATLAB 程序演示了电磁波在无损耗、较小损耗和较大损耗情况下的传播博规律; 2、结合图像探讨了电磁波在有耗介质中电场强度和磁场强度的能量变化情况; 3、学会使用 Matlab 进行数值计算,并绘出相应的图形,运用 MATLAB 对其进行可视化处理。 二、实验原理 1、电磁场的波动方程 形式可表示成一个与时间无关的复矢量和一个约定时因子exp ?j? t ?相乘,这里? 是角频率。在这种约定下,麦克斯韦方程组便可表示成?1 形式可表示成一个与时间无关的复矢量和一个约定时因子 exp ?j? t ?相乘,这里? 是 角频率。在这种约定下,麦克斯韦方程组便可表示成?1? ? ? E ? ? j?? Η (1) ? ? Η ? j?? Ε (2) ? ? Ε ? 0 (3) ? ? Η ? 0 (4) 对方程(1)两边同取旋度,并将式(2)代入便得 ? ? ? ? Ε ? ? 2??Ε (5) 利用如下矢量拉普拉斯算子定义以及方程(3) ? 2 Ε ? ??? ? Ε ?? ? ? ? ? Ε (6) 方程(5)式变为?2? ? 2 Ε ? k 2 Ε ? 0 (7) ??k ? ? ?? (8) 类似地,可得 Β 所满足的方程为 ? 2 Β ? k 2 Β ? 0 (9) 方程(7)和(9)式称为亥姆霍兹(Helmholtz)方程,是电磁场的波动方程。 2、平面波解 一般的电磁波总可用傅里叶分析方法展开成一系列。单色平面波的叠加。所以,对单色平面波的研究具有重要的理论和实际意义。假定波动方程(7)和(8)式的单色平 面波的复式量解为?3? Ε ? Ε e xp?j?? t ? k ? r ?? (10) 0 Β ? Β e xp?j?? t ? k ? r ?? (11) 0 式中 Ε 0 , Β 分别为 Ε , Β 振幅, ? 为圆频率, k 为波矢量(即电磁波的传播方向) 。 0 exp ?j?kx ? ? t ?? 代表波动的相位因子。 为了描述均匀平面波的相位在空间的变化快慢,在此引入相速的概念,即平面波等相位的传播速度。很显然等相位面由下面方程决定?1? ? t ? kr ? const (12) 方程(12)两边对时间t 求导可得 v ? dr ? ? (13) 由式(8)可知 dt k ??1v ? (14) ?? 1 将(10)和(11)式代入我们上面给出的麦克斯韦方程组可得?3? Ε ? k ? ?? Β 0 0 (15) Β ? k ? 1 ? Ε 0 v 2 0 (16) k ? Ε ? 0 (17) 0 k ? Β ? 0 (18) 0 由(17)和(18)可以看出,介质中传播的电磁波是横波,电场与磁场都与传播方向垂直; 由(15)和(16)式可知: Ε 0 , Β 与k 三者相互垂直,且满足右手螺旋关系。 0 3、电磁波在线性介质中的传播?1? 电磁波在线性介质中的传播,即电介质参数和磁导率都为实数的波传播情况。由关系式(8)可知,波数k 必为实数。根据平面波解形式(10)易知,平面电磁波在线性介质中传播,只有相位发生变化,无幅值变化。将式(15)写成 k ? Ε ? ? Η (19) ? 其中 ?? ? ?? ? ? ?? 。而且? 的单位是? ,故称为波阻抗。其物理意义是垂直于传播 ? k ?? k ? ? ? 方向平面上的电场和磁场的比值。在线性介质中,波阻抗? 为实数,也就是纯电阻,所以电场和磁场同相。 4、电磁波在非线性介质中的传播?1? 实际中见到的非线性介质是电介质参数为复数的情形,即? ? ? ? j? ,譬如海水、 ? 湿地。通常这种介质的损耗是由电导率? 引起,故又有? ? ? 。根据关系式( 8)有 ? ? ?1 / 2 ? k ? ? ?? ?1 ? j ? ? ? (20) 将复数k 写成  k ? ? ? j? (21) 由式(20)不难推出 ?? ?? ?? ? ? ??1/ 2 1 ? ? 1 ? ? ? ? ? ? ?2 ? ? ? ? 2 ? ? 1?? (22) ?? ? ??? ? ?? ? ?? ? ? ? ? 1/ 2  (23) ?? 2 ???1 ?? ? ? ? 1 ? ? ? ?2 ? ? ? 1?? ?? ? ? ? ? ?? ??? ??? ? ? ? ?1 ? ?? ? ? ? ? ?1/ 2 (24) ? ? ? ? j 由此可知,在非线性介质中,一般来说电场和磁场不再

文档评论(0)

mph134 + 关注
实名认证
内容提供者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档