电动力学课件电磁波的传播.pptVIP

第1页，共22页，星期日，2025年，2月5日本章重点：1、电磁场波动方程、亥姆霍兹方程和平面电磁波2、反射和折射定律的导出、振幅的位相关系、偏振3、导体内的电磁波特性、良导体条件、趋肤效应4、了解谐振腔和波导管中电磁波的运动形式本章难点：1、振幅的位相关系2、导体内电磁波的运动3、波导管中电磁波解的过程机动目录上页下页返回结束第2页，共22页，星期日，2025年，2月5日引言电磁波传播问题在无线电通讯、光信息处理、微波技术、雷达和激光等领域都有着重要的应用。随时间变化的运动电荷和电流辐射电磁场，电磁场在空间互相激发，在空间以波动的形式存在，这就是电磁波。传播问题是指：研究电磁场在空间存在一定介质和导体的情况下的波动。在真空与介质、介质与介质、介质与导体的分界面上，电磁波会产生反射、折射、衍射和衰减等等，因此传播问题本质上是边值问题。机动目录上页下页返回结束第3页，共22页，星期日，2025年，2月5日§1平面电磁波电磁波在空间传播有各种各样的形式，最简单、最基本的波型是平面电磁波。一、电磁场波动方程1．自由空间电磁场的基本方程2．真空中的波动方程机动目录上页下页返回结束能否直接用到介质中？第4页，共22页，星期日，2025年，2月5日3．介质的色散若电磁波仅有一种频率成分若电磁波具有各种频率成分，则：实际上具有各种成分的电磁波可以写为：机动目录上页下页返回结束对均匀介质，的现象称为介质的色散。电磁波动在介质中一般频率成分不是单一的，可能含有各种成分。第5页，共22页，星期日，2025年，2月5日由此可知，由于以及，而不能将真空中的波动方程简单地用代、代转化为介质中的波动方程。4．时谐波（又称定态波）及其方程时谐波是指以单一频率做正弦（或余弦）振荡的电磁波（又称为单色波或者定态电磁波）。这种波的空间分布与时间t无关，时间部分可以表示为，因此有以下关系成立：机动目录上页下页返回结束第6页，共22页，星期日，2025年，2月5日对单一频率、成立。介质中波动方程为：（或者）同样机动目录上页下页返回结束对定态波第7页，共22页，星期日，2025年，2月5日称为时谐波的亥姆霍兹方程（其中称为波矢量）同理可以导出磁感应强度满足的方程机动目录上页下页返回结束第8页，共22页，星期日，2025年，2月5日三、平面电磁波1．平面波解的形式证明上面的解满足亥姆霍兹方程：亥姆霍兹方程有多种解：平面波解，球面波解，高斯波解等等。其中最简单、最基本的形式为平面波解。机动目录上页下页返回结束研究平面波解的意义：①简单、直观、物理意义明显；②一般形式的波都可以视为不同频率平面波的线性叠加。第9页，共22页，星期日，2025年，2月5日2．平面电磁波的传播特性（1）解为平面波设S为与垂直的平面。在S面上相位=常数，因此在同一时刻，S平面为等相面，而波沿方向传播。机动目录上页下页返回结束平面波：波前或等相面为平面，且波沿等相面法线方向传播。第10页，共22页，星期日，2025年，2月5日（2）波长与周期波长定义：两相位差为的等相面间的距离。两等相面相位差：波长、波速、频率间的关系机动目录上页下页返回结束波长周期（3）横波特性(TEM波）证明：同理第11页，共22页，星期日，2025年，2月5日（4）与的关系证明：机动目录上页下页返回结束a)与同相位；几点说明c)，振幅比为波速（因为相互垂直且）。b)构成右手螺旋关系第12页，共22页，星期日，2025年，2月5日（5）波形图假定在某一时刻（），取的实部。机动目录上页下页返回结束k第13页，共22页，星期日，2025年，2月5日3．平面电磁