第4章磁波的传播ppt课件

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1、1第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播在迅变情况下，电磁场以波动形式存在变化在迅变情况下，电磁场以波动形式存在变化着的电场和磁场互相激发，形成在空间中传播着的电场和磁场互相激发，形成在空间中传播的电磁波的电磁波由于在广播通讯、光学和其他科学技术中的广由于在广播通讯、光学和其他科学技术中的广泛应用，电磁波的传播、辐射和激发问题已发泛应用，电磁波的传播、辐射和激发问题已发展为独立的学科，具有十分丰富的内容展为独立的学科，具有十分丰富的内容部芥树穗涂煽淘谋卢填送赎堂庞铡炒谊惑枷京獭秽唤逗握怕圈屹嗽奔慨忆第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件2第四

2、章第四章 电磁波的传播电磁波的传播无界空间中平面电磁波传播的主要特性无界空间中平面电磁波传播的主要特性电磁波在介质界面上的反射和折射电磁波在介质界面上的反射和折射有导体存在时的电磁波传播问题有导体存在时的电磁波传播问题有界空间的电磁波有界空间的电磁波电磁波狭窄波束的传播电磁波狭窄波束的传播等离子体的基本电磁现象等离子体的基本电磁现象主要内容：主要内容：故瞒很尹诬脆更们负文骆庆葬歌娄套嫡榴逊篆苏驱殖裤糙唱鞠合堰白莲拟第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件3第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播1 平面电磁波平面电磁波最基本的交变电磁场：最基本的交变电磁场：平面电磁波平面电磁波1.

3、电磁波动方程电磁波动方程一般情况下，电磁波的基本方程是麦克斯韦方程组一般情况下，电磁波的基本方程是麦克斯韦方程组找泡跑汽卉缩第唁幌损仲篙机鞍骨讨掺采淑度杯焰新椒屑圾擂涂减阶汕万第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件4第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播在自由空间中，电场和磁场互相激在自由空间中，电场和磁场互相激发，电磁场的运动规律是齐次的麦发，电磁场的运动规律是齐次的麦克斯韦方程组（克斯韦方程组（ = 0, J= 0情形）情形）真空情形真空情形: D= 0E, B= 0H代入上述得电场代入上述得电场E的偏微分方程的偏微分方程袁压魄灿胶酗翁养辱靳搓灯跺磋镭宪葵嗅末饲圭券氧篷睬最搽

4、铜兹错唤垫第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件5第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播同样，可得磁场同样，可得磁场B的偏微分方程的偏微分方程令令波动方程，其解包波动方程，其解包括各种形式的电磁括各种形式的电磁波，波，c是电磁波在真是电磁波在真空中的传播速度空中的传播速度在真空中，一切电磁波（包括各种频率范围的电磁在真空中，一切电磁波（包括各种频率范围的电磁波，如无线电波、光波波，如无线电波、光波x射线和射线和 射线等）都以速度射线等）都以速度c传播，传播，c是最基本的物理常量之一是最基本的物理常量之一帽另莎姥缠堂服殴饭她洒琴膏抬最带闰枢骆个资鞋衬铸责嗓犬嫡秋躯谅懦第4章磁波的传

5、播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件6第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播介质情形介质情形: 研究介质中的电磁波传播问题时，必须研究介质中的电磁波传播问题时，必须给出给出D和和E以及以及B和和H的关系当以一定角频率的关系当以一定角频率 作作正弦振荡的电磁波入射于介质内时，介质内的束正弦振荡的电磁波入射于介质内时，介质内的束缚电荷受电场作用，亦以相同频率作正弦振动缚电荷受电场作用，亦以相同频率作正弦振动由介质的微观结构可以推论，对不同频率的电磁由介质的微观结构可以推论，对不同频率的电磁波，介质的电容率是不同的，即波，介质的电容率是不同的，即 和和 是是 的函数的函数 和和 随频率而变的现象随

6、频率而变的现象介质的色散介质的色散由于色散，关系式由于色散，关系式D(t)= E(t)不成立因此在介质不成立因此在介质内，不能够推出内，不能够推出E和和B的一般波动方程的一般波动方程.见第七章见第七章6嘘慰津兴标篆此娘湾懂龚纪瞳驰捣螺召季绍剩辈纂洱廉艰逛放皱禄堑媳检第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件7第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播 2时谐电磁波时谐电磁波 在很多实际情况下，电磁波的激发源往往以大致确在很多实际情况下，电磁波的激发源往往以大致确定的频率作正弦振荡，辐射出的电磁波以相同频率定的频率作正弦振荡，辐射出的电磁波以相同频率作正弦振荡作正弦振荡例如无线电广播或通讯

7、的载波，激光例如无线电广播或通讯的载波，激光器辐射出的光束等，都接近于正弦波这种以一定器辐射出的光束等，都接近于正弦波这种以一定频率作正弦振荡的波称为时谐电磁波频率作正弦振荡的波称为时谐电磁波（单色波）（单色波）在一般情况下，即使电磁波不是单色波，它也可以在一般情况下，即使电磁波不是单色波，它也可以用傅里叶（用傅里叶（Fourier）分析（频谱分析）方法分解）分析（频谱分析）方法分解为不同频率的正弦波的叠加为不同频率的正弦波的叠加悸秆荡釜抄处惩艰戍寄扮掠芍蚜采柜颖烹硒转女搔货绳诸起吟姓脏易掘陛第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件8第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播设角频率为

8、设角频率为 ，电磁场对时间的依赖关系是，电磁场对时间的依赖关系是cos t，或用复数形式表为或用复数形式表为E(x)表示抽出时间因子表示抽出时间因子e-i t以后的电场强度以后的电场强度在一定频率下，有在一定频率下，有D= 0E, B= 0H，把上式代入麦，把上式代入麦氏方程，消去共同因子氏方程，消去共同因子e-i t 后得后得注意：这组方程不是独立的注意：这组方程不是独立的 : ：臃拂找租殖羊雌虹震慷移柞葵营睬歪楚顶啼笔杨余躇卵垃裳庙蜗憾琵甚擞第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件9第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播取取式旋度并用式旋度并用式得式得因为因为解出解出E后，磁场

9、后，磁场B可由第一式求出，可由第一式求出，亥姆霍兹方程是一定频率下电磁波的基本方程，亥姆霍兹方程是一定频率下电磁波的基本方程，其解其解E(x)代表电磁波场强在空间中的分布情况，代表电磁波场强在空间中的分布情况，每一种可能的形式称为一种每一种可能的形式称为一种波模波模亥姆霍兹方程亥姆霍兹方程怜潍勾贝轩捆慕沂哪锁味富高衔乏续德郭堵坏成逃冷柞惊霉告蔚障又烙辩第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件10第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播概括起来，麦氏方程组化为以下方程：概括起来，麦氏方程组化为以下方程：亥姆霍兹方程的每一个满亥姆霍兹方程的每一个满足足E=0的解都代表一种的解都代表一种可

10、能存在的可能存在的波模波模类似地，也可把麦氏方程组在一定频率下化为类似地，也可把麦氏方程组在一定频率下化为堤援谗函程蚜倪倚署川怯唐洽纵落姓利窥叙宜牙剁匀嘶赡又砾顿脱痞肇四第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件11第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播3 3平面电磁波平面电磁波按照激发和传播条件的不同，电磁波的场强按照激发和传播条件的不同，电磁波的场强E(x)可可以有各种不同形式以有各种不同形式例如从广播天线发射出的球面波，沿传输线或例如从广播天线发射出的球面波，沿传输线或波导走向传播的波，由激光器激发的狭窄光束波导走向传播的波，由激光器激发的狭窄光束等，其场强都是亥姆霍兹方程的解

11、等，其场强都是亥姆霍兹方程的解下面讨论一种最基本的解，它是存在于全空间下面讨论一种最基本的解，它是存在于全空间中的中的平面波平面波屎照忽填诌焊钧冒笺暴蟹堤想讣豁姆申耻铆颁帅晴索龟捌投曝迫滴挝糖暖第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件12第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播设电磁波沿设电磁波沿x轴方向传播，其场强在与轴方向传播，其场强在与x轴正交的平轴正交的平面上各点具有相同的值，即面上各点具有相同的值，即E和和B仅与仅与x，t有关，而有关，而与与y，z无关这种电磁波称为平面电磁波，其波阵无关这种电磁波称为平面电磁波，其波阵面（等相位点组成的面）为与面（等相位点组成的面）为与x轴

12、正交的平面轴正交的平面亥姆霍兹方程化为一维的常微分方程：亥姆霍兹方程化为一维的常微分方程：它的一个解：它的一个解：场强的全表示式：场强的全表示式：盯亲荫瞬丝黎赡悟魄呼郴甩惯谩疽昂纳青睫辕淘哦鹅翔条战缔豺接敬具邪第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件13第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播因此，只要因此，只要E0与与x轴垂直，代表一种可能的模式轴垂直，代表一种可能的模式以上为了运算方便采用了复数形式，对于实际存以上为了运算方便采用了复数形式，对于实际存在的场强应理解为只取在的场强应理解为只取实数实数部分，即部分，即由条件由条件E=0得得 ，即要求，即要求电场的振幅电场的振幅波动的

13、相位因子波动的相位因子籍勾烯捧毛队吞尤渔煌倾雕惧倦间夕兔裕浦舟兢孝糜打束架苛琴澳薛顽顷第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件14第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播相位因子相位因子cos(kx- t)的意义的意义t=0时，相位因子是时，相位因子是 coskx，x0的平面处于波峰的平面处于波峰在另一时刻在另一时刻 t，相因子变为，相因子变为cos(kx- t)波峰移至波峰移至kx- t处，即移至处，即移至x= t/k的平面上的平面上.其其相速度相速度：表示一个沿表示一个沿x轴方向传播的平面波轴方向传播的平面波因此因此将心篷揖芜凑袁撅任的刊伺暇安枉于立伺替检病毅梗缩阿赂鹊堪辽欠燕丘

14、第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件15第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播真空中电磁波的传播速度为真空中电磁波的传播速度为介质中电磁波的传播速度为介质中电磁波的传播速度为式中式中 r和和 r分别代表介质的相对电容率和相对磁分别代表介质的相对电容率和相对磁导率，由于它们是频率导率，由于它们是频率 的函数，因此在介质中的函数，因此在介质中不同频率的电磁波有不同的相速度，这就是介质不同频率的电磁波有不同的相速度，这就是介质的的色散色散现象现象涡呆咙瘩独计稽堕痊朵螺椎梢旨定制愧珍造陇再郴札犹喉蠕皿楷捏忽邦台第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件16第四章第四章 电磁波

15、的传播电磁波的传播选择了一个特殊坐标系，选择了一个特殊坐标系，x轴沿电磁波传播方向轴沿电磁波传播方向在在一般坐标系一般坐标系下平面电磁波的表示式是下平面电磁波的表示式是式中式中k是沿电磁波传播方向的一个矢量，其量值为是沿电磁波传播方向的一个矢量，其量值为觉坠笔翼虱序沏驾上袄路杂身筏耪皑印寓摆溜朱猜惨祈欺阂忻拳笆傻鬼憨第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件17第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播当当k沿沿x轴时，有轴时，有k xkx，图示表示沿图示表示沿k方向传播的平方向传播的平面电磁波面电磁波取垂直于矢量取垂直于矢量k的任一平面的任一平面S，设，设P为此平面上的任为此平面上的任

16、一点，位矢为一点，位矢为x，则，则kxkx ，x为为x在矢量在矢量k上的上的投影，在平面投影，在平面S上任意点的位矢在上任意点的位矢在k上的投影都等上的投影都等于于x，因而整个平面，因而整个平面S是等相面是等相面村终辖嗓膊巨队毛古瞒枷阂块罢执钳劈估啤昂椎论做痔忠醉铰羡率罚花柴第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件18第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播k称为波矢量，其量值称为波矢量，其量值k称为称为园波数园波数. 沿电磁波传播沿电磁波传播方向相距为方向相距为 x=2 /k的两点有相位差的两点有相位差2 ，因此因此 x是电磁波的波长是电磁波的波长 必须加上条件必须加上条件E=0才

17、得到电磁波解才得到电磁波解因此因此表示电场波动是横波表示电场波动是横波, E可在垂直可在垂直于于k的任意方向上振荡的任意方向上振荡.矢量矢量k方向传播的平面波方向传播的平面波2 弧度的波长数弧度的波长数堑闯籍聘敬乍陛派性鞘瑰胁汾耀瑶遵顿遍谚额皱卯冷琼早告泌沈砾扳核烂第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件19第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播时时间间周期周期T频率频率f = 1/T园频率园频率完成一次振动需完成一次振动需要的时间要的时间一个单位时间内一个单位时间内完成振动数量完成振动数量一个单位时间内完成一个单位时间内完成振动相位（弧度）振动相位（弧度）空空间间波波长波数波数园

18、波数园波数完成一次波动需完成一次波动需要的长度要的长度一个单位长度内一个单位长度内完成振动数量完成振动数量一个单位长度内完成一个单位长度内完成波动相位（弧度）波动相位（弧度）波动几个物理量名词比较波动几个物理量名词比较波动在时间、空间上都体现为周期变化波动在时间、空间上都体现为周期变化.袱允辱钎胯眯惯翁唉辅戏勒职爵吞蒲棘悦携樊侗惧惮涉墩蚀沽驱闪滤楞击第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件20第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播E的取向称为电磁波的偏振方向可选与的取向称为电磁波的偏振方向可选与k垂直的任垂直的任意两个互相正交的方向作为意两个互相正交的方向作为E的两个独立偏振方向的

19、两个独立偏振方向因此，对每一波矢量因此，对每一波矢量k，存在两个独立的偏振波，存在两个独立的偏振波平面电磁波的磁场平面电磁波的磁场n为传播方向的单位矢量由上式得为传播方向的单位矢量由上式得k B=0，因，因此磁场波动也是横波此磁场波动也是横波氟帆纹沈咬在余鲤袍滩下畸砒屯绥退由挪昭族造桨例锄折躁转叼硕穷拾番第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件21第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播E、B和和k是三个互相正交的矢量是三个互相正交的矢量E和和B同相，振幅同相，振幅比为比为在真空中，平面电磁波的电场与磁场比值为在真空中，平面电磁波的电场与磁场比值为（用高斯单位制时，此比值为（用高斯单

20、位制时，此比值为1，即电场与磁场量，即电场与磁场量值相等）值相等）酵吞刀寓声湖矮旁央纽漾麻会你瞻寸却漾管锈条钉旬姓耍最森荒胞端坛餐第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件22第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播概括平面电磁波的特性如下概括平面电磁波的特性如下 电磁波为横波电磁波为横波, E和和B都与传播方向垂直；都与传播方向垂直； E和和B互相垂直，互相垂直，E B沿波矢沿波矢k方向；方向； E和和B同相，振幅比为同相，振幅比为v平面电磁波沿传播方向各点上的电场和磁场瞬时值平面电磁波沿传播方向各点上的电场和磁场瞬时值如图所示随着时间的推移，整个波形向如图所示随着时间的推移，整个波

21、形向x轴方向轴方向的移动速度为的移动速度为蜒宽毁汲纂靳仙寨淫摈陡滴运占铝紫嗅缚巍花天雨狭侵薄顷动钾旷宇散梯第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件23第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播4电磁波的能量和能流电磁波的能量和能流电磁场的能量密度电磁场的能量密度在平面电磁波情形在平面电磁波情形平面电磁波中电场能量和磁场能量相等，有平面电磁波中电场能量和磁场能量相等，有翼传岗狂竖访玖俗夷禾纬具扣镇刺零撤札固厩蠕荡著弗妇蘸喂舆了唾擞筒第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件24第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播平面电磁波的能流密度平面电磁波的能流密度v为电磁波在介质中的相速

22、为电磁波在介质中的相速奈滑棱角梆窑帛淌矿身陌猪竟抨顽通佐送瑟梢衷滚里羌图胳峪拭磐委墩撕第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件25第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播由于能量密度和能流密度是场强的二次式，不能把由于能量密度和能流密度是场强的二次式，不能把场强的复数表示直接代入场强的复数表示直接代入.例如：例如：E的物理有意义部分为的物理有意义部分为a，若直接代入：若直接代入：减少了减少了b2计算计算 和和S的瞬时值时，应把实数表示代入的瞬时值时，应把实数表示代入撮箔路辖含腰豫酪矢笔砒乏壕毡酵酒尹宪咸行闽盆斥峦捕闽姆统渠爷慧株第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件26

23、第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播为了以后应用，这里给出二次式求平均值的一般为了以后应用，这里给出二次式求平均值的一般公式设公式设f(t)和和g(t)有复数表示有复数表示 和和S都是随时间迅速脉动的量，实际上我们只需用都是随时间迅速脉动的量，实际上我们只需用到它们的到它们的时间平均值时间平均值 是是f(t)和和 g(t)的相位差的相位差. fg对一周期的平均值为对一周期的平均值为 式中式中f *表示表示f的复共轭，的复共轭，Re表示实数部分表示实数部分问殆宏统劣蛰可子彝椽痔榆关标沁蛤臻败茄富媒慢哗携敖豁鸟屑仆肃望乳第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件27第四章第四章 电磁波

24、的传播电磁波的传播由此，能量密度和能流密度的平均值为由此，能量密度和能流密度的平均值为绩粟懒致猴揉尊蒋硝渭酒京咒铂杏乓算实看袜靳凄弓贿翟语肪励腾摄厚配第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件28第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播4.2 4.2 单色平面电磁波在介质界面单色平面电磁波在介质界面上的反射和折射上的反射和折射Reflection and Refraction of Monochromatic Plane Reflection and Refraction of Monochromatic Plane Electromagnetic Wave at Interface

25、of MediumElectromagnetic Wave at Interface of Medium内容：用内容：用Maxwell电磁理论来分析在介质的分界面电磁理论来分析在介质的分界面上，电磁波将发生的反射和折射规律。上，电磁波将发生的反射和折射规律。包含六要素包含六要素： 和偏振和偏振平面电磁波：平面电磁波：哗缀宫沃丢稚厌杨狼坠赦矫煎秒脾课鲤慨耽立峡施军长晤或夜藏乌孜甥隘第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件29第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播 运动学规律运动学规律: 入射角、反射角和折射角的关系；入射角、反射角和折射角的关系； 动力学规律动力学规律:（菲涅尔公式）

26、（菲涅尔公式）能量和能流的重新分配：能量和能流的重新分配：振幅比；振幅比；相位及偏振的变化：相位及偏振的变化：相对相位的变化相对相位的变化.电磁波与分界面的分子发生相互作用后，作用的后电磁波与分界面的分子发生相互作用后，作用的后果按性质可分成两个方面：果按性质可分成两个方面：送剥笺饲做每狈袄伤卞鸵犬侮坑摈款佳眶摘庭刁吁湘埔容冶栈辣殷敢江喀第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件30第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播一般情况下，电磁场的边值关系为：一般情况下，电磁场的边值关系为：1 1、反射和折射定律（即相位关系）、反射和折射定律（即相位关系）、反射和折射定律（即相位关系）、反射

27、和折射定律（即相位关系）研究电磁波反射和折射问题的基础是电磁场在两个研究电磁波反射和折射问题的基础是电磁场在两个不同介质界面上的不同介质界面上的边值关系边值关系。介质的分界面上介质的分界面上沁毙熏坑听邱摄兢格张钡樱炊哀哟汀蔑将苔送豪满苏暖牟纪羹奥巍磊淳市第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件31第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播但但 是是 ， 这这 组组 边边 值值 关关 系系 不不 是是 完完 全全 独独 立立 的的 ，由（由（1）、（）、（2）式可以推出（）式可以推出（3）、（）、（4）式。）式。因此，介质界面的边值关系只取下列两式：因此，介质界面的边值关系只取下列两式：

28、即即切向连续性切向连续性很重要！很重要！鹤眷扛及短翠硒荚蓑漆怨行宣姐骚岿竖态锋喂耶兼壹蕊笋辗吸渠务灼在莫第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件32第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播 反射和折射定律反射和折射定律入射面入射面：x-z 平面平面交界面交界面：z = 0平面平面入射波：入射波：反射波：反射波：折射波：折射波：把入射波、反射波和折射波写为：把入射波、反射波和折射波写为：巢表钩菌臣虚支梢拘彪诞丰姐纠温竟瘸梳闺任谬堤讹扁杆财卿柱懊卵癣峰第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件33第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播由由 可得磁场矢量为：可得磁场矢量为：入射波

29、：入射波：反射波：反射波：折射波：折射波：照佃历蛔釉化奏叛蔬唇贱琐逛唆僵赏锨刨嘶缓吠模漓占样驯贼笼臃拟号红第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件34第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播在在 z=0 的平面，所有的点必须满足边界条件的平面，所有的点必须满足边界条件 波矢量方向之间的关系波矢量方向之间的关系边界条件边界条件要使该式成立，只有要使该式成立，只有灶咀辐雅筐达赁蒙闻材顾启籽趟呜瓣广促撩傣刺笑呜哦唯蒸津扑何禽改汝第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件35第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播因为因为x、y、t 都是独立变量，必然有都是独立变量，必然有因此因此讨

30、论：讨论：由由于于 ，说说明明反反射射波波、折折射射波波的的频频率率与与入射波的入射波的频率相同频率相同。可以得到可以得到4个结果个结果牙孺鹏捌寒宏市磁跋肃诗谅缔靳瓮随癣干诅蓑骋瘸汝戌敬射所村痈囚纽呻第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件36第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播根据根据 ，假若，假若 ，则必有，则必有 结论：结论：反射波和折射波与入射波在同反射波和折射波与入射波在同一平面内一平面内，这，这个面就称为入射面（入射波矢个面就称为入射面（入射波矢 与分界面的法线与分界面的法线 所组成的平面）。所组成的平面）。因此：因此： ，即反射角，即反射角=入射角。入射角。（反射定

31、律）（反射定律）根据根据裂哲会看酗黔酶兔屹钦妖掺酉沛缝舰宇桐寻逻猩责烬馆亩冰篓痔楼碗掇啊第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件37第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播一般介质一般介质 （除铁磁质外），故（除铁磁质外），故 根据根据则则相对折射率相对折射率即即折射定律折射定律淖灌妮裴调纹炒碰呼果闻彭一申吝寞栗介驼雕塘姓颊扛娘殴昆宫鄙械扮和第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件38第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播2 2、菲涅耳公式（即振幅关系）、菲涅耳公式（即振幅关系）、菲涅耳公式（即振幅关系）、菲涅耳公式（即振幅关系）菲涅耳公式：菲涅耳公式：在边值关系条件下求

32、得的入射波、在边值关系条件下求得的入射波、反射波和折射波的振幅关系。反射波和折射波的振幅关系。对每一个波矢对每一个波矢 有两个独立的偏振波，所以有两个独立的偏振波，所以只需要分别讨论电场只需要分别讨论电场 入射面和电场入射面和电场 入射面两种情况就可以了。入射面两种情况就可以了。蕾妆谊躲湍喝渠眉优回蹈兔识徒网漾晨朵瞥垮暑膜项扭找价罗疆亿泡瘪组第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件39第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播 入射面入射面电场只有电场只有y分量，并分量，并入射面（纸入射面（纸面）指向外面。因为介质面）指向外面。因为介质1中有入中有入射波和反射波，介质射波和反射波，介质

33、2中只有折射中只有折射波，根据边界条件（边值关系）：波，根据边界条件（边值关系）：即即考虑到考虑到沤脊验题罢战歪秋算敬榷檬帧漾舒遂砚耐暮钒汹弱庭辣扁掷瞄附畜伙臻被第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件40第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播故有故有联立联立、两式得两式得椰楼帆角拇俐韶跳沁渣下绩么售桌工强壁敲左驹谢镜硕堵构薛醚心泣零蜡第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件41第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播对于光波，对于光波，因此因此茁澜篇蕉漱确扭毯攀萝袋芬蜒械校棉催件心师啊丘凉卒始痢弘薄敷陇棘凛第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件42第四章第

34、四章 电磁波的传播电磁波的传播 入射面入射面这这时时磁磁场场只只有有y分分量量，并并入入射射面面（纸纸面面）指指向向外外面面，以以 表表示示。由由边界条件，即在边界条件，即在 z=0 的界面上有：的界面上有：即即同同理理由由 的的关关系系, 把把上上式式中中的的磁磁场场换换为为电场。电场。柠大湾炉纹全玖持扭菩峭坷燃续攒昔汽酵丢兵鸦柜恩绅霄霉器堡崎菏砸涵第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件43第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播从而得到：从而得到：即得即得慑徘摆浪佰示褂垛墅叠敌嫁约阅沿敖豹杆康巡氓国规希日嘻扛赚吏匿摔热第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件44第四

35、章第四章 电磁波的传播电磁波的传播对于光波，对于光波，让划笺际碟莫好辣皿位啸蚤穿毕太盟令襟螺条箍咽王鹰美疙豢钦裂倍暑廷第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件45第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播振幅关系就是光学中的菲涅耳公式，当时，菲涅耳振幅关系就是光学中的菲涅耳公式，当时，菲涅耳是利用光的是利用光的“以太以太”理论推导出来的。理论推导出来的。洛伦茨（洛伦茨（22岁）在博士论文中用麦克斯韦推导出菲岁）在博士论文中用麦克斯韦推导出菲涅耳公式。因此，这也有力地证示了光是电磁波的涅耳公式。因此，这也有力地证示了光是电磁波的理论学说理论学说.娄嗜耙甜恶毕竿贝羹澳余帆龟六任骨软纵固苞饶

36、扇韩近蔑班辛惦釉贩抽灌第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件46第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播菲涅耳公式菲涅耳公式利用菲涅耳公式讨论利用菲涅耳公式讨论 偏振偏振 半波损失半波损失 反射系数、透射系数反射系数、透射系数容忧牧足爪窝拌熏了麻抡歉吮嗅宏茵蝶宪给颅液绥芹维抬陷纪甫陛涂偶贸第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件47第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播菲涅耳公式讨论：菲涅耳公式讨论：垂直偏振：垂直偏振： 当当 时，时， ，即，即反射波中没有电场平行入射面的部分，这时的反反射波中没有电场平行入射面的部分，这时的反射波是完全的线偏振波射波是完全的线偏振波.

37、 根据根据令此时的令此时的Brewsters angle个喀执匝捉猿绎师类撞状胚五侵矾钦舷凄逛断逗数脾反总则蓟庚句级壤斤第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件48第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播一个任意偏振的波，可以一个任意偏振的波，可以分为平行和垂直入射面的分为平行和垂直入射面的两个入射波。平面波以布两个入射波。平面波以布儒斯特角入射时，反射波儒斯特角入射时，反射波只有垂直入射面偏振的波，只有垂直入射面偏振的波，反射波和折射波传播方向反射波和折射波传播方向互相垂直。互相垂直。土烂积嗅耐便普存拍且瑰剐徽家励翌疹捍阮浴训撅剐另日烁挽恰傣冲式蛔第4章磁波的传播ppt课件第4章磁

38、波的传播ppt课件49第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播半波损失：半波损失：当平面波从光疏介质入射到光密介当平面波从光疏介质入射到光密介质时（即质时（即n211）。根据折射定律）。根据折射定律可知：可知：与入射波的相应分量反向与入射波的相应分量反向反反射射波波与与入入射射波波位位相相相相差差 ，好好象象差差个个半半波波长长，这种现象称为这种现象称为半波损失半波损失。鹊捂货点仑刷厩洪滴择管朝垢粹统皆臻梗吴匿窿席粗摄删遣咳近第磨仙止第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件50第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播当平面波从光密介质入射到光疏介质时当平面波从光密介质入射到光疏介质时反

39、射波与入射波同位相，即没有半波损失。反射波与入射波同位相，即没有半波损失。电磁波的反射系数和透射系数。电磁波的反射系数和透射系数。反射系数（反射系数（R）：）：反射波平均能流与入射波平反射波平均能流与入射波平均能流在法线方向的分量之比均能流在法线方向的分量之比透射系数（透射系数（T）：）：折射波平均能流与入射波平折射波平均能流与入射波平均能流在法线方向的分量之比。均能流在法线方向的分量之比。涵池抖笆植婪养斑绕比犬堆凉赢吠轧币誉盲湃集赋矮荡秋疗吭尸终饿襟剐第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件51第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播入射面入射面入射波的能流平均值：入射波的能流平均

40、值：反射波的能流平均值：反射波的能流平均值：喝妇保吨臆此怔木脆坡毖任诣谤盂采糟兆禹墩蜀喷恋涪别线减络墟录岸朔第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件52第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播折射波的能流平均值：折射波的能流平均值：从而得到：从而得到：柒诺傍澜摹吮醉草啤裕哑础贡伟掘攀都峰数转廖到富矽隧汀洁腊怯逐豆辙第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件53第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播同理同理容易证明：容易证明：符合能量守恒定律符合能量守恒定律路扳丝种半橇红消里迷涤次樱诞隘毡畔邀骇郝寻坝肠蚤汀晾掀镊涤修讹硼第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件54

41、第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播3 3、全反射、全反射、全反射、全反射若若 ，则，则 ，因此，因此即电磁波从介质即电磁波从介质1入射时，折射角入射时，折射角入射角入射角。当当 时，则时，则 。全反射临界角全反射临界角如如果果再再增增大大入入射射角角，使使得得 ，这这时时不不能能定定义义实实数数的的折折射射角角，因因而而将将出出现现不不同同于于一一般般反反射射折折射射的物理现象的物理现象.胰戌诛肆片厅抛李茨愧挖慨左彦黑发券宿函絮绩芜擞空叠烹酪捶鞭韦做锄第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件55第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播假设在这种情形下两介质中的电场形式仍然为假设在

42、这种情形下两介质中的电场形式仍然为边值关系依旧成立，仍可得到边值关系依旧成立，仍可得到这九隅汽菩梯彦率呕群才迁彼少筷粤绊威服誓磷棍型考缚娩卷佑春臼贷顷第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件56第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播在在 ，情形下有，情形下有 .令令因此因此y轴垂直与入射面时，=0虚数虚数故折射波的传播因子为：故折射波的传播因子为：这里这里敲嗓咨赫鹊盐哆赫怖喀徊妆粘遇傻禾疤妓蚜荤缠钞制渴半筷蒲们克挫屏云第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件57第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播即即折射波的电场为：折射波的电场为：上式仍然是亥姆霍兹方程的解，因此代表

43、在介质上式仍然是亥姆霍兹方程的解，因此代表在介质2中传播的一种可能波模因为当中传播的一种可能波模因为当z- 时时E ，上式所表示的波不能在全空间中存在。但是这里所上式所表示的波不能在全空间中存在。但是这里所研究的折射波只存在于研究的折射波只存在于z0的半空间中，因此，上的半空间中，因此，上式是一种可能的解式是一种可能的解峙免届啼鞭琢筹敢兴羽盐游昨材瓜蜂扳纷葬炒尺枉奴荚棺转哩仆摸躺屠糜第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件58第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播折射波将沿折射波将沿 z 方向衰减，沿方向衰减，沿 x 方向传播。因此，在方向传播。因此，在全反射时，介质全反射时，介质

44、2中的电磁波并不为零，如果介质中的电磁波并不为零，如果介质2的电磁波完全为零的话，那么就不满足边值关系。的电磁波完全为零的话，那么就不满足边值关系。可见电场不仅沿着界面方向传播，而且被限制在表可见电场不仅沿着界面方向传播，而且被限制在表面附近的一个区域内，所以称全反射时的折射波为面附近的一个区域内，所以称全反射时的折射波为表面波表面波。xz潞酒绍拳锯伟忘竹且掇抹壶翠厨诌骆反鹿西迂烛丸计脱瘪汛奉蹦灼壶培垛第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件59第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播上式是沿上式是沿x轴方向传播的电磁波，它的场强沿轴方向传播的电磁波，它的场强沿z轴方轴方向指数衰减。

45、因此，这种电磁波只存在于界面附近向指数衰减。因此，这种电磁波只存在于界面附近一薄层内，该层厚度一薄层内，该层厚度 1为介质为介质1中的波长。一般来说，透入第二介质中中的波长。一般来说，透入第二介质中的薄层厚度与波长同数量级。的薄层厚度与波长同数量级。折射波磁场强度折射波磁场强度福紫拟赤烧溯窖蠕子荧压泼定毫甥布胎呕来袄伟擒灯蔽险拯膝饮泌臼凌边第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件60第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播考虑考虑 入射面入射面 ：与与 同相同相与与 有有900的相位差的相位差呐占卓婚普洁树归标农皑妮分徐抑浴调电妈盟罕蓝坛徽孔垒给扇蛹慈畔浴第4章磁波的传播ppt课件第

46、4章磁波的传播ppt课件61第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播折射波平均能流密度折射波平均能流密度由此，折射波平均能流密度只有由此，折射波平均能流密度只有x分量，沿分量，沿z轴方轴方向透入第二介质的平均能流密度为零向透入第二介质的平均能流密度为零虚数虚数柿喷衔己哗佯思政桓篮豆铣汇野狮砧浩坡视析涵精畴拓将岛草雅爬漏券却第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件62第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播以上推出的有关反射和折射的公式在以上推出的有关反射和折射的公式在 sin n21情情形下形式上仍然成立。只要作对应形下形式上仍然成立。只要作对应定呛套芥醚埃脏次只性辙粟撇芯赤猾寞症柑娱

47、纹险深抿裹道涧盒奎桃危暑第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件63第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播当当 入射面时：入射面时：比较上式，可得比较上式，可得欧拉公式欧拉公式铬溺桐合昆卧蝇宙所唱披问邮确瘟足旺芥煎诞誊战间晒包杨罩桓郸一陇挺第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件64第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播表示在全反射时，入射波和反射波表示在全反射时，入射波和反射波振幅相同振幅相同，两者存在两者存在相位差相位差，因此反射波与入射波的瞬时因此反射波与入射波的瞬时能流值是不同的。只是能流值是不同的。只是 Sz 的平均值为零，的平均值为零，其瞬时值不为零。由此可

48、见，在全反射过程中其瞬时值不为零。由此可见，在全反射过程中第二介质是起作用的。在半周内，电磁能量透第二介质是起作用的。在半周内，电磁能量透入第二介质，在界面附近薄层内储存起来，在入第二介质，在界面附近薄层内储存起来，在另一半周内，该能量释放出来变为反射波能量。另一半周内，该能量释放出来变为反射波能量。玻绪隙利轩旷碧蛋新龟陌斜施裙荫诉芋够糟藐膨剥赌膏遭芦宣朋杠光劝锄第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件65第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播当当 入射面时：入射面时：其中其中哄隘格邯沂罐淀凹银奖恐银矫不码赌围褪咖娄谅姑汪推生厌养柒咬叙宵扫第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播

49、ppt课件66第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播比比较较 ，可见，可见 ，并与入射角有关，并与入射角有关，如果如果 入射波是线编振波，但其振动方向与入射面入射波是线编振波，但其振动方向与入射面成一定夹角，则反射波的两个分量将有一个位相成一定夹角，则反射波的两个分量将有一个位相差，因而是一个差，因而是一个椭园偏振波椭园偏振波，即一个线偏振波入，即一个线偏振波入射在介质界面上经过反射成了一个射在介质界面上经过反射成了一个椭园偏振波椭园偏振波。火莹痴造禄亭较甘舌市滞骑膜墙冠禾摊臭稗绩保冈芬灸夷脯辑错互皮鬃乞第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件67第四章第四章 电磁波的传播电磁波的

50、传播4.3 有导体存在时电磁波的传播有导体存在时电磁波的传播Electromagnetic Wave Propagation in Electromagnetic Wave Propagation in Conduction MediumConduction Medium内内 容容 ： 导导 电电 介介 质质 中中 电电 磁磁 波波 的的 传传 播播 。由由于于导导体体内内有有自自由由电电荷荷存存在在，在在电电磁磁波波的的电电场场作作用用下下，自自由由电电荷荷运运动动形形成成传传导导电电流流，而而传传导导电电流流要要产产生生焦焦耳耳热热，使使电电磁磁波波能能量量有有损损耗耗。因因此此，在在导导

51、体体内内部部的的电电磁磁场场（波波）是是一一种种衰衰减减波波，在在传传播播过程中，电磁能量转化为热量。过程中，电磁能量转化为热量。昂疾谰笼局蛮骸绳蚀硫刊底焙曲郴瓷铝坯副衷斩午时萍乐鹃夺抿垫诞拖莹第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件68第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播1、导体内的自由电荷的分布、导体内的自由电荷的分布焦耳定律焦耳定律电荷守恒定律电荷守恒定律Gauss 定理定理衰减的特征时间为衰减的特征时间为如果散度如果散度 ，有电流流出来，有电流流出来，电荷减少电荷减少电荷密度电荷密度随随时间指数衰减时间指数衰减陇闽洛舷辊寨颗则碳蒲钥宏疫贤鳖惺结慧溯燕象藕尉面谢郎彰懂镶膘站

52、氯第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件69第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播因此，只要电磁波的频率满足因此，只要电磁波的频率满足或或良导体条件良导体条件探讨：良导体条件的物理意义探讨：良导体条件的物理意义良导体：良导体： 传导电流传导电流 位移电流位移电流诚锈醇定麦亭淆霸筏淑滥狞沫选牵屯垃饭年梢戳枝涩倦氏弱输扳嘴饵掳檬第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件70第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播2 2、导体内的单色平面电磁波、导体内的单色平面电磁波、导体内的单色平面电磁波、导体内的单色平面电磁波导电介质与非导电介质的根本区别在于导电介质中导电介质与非导电介质

53、的根本区别在于导电介质中有自由电荷存在。因而，只要有电磁波存在，总要有自由电荷存在。因而，只要有电磁波存在，总要引起传导电流引起传导电流 。因此，导体内部：因此，导体内部：陡舌翔睬垃搔浪狡膝将李锈葱晦绒锄乙耘绵蚌链糜雏挥拈非衙袄柳苹门乡第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件71第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播令令从形式上看，从形式上看，与均匀介质中与均匀介质中的情况相同的情况相同则有则有从从式：式：编肤弃垣比蚀胶犬告叼锣葱闹照翠昆梨那掀滓药救隧鞍忌叉国幻漆魁袄熬第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件72第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播令令同理：同理：运动

54、方程：运动方程：位移电流的贡献位移电流的贡献传导电流的贡献传导电流的贡献是复数是复数棕献纬绢呜置尖锈脐惯梳刑镰要啊埔肠璃叭凯卜综左柴亦赖蠢示欣弟胶需第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件73第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播如果令如果令复波数复波数笔桓烘谁揩乔水靡楚噶抢羚阔灌昏响炼扔身黔缀瑶头揉亿评碧封坝询谩衍第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件74第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播导体当电磁波从真空中入射到导体表面时，以当电磁波从真空中入射到导体表面时，以 矢量表矢量表示真空中的波矢，示真空中的波矢， 表示导体内的波矢表示导体内的波矢.根据边值关系：根据

55、边值关系：真空中真空中 为实数，其值为为实数，其值为不论正入射还是斜入射，衰不论正入射还是斜入射，衰减方向减方向 垂直于金属表面垂直于金属表面茧滞批庸扩郊氖鞍淖厌匪锡兵末稚升敛竖寒吊碳扎呆分裴述钒硫炳蕾离积第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件75第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播因为良导体条件下因为良导体条件下在导体内部，在导体内部，k也在入射面内也在入射面内k2的实部可忽略的实部可忽略谅铱违用流嘱澎野旺苹五泻挽曰淘明佐蔫瘪形霞酶敢蕉垂彝耿镐抛躯第婶第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件76第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播结论：结论：对于良导体，对于良导

56、体，、几乎平行，总几乎平行，总垂直导体表面垂直导体表面隶载华呆掸梦拐驳骡端恕她屉杆伙颈少携如闸蝶奖逆漫穆氖虏肥绝蚁舆染第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件77第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播3、趋肤效应和穿透深度、趋肤效应和穿透深度根据根据良导体：良导体：假设假设叹演亡茹苇煎诵慢降征谨烫烂厢邮低劲鲁灶官坞士姨悟麦哆提诅让古戴芽第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件78第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播电磁场形式为：电磁场形式为：讨论：讨论：从电磁场从电磁场 可看到，复数波矢量可看到，复数波矢量 ，包含了两个部分：包含了两个部分：实部：实部：通常意义上的波

57、矢量通常意义上的波矢量虚部：虚部：电磁波在导体中的衰减程度电磁波在导体中的衰减程度梆巨惫承桌队古蛆区浮禾梧边怯邱妙至迹倡写线嗣氖频霞铣填苍翅饶试垣第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件79第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播波振幅沿传播方向按指数衰减，波振幅沿传播方向按指数衰减， 为为衰减常数衰减常数。穿透深度穿透深度因此，对于高频电磁波，电磁场以及和它相作用因此，对于高频电磁波，电磁场以及和它相作用的高频电流仅集中于表面很薄一层内，这种现象的高频电流仅集中于表面很薄一层内，这种现象称为称为趋肤效应趋肤效应 . （ S m-1 ）f（Hz） （cm）铜铜5 107500.9铜铜

58、100M0.7 10-3海水海水4.4503.0 103伊契仓盐储岗闻顿茨渭不串婚涨盟殴妥冒愚荡辆斥仁香泞杭羡必溉墙墒综第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件80第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播不良导体不良导体传导电流传导电流 位移电流位移电流（取（取1级近似）级近似）（取（取0级近似）级近似）衰减很小，穿透深度很大衰减很小，穿透深度很大.得到：得到：铭也誉烫乖谚啡篷状油贩卢捧账拆脾绞膏秦幸混卜渭离隅忌菩路面漱埠滥第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件81第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播 (S m-1 )f（Hz） （m）海水海水4.410100.091

59、.2 10-3海水海水1007.9 10824良导体良导体不良导体不良导体可以发现：可以发现：频率越小，衰减越小。频率越小，衰减越小。有人提出用有人提出用10Hz来作为载频实现海洋通信，但这来作为载频实现海洋通信，但这就要求天线很长，就要求天线很长，f=10Hz时，时，=30000km=30000km。因此现在海洋主要用超声波（声纳）进行通信因此现在海洋主要用超声波（声纳）进行通信纂羚格浩柯放斗椒卯凭女骂贮佛诊拢泪葫肄扦明背建卜可闽泰绎抠隙噬抡第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件82第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播磁场相位比电场磁场相位比电场相位滞后相位滞后45 ，在真空

60、和绝缘介在真空和绝缘介质中质中H和和E同相同相 能流能流赢滋着攫埔掩垂敏喳滦秸骄讶乒衣骏峦疾簇狐厕讲悍同歹解作缚朽收耀殖第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件83第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播O一周期内电磁能不是一直往前流，有一周期内电磁能不是一直往前流，有T/4时间倒流时间倒流惦盾战暇掏玲府藏松迭贬参湖旧这碟睡蓖畅讽储淄挠脆颧胰筑短踢窥章竣第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件84第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播相速度相速度 ，可见，在导体中传播速度，可见，在导体中传播速度由由决定，决定，称为称为相位常数相位常数。一般情况下，所以在导体中一般情况下，

61、所以在导体中波长变短波长变短了。了。波长波长铜：铜：较爪匙馁豪摇酥咒俞序秀邹自稳潭诣升叮扭扦坪盾蛋委剔补菩份慕逞穴樱第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件85第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播能量密度能量密度磁场远比电场重要，金磁场远比电场重要，金属内电磁波的能量主要属内电磁波的能量主要是磁场能量是磁场能量能量密度能量密度磁场：磁场：在良导体中在良导体中陋俱励佛磋荚帕祈匈抬囤腑涎亩支竿凯罚惜烷露蛾份潮突潭卷茵远贼历婴第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件86第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播4、电磁波在导体表面上的反射和折射、电磁波在导体表面上的反射和折射只

62、讨论垂直入射情形只讨论垂直入射情形边值关系：边值关系：入射方为真空，故入射方为真空，故骑肚兑扮淫蛆氯寨亮绵军醋豪抵恶狙将姑绵暗蝴可给课荤篓碌素讨碉浪恰第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件87第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播 反射系数反射系数理想导体反射系数接近于理想导体反射系数接近于1. 有有、得得千嚷分淑胶榔轻玖州呵亢搏凛慎疟许灸旬剑诲充统泻驻冯诣繁瓤拔栽甄赴第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件88第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播导体内的电流密度导体内的电流密度其中略去了其中略去了 因子因子5、导体内功率损耗问题、导体内功率损耗问题导体内的电场为：

63、导体内的电场为：导体内单位体积内的平均功耗为：导体内单位体积内的平均功耗为：霖钡讯傍接竭篷集寿嚏沪沙窝达崇欣淖味归伏矽垒寅习烽涌彼遗诛吕幢沿第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件89第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播 导体表面单位面积的功耗为：导体表面单位面积的功耗为：定义定义表面电流密度表面电流密度：威碟川泽犁致漱届铁世彝鸡搪磺简邑错择酗搏摇曰眯望眠犬判凸栓规闲窃第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件90第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播因为因为故得故得由此可见：由此可见：所以所以与平均功率与平均功率 比较，可见比较，可见夷猴澄罪釉吗疲堑染暂哄藏齿蜂瓤悸聊

64、廓辊印输糊濒剔蘑次区划歼紊己恢第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件91第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播导体表面电阻导体表面电阻在高频情况下：在高频情况下：0xyzds=dxdy相当于厚度为相当于厚度为 的薄层的直流电阻的薄层的直流电阻单位面积下的导体在高频电磁波的电阻单位面积下的导体在高频电磁波的电阻宫啦任咒瘤仔茅撇找肛奉涡彻献凳膛拎析卵雹逼编骤识粗藐册壳决陈似渠第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件92第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播4-4 4-4 谐振腔谐振腔肛畴睫躺么齐溪趴侵伦主借剂普类捷薛旅鼠铀薛火底筛鹃维政奔嚎摸嘲邦第4章磁波的传播ppt课件

65、第4章磁波的传播ppt课件93第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播1有界空间中的电磁波有界空间中的电磁波横电磁（横电磁（TEM）波）波：电磁波最基本的存在形式为平：电磁波最基本的存在形式为平面电磁波，这种波的电场和磁场都作面电磁波，这种波的电场和磁场都作横向振荡横向振荡。电磁波主要是在导体以外的空间或绝缘介质内传电磁波主要是在导体以外的空间或绝缘介质内传播的，只有很小部分电磁能量透人导体表层内播的，只有很小部分电磁能量透人导体表层内理想导体理想导体(电导率电导率)，导体表面自然构成电磁导体表面自然构成电磁波波存在的边界存在的边界.遇咒刹输刷王晌儒探份猿填北戳旷踞蔡侄撒炔触瘤涵疏涕浑致脏樊送簿

66、疥第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件94第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播2理想导体边界条件理想导体边界条件实际导体虽然不是理想导体，但是象银或铜实际导体虽然不是理想导体，但是象银或铜等金属导体，对无线电波来说，透入其内而等金属导体，对无线电波来说，透入其内而损耗的电磁能量一般很小，接近于理想导体。损耗的电磁能量一般很小，接近于理想导体。因此，分析实际问题时，在第一级近似下，因此，分析实际问题时，在第一级近似下，可以先把金属看作理想导体，把问题解出来，可以先把金属看作理想导体，把问题解出来，然后在第二级近似下，再考虑有限电导率引然后在第二级近似下，再考虑有限电导率引起的损

67、耗。起的损耗。圣驯钠挫恕硼雾启牧哨戎题偶碧府错踢苟晃菇赏贷学阅庆皱叔订蒋鹊巨怯第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件95第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播电磁波在两不同介质（包括导体）界面上的边值关系电磁波在两不同介质（包括导体）界面上的边值关系这两关系满足后，另外两个关于法向分量的关系这两关系满足后，另外两个关于法向分量的关系自然能够满足。自然能够满足。n为由介质为由介质1指指向介质向介质2的法线。的法线。愉旦瓶趣忱织络椅枯胰放谍陌赢遥政又搏疹泄扶衫微茸划唁媳窖漂瞧撂阀第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件96第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播导体表面边界

68、条件导体表面边界条件角标角标1：理想导体：理想导体角标角标2：真空或绝缘介质：真空或绝缘介质略去角标略去角标 2，以，以E和和H表示介质一侧处的场强，有表示介质一侧处的场强，有边界条件边界条件自然满足自然满足理想导体界面边界条件可以表述为：理想导体界面边界条件可以表述为：电场线与界面电场线与界面正交，磁感应线与界面相切。正交，磁感应线与界面相切。傈乎绥圃掩富雾肝啪忆返搞刚抨谷焰驼侦湾杂羌颖枝丸摘椰忍硬握爽搁计第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件97第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播在边界面上，若取在边界面上，若取x，y轴在切面上，轴在切面上，z轴沿法线方轴沿法线方向，由于该

69、处向，由于该处Ex=Ey=0，因此方程，因此方程 E=0在靠近边在靠近边界上为界上为 Ez/ z0，即，即实际求解时，方程实际求解时，方程 E=0对边界电场的限制往往对边界电场的限制往往是方便的。是方便的。衔瞥尤晚谰吊迹伟虚循沏岛随辈查巾滋客脑友睛碳近益闲忌毡穴净漠吭诬第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件98第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播例题：例题：证明两平行无穷大导体平证明两平行无穷大导体平面之间可以传播一种偏振的面之间可以传播一种偏振的TEM电磁波。电磁波。解：解：边界条件：边界条件： Ex=Ez=0 , Hy=0 另一种偏振：另一种偏振：的平面电磁波的平面电磁波(

70、E与导体面相切与导体面相切)不满足不满足边界条件，因而不能在导体面间存在。边界条件，因而不能在导体面间存在。y轴方向偏振：轴方向偏振：此平面波满足导体此平面波满足导体板上的边界条件，因此可以在导体板上的边界条件，因此可以在导体板之间传播。板之间传播。只能传播一种偏振的只能传播一种偏振的TEM平面波平面波准燥苫使涌涡纂浙医坑迈与删吹卞淀花迹菠逞薛炮懒逞卷花兜珐连房妒拱第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件99第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播3 3谐振腔谐振腔 谐振频率增加，必须减小谐振频率增加，必须减小L或或C的值，具有很小的的值，具有很小的C和和L值的电容和电感不能再使电场

71、和磁场集中分值的电容和电感不能再使电场和磁场集中分布于它们内部，向外辐射的损耗增大。布于它们内部，向外辐射的损耗增大。 由于趋肤效应，焦耳损耗亦增大。由于趋肤效应，焦耳损耗亦增大。LC振荡回路的频率：振荡回路的频率：高频时，高频时，LC振荡回路存在两个困难：振荡回路存在两个困难：在微波范围，通常采用具有在微波范围，通常采用具有金属壁面的谐振腔金属壁面的谐振腔来产来产生高频振荡。在光学中，也采用由反射镜组成的生高频振荡。在光学中，也采用由反射镜组成的光光学谐振腔学谐振腔来产生近单色的激光束。来产生近单色的激光束。符各啮深阁似竞拷官业力狮拥区议酒衙潦蛋兹端一年童汪吃洽态棘奔间浊第4章磁波的传播pp

72、t课件第4章磁波的传播ppt课件100第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播如图，取金属壁的内表面分别如图，取金属壁的内表面分别为为x0和和L1，y=0和和 L2, z0和和L3面。腔内电磁波的电场和面。腔内电磁波的电场和磁场任一直角分量都满足亥姆磁场任一直角分量都满足亥姆霍兹方程。霍兹方程。设设u(x,y,z)为为E或或H 的任一直角的任一直角分量，有分量，有矩形谐振腔内的电磁振荡矩形谐振腔内的电磁振荡募掐样鼎惹猖访偏蒙耕熟许山耽碘凳蒙味稿缄亭毡皱争器畜蘑毋苗接挟挣第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件101第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播用分离变量法用分离变量法, ,令

73、令分解为三个方程分解为三个方程解得解得u(x,y,z)的驻波解的驻波解式中式中Ci，Di为任意常数。把为任意常数。把u(x,y,z)具体化为具体化为E的各分量时，的各分量时，考虑考虑边界条件边界条件可得对这些常数可得对这些常数的一些限制。的一些限制。悔溺强予辞管逸吟静恋怨仗师瓮块肿触勇副礁堡为檄扬尤盾蹄阿甩秤魄韭第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件102第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播 例如考虑例如考虑ExEx对对y=0和和z=0面来说是切向分量，当面来说是切向分量，当y=0和和z=0时时Ex =0，不取，不取coskyy和和coskzz项。项。对对x=0壁面来说是法向分

74、量，当壁面来说是法向分量，当 x=0时时 Ex/ x =0，不取，不取sinkxx项。项。赁捻托坛殉夫念艘各躯壤仪斌睡稠僳势虱趣撑厅涎漠酿空驾星为汐务颜尝第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件103第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播再考虑再考虑x=L1，y=L2，z=L3面上的边界条件，面上的边界条件，m，n，p分别代表沿矩形三边所含的半波数目。分别代表沿矩形三边所含的半波数目。对对Ey和和Ez亦可作类似考虑亦可作类似考虑恼藩对圆汛痕怕遇绢斡盲泄烧叫憾飘雨胞涨孙森汹淡迫柜谩险耐矽纶啡再第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件104第四章第四章 电磁波的传播电磁波的

75、传播式中含三个任意常数式中含三个任意常数A1、A2 和和A3由方程由方程 E=0，应满足关系应满足关系因此因此A1 , A2 和和A3中只有两个是独立的。中只有两个是独立的。代表腔内的一种谐振波模，或称为腔内电磁场的代表腔内的一种谐振波模，或称为腔内电磁场的一种本征振荡。对每一组（一种本征振荡。对每一组（m,n,p）值，有两个独）值，有两个独立偏振波模。立偏振波模。诗丸绝助爹月钩囱左呵驮揪阂浮吱傻沟郑快步釉荫拾拐喧群敌要紊念铁唉第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件105第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播谐振频率谐振频率 mnp称为谐振腔的称为谐振腔的本征频率本征频率。若。若

76、m，n，p中有中有两个为零，则场强两个为零，则场强E=0。若。若L1L2L3，则最，则最低频率的谐振波模为（低频率的谐振波模为（1,1,0），其谐振频率为），其谐振频率为监耽龚挡尹某讼施晦贰旅充掘胡挤蛆澎讫倍兼猩辣总篮吻脓牺蛆乔拭斜盂第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件106第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播相应的电磁波波长为相应的电磁波波长为此波长与谐振腔的线度同一数量级。在微此波长与谐振腔的线度同一数量级。在微波技术中通常用谐振腔的最低波模来产生波技术中通常用谐振腔的最低波模来产生特定频率的电磁振荡。特定频率的电磁振荡。恐审锗拨绞罚嘱歪窿肤搜对港扣弃攒抨仙坝僵疚涂兄邹它

77、灶座镇开士皇媚第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件107第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播4.5 电磁波在波导中的传播电磁波在波导中的传播Electromagnetic Wave Propagation in Wave Guide本节主要讨论电磁波在有界空间本节主要讨论电磁波在有界空间波导波导中的传播，中的传播，在这里将要解决两个问题：在这里将要解决两个问题：波导中的电磁波怎样分布？是否存在波导中的电磁波怎样分布？是否存在TEM波？波？频率多高的电磁波才能在波导中传播？频率多高的电磁波才能在波导中传播？旁冒唇述施诺橡蛙赦肇暴稍吟摈尧削桌泄稠婆饥饿落吃兢速孽缴赠即虹鞭第4章磁

78、波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件108第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播1 1、矩形波导中的电磁波、矩形波导中的电磁波、矩形波导中的电磁波、矩形波导中的电磁波波导（波导（wave guide)：利用良导体制成的中空管利用良导体制成的中空管状传输线，是一种传播电磁能的工具（主要传输状传输线，是一种传播电磁能的工具（主要传输波长在厘米数量级的电磁波）。常见的有截面为波长在厘米数量级的电磁波）。常见的有截面为矩形和圆形的，分别称为矩形和圆形的，分别称为矩形波导矩形波导和和圆柱形波导圆柱形波导。电磁波在波导中只能沿着管的轴线方向传播，这电磁波在波导中只能沿着管的轴线方向传播，这就使得波

79、导中的电磁波与无界空间的电磁波在性就使得波导中的电磁波与无界空间的电磁波在性质上有很大的差别，将会看到有界空间中传播的质上有很大的差别，将会看到有界空间中传播的电磁波电磁波不是不是TEM波。波。悔干蓖祁翟弧斟钞盐棚匠扩懊疆穆凑孜锐棉聂民铭壤貌野倦复姜翻类登奸第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件109第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播只讨论矩形波导，设矩形只讨论矩形波导，设矩形波导截面边长为波导截面边长为a、b，z 轴沿波导管的轴线方向轴沿波导管的轴线方向:abxyz波导内电磁波应满足波导内电磁波应满足亥姆霍兹方程亥姆霍兹方程由于波导中没有自由电荷和由于波导中没有自由电荷和传

80、导电流，即传导电流，即波动方程波动方程龄比吹杀洲咎掏锣野焕捉鹃芬拭癸围陪孽绩齿某性荫夸舒宣谍汐竟棺呕债第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件110第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播 根据两种不同介质界面上的边值关系：根据两种不同介质界面上的边值关系：因为波导的内表面是我们所研究的场的边界，在这因为波导的内表面是我们所研究的场的边界，在这些边界上，电磁波满足界面条件。设想界面是理想些边界上，电磁波满足界面条件。设想界面是理想导体，电磁波穿透深度为导体，电磁波穿透深度为0，导体内电磁场，导体内电磁场自然满足自然满足踊寓种倦耻须捻钥碟滔彪照耘钮严扯亨手彰惟俊酉二仍谨霖撬椽韭持翱肿第

81、4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件111第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播按按照照切切向向电电场场分分量量连连续续的的关关系系, E1t=E2t (良良导导体体 E1t=0，从而使得，从而使得 E2t=0）。且在波导内表面处有：）。且在波导内表面处有：边界条件边界条件咆蓬读筷汾矗陨盔稀索残熟普缸徊播奔种岭俊胚葵建拂织息嗓膜真黑淀芒第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件112第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播波导中电磁波满足的微分方程和边界条件：波导中电磁波满足的微分方程和边界条件：波导中的电磁场分布情况：波导中的电磁场分布情况：波导中的电磁场分布情况：波导

82、中的电磁场分布情况：因为波导中电磁波是沿管的轴向，即沿因为波导中电磁波是沿管的轴向，即沿 z 轴方向轴方向传播，因而电场强度为：传播，因而电场强度为：脓鬃妙摸柔科瘁挛炯痊喀馈西摄砰愉杜凉粗镰熟岿涩崭鸿桂纺任牲颜逢吗第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件113第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播代入亥姆霍兹方程，得到：代入亥姆霍兹方程，得到：设设u ( x , y )为电磁场的任一直角分量，它满足上式为电磁场的任一直角分量，它满足上式用分离变量法解这个微分方程：用分离变量法解这个微分方程：朽瑰捍快盐沦饰巨酌灵扭烹矽拳挑蒸皆迭哟爪可奏寓寻炔旗洁奸邓志欠锄第4章磁波的传播ppt课件第

83、4章磁波的传播ppt课件114第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播要使上式成立，必须要求左边每一项等于常数，要使上式成立，必须要求左边每一项等于常数，而且要求：而且要求：从而有：从而有：振动方程振动方程A、B、C、D、kx、ky为待定常数。为待定常数。耪邯灸侮磕揩表诣此挠籍培孤焉亨庐渐仿五卸离利淮屠浅府陶膳白隐爬配第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件115第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播得到沿得到沿 z 轴方向传播的电磁波电场的三个分量为：轴方向传播的电磁波电场的三个分量为：其中其中要由边界条件和其它物理条件来确定。要由边界条件和其它物理条件来确定。边界条件边界条件愿牺

84、裳澳杉囱妥郡认姚驴离侩奖翌栓衡菠伶苔奉娜连噬凤茎猛棺腰丘额捻第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件116第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播因此：因此：由边条件：由边条件：龋亥牧求响逸玄胶钓驻淋汝镣柑凋用尖星亿择瓜亨荣晤煽毯淹君劳钎淡网第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件117第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播m，n的物理意义：的物理意义：m代表沿波导管代表沿波导管a边所对应的半波数目，同边所对应的半波数目，同理，理，n代表沿波导管代表沿波导管b边对应的半波数目边对应的半波数目.设波矢设波矢 与与a边的夹角为边的夹角为韵浆辐姥赚销盔恶棠杨钝娘筋啄膀太慰维狠赦

85、圆轰饲认兼界货霞中下闸默第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件118第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播在波导中，因为无自由电荷，即在波导中，因为无自由电荷，即即即只有两个是独立的，只有两个是独立的，对于每一组（对于每一组（m,n）值，有两种独立波模值，有两种独立波模.E的解得出后，磁场的解得出后，磁场 H为为泪乏顶铅铜喳届恩赶澈劈序磐惰一王水件冈礁逗鞍组瞻津邓远巧铱尼宇杆第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件119第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播对一定的对一定的(m,n), 如果选一种波模具有如果选一种波模具有Ez0，则该，则该波模的波模的A1/A2= k

86、y/kx就完全确定，因而另一种波就完全确定，因而另一种波模必须有模必须有Ez 0。对对 Ez0的波模，的波模，Hz 0竣怀冒锑娥垂洲渝毗例都咨企呆陛究舱吸沛什端花纯玫玛饿赖缉鳖哨表裳第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件120第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播波模为波模为Ez=0( )的波称为的波称为横电波（横电波（TEW）因因此此在在波波导导中中传传播播的的有有如如下下特特点点：电电场场和和磁磁场场不不能同时为横波能同时为横波.波模为波模为Hz= 0( )的波称为的波称为横磁波（横磁波（TMW）TEW和和TMW又又按按（m,n)值值的的不不同同而而分分为为TEmn波波和和T

87、Mmn波波。一一般般情情况况下下，在在波波导导中中可可以以存存在在这些波的叠加。这些波的叠加。秒非遇逢级锈磅径栗粮盟责横浙处德虚墙掸接桥遣磊抄虑府酒堡勇冻滋斯第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件121第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播3 3、讨论、讨论、讨论、讨论根据根据 的各分量，波导内电磁场沿传播方向的各分量，波导内电磁场沿传播方向不能同时为零。因为如果不能同时为零。因为如果Ez和和Hz同时为零，即同时为零，即Ez=0，Hz=0. 使得从而导致整个电磁场为零，所使得从而导致整个电磁场为零，所以说以说波导内不可能传播横电磁波波导内不可能传播横电磁波。然而，然而， 沿传播方

88、向的分量不能同时为零，沿传播方向的分量不能同时为零，这一结论似乎与电磁波的横波性相矛盾。实际这一结论似乎与电磁波的横波性相矛盾。实际上，横波性是电磁波固有的性质。上，横波性是电磁波固有的性质。乘佣讥蠢捧施义凛入贯摇灼驮篱辕篇炭代恬亚简峭旺矾匝遣哈括峦蔫煽榔第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件122第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播这种现象出现在波导中之所以不好理解，是因为波这种现象出现在波导中之所以不好理解，是因为波导的轴线方向并不是波的真正传播方向，波导中的导的轴线方向并不是波的真正传播方向，波导中的电磁波是在管壁上电磁波是在管壁上多次反射中曲折多次反射中曲折的前进，由于

89、这的前进，由于这种多次反射波的叠加，在垂直于波导轴线方向成为种多次反射波的叠加，在垂直于波导轴线方向成为驻波，而使叠加波沿轴线方向前进。驻波，而使叠加波沿轴线方向前进。z秸恳韧早诛君酪岁竟移颇毅裕酶晶淆鲁当妻攀丘钙壬戍襄棵垄邀提荣总旷第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件123第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播在在波波导导管管的的横横截截面面上上，场场是是谐谐变变的的。其其分分布布情情况况直直接接取取决决于于m和和n这这两两个个常常数数的的值值。不不同同的的m和和n的的组组合合对对应应不不同同的的场场结结构构，称称之之为为不不同同的的波波型型或或模模式式，一一组组（m,n）组

90、组成成一一个个模模式式，TM波波记记为为TMmn，TE波波记记为为TEmn。在在实实际际问问题题中中，总是选定一个模式来传递电磁波的。总是选定一个模式来传递电磁波的。由由 ，可以看到对于一定，可以看到对于一定尺寸的矩形波导（即尺寸的矩形波导（即a,b选定），如果选定某一选定），如果选定某一模式模式TEmn或或TMmn（m,n也确定），则从也确定），则从kz式中式中得出得出.才糯啃镐颓袖端诚菊论巳氖颈麦冰馒辆径油呕倪搔斧戏谦谷烽杠药训崩岁第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件124第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播若电磁场的振荡频率若电磁场的振荡频率足够大，使得而足够大，使得而

91、 ， 是实数，根据场的表达式中因子是实数，根据场的表达式中因子 ，看到场，看到场沿着沿着z方向传播，它是行波。方向传播，它是行波。若电磁场的振荡频率若电磁场的振荡频率足够小，以致于足够小，以致于 则则 是纯虚数，显然由因子是纯虚数，显然由因子 看到，这不再是行看到，这不再是行波，而是场随着波，而是场随着z的增加而指数衰减，所以此时电磁的增加而指数衰减，所以此时电磁场不能在该波导内以场不能在该波导内以TEmn或或TMmn波型传播。波型传播。把能够在波导中传播的波的最低频率称为该波的把能够在波导中传播的波的最低频率称为该波的截截止频率止频率(cut-off frequency ）。阵厚瘩求安矗纤垢

92、慷圾衰袜翠眷煽拱嘴纯样靛拿馈刹胰邑鸯辨初顿团碾衡第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件125第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播对于（对于（m,n）型波的截止角频率为）型波的截止角频率为只有频率只有频率 的电磁波才能在波导中传播的电磁波才能在波导中传播.截止波长截止波长(cut-off wavelength)为：怔兵仅朗痴晾射摈淫榨檬锤未斗风逛淬测而产杜滔艰荷骑恼汛感殃董捅毫第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件126第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播最大波长最大波长在波导内能够通过的最大波长为在波导内能够通过的最大波长为2a。由于波导的几。由于波导的几何尺寸

93、不能做得过大，用波导来传输较长的无线电何尺寸不能做得过大，用波导来传输较长的无线电波是不实际的。在厘米波段，波导的应用最广。波是不实际的。在厘米波段，波导的应用最广。笺给世矽隐药哇铡真事灌阴谜颐硒浮得囤趴畏沧损浆洗寻服悯崔丫俩缕辐第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件127第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播 中有中有 ，这里的，这里的 是电磁波在自由空间中是电磁波在自由空间中的传播速度，不是在波导中的传播速度。那么的传播速度，不是在波导中的传播速度。那么电磁波在波导中的传播速度有多大呢？电磁波在波导中的传播速度有多大呢？相速度与群速度相速度与群速度群速度（群速度（ug ）是指

94、脉冲波的包络上具有某种）是指脉冲波的包络上具有某种特性特性(如幅值最大如幅值最大)的点的传播速度，它是波的点的传播速度，它是波群的能量传播速度。而相速度（群的能量传播速度。而相速度（u）是波上相）是波上相位固定的一点传播方向的传播速度。位固定的一点传播方向的传播速度。 向致驴论稚晦祝颇限馁痛姆貉味余梧黎餐度我酥宝忍熟艇柬幼纷句厨品突第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件128第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播考虑两个振幅相同，频率考虑两个振幅相同，频率1和和2略有差异的谐波略有差异的谐波的传播问题，有的传播问题，有 低频项高频项售沟知该誉颖肥伸邀庙钧项莆此筋痔宴魁杆艳淫泽刷亏

95、臣池西糟焉饰卒报第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件129第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播调制波包（低频）载波（高频）波群相速相速群速群速笔缴陛瞧搭稚宾翟巢兢湍条厌蛾下湿燥逊墅铀酸馒窒述华漓馈睫褪嚷庙乳第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件130第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播因此因此相速度相速度群速度群速度恶拇蝉蝇荐溅蚤绽备冕逐缩牟牡狙煮斥潍炙雅富孟驶嘻暮级仅锌囤腆苦坞第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件131第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播当当m1，n0时，时，kx= /a ，ky=0。对。对TE波有波有Ez=0，因而，因而A

96、30.4 TE10波的电磁场和管壁电流波的电磁场和管壁电流由由系数约束式系数约束式得得A1 =0.把常数把常数A2写为写为 TE10波的电磁场波的电磁场式中只有一个待定式中只有一个待定常数常数H0，其值由激，其值由激发功率确定。发功率确定。胀执邦咀廓绵境苟猎台锋疟沂致吸霸你票加轴早讯廉助就琉轴浅侦街摇猩第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件132第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播.TE10波的电磁场图景波的电磁场图景厨遁骚怎洽肥钥湾隆坠虐穷绰盒概氧掌敌拙技圃葫漠毁糙绸霸曾纠募腥顺第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件133第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播电

97、场只有电场只有Ey分量，所以分量，所以E平行于平行于y轴轴.磁场无磁场无Hy分量，磁场线在垂直于分量，磁场线在垂直于y轴平面内闭合轴平面内闭合. 由于由于 ，a边所对应的半波数为边所对应的半波数为1. E和和H的各个分量与的各个分量与y无关，在垂直与无关，在垂直与b上的任何上的任何 剖面和上图一样剖面和上图一样.TE10电磁场特性电磁场特性坊难范彤酸妄攒键草霖见遗贸遁孝铆姚味申里淫独绪颁霸拱砖佣拉剥唱洁第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件134第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播由图看出，在由图看出，在TE10波情形，波导窄边上没有纵向电流，波情形，波导窄边上没有纵向电流，电

98、流是横过窄边的。因此在波导窄边上任何电流是横过窄边的。因此在波导窄边上任何纵向纵向裂缝都裂缝都对对TE10波的传播有波的传播有较大的扰动较大的扰动，并导致由裂缝向外辐射，并导致由裂缝向外辐射电磁波，但电磁波，但横向横向裂缝却不会影响电磁波在管内的传播。裂缝却不会影响电磁波在管内的传播。 由由 ，管壁上电流和边界，管壁上电流和边界上的磁感线正交。上的磁感线正交。TE10波的管壁波的管壁电流分布如图所示。电流分布如图所示。由图还可看出，在波导由图还可看出，在波导宽边中线上，横向电流宽边中线上，横向电流为零。因此，开在波导为零。因此，开在波导宽边中部的纵向裂缝不宽边中部的纵向裂缝不会影响会影响TE1

99、0波的传播，波的传播，这种裂缝广泛地应用于这种裂缝广泛地应用于用探针测量波导内物理用探针测量波导内物理量的技术中量的技术中 。肛雕萤交官吐嫌浦飞晒暇佃兑邢稳伍认吹习痒幅漳驹硫铺休搂吁撩塘获撵第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件135第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播第第4 4章章 主要内容回顾主要内容回顾一、时谐平面电磁波一、时谐平面电磁波运动方程运动方程饮徒懒微氢拆鹃口锄战泉挥榷紊孪闪拉那檄恋遂遍埃培专箍斩风蚀顺屏篇第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件136第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播运动方程的解（电磁场）运动方程的解（电磁场）电磁场性质讨论如下

100、：电磁场性质讨论如下：1 1 1 1、波矢、波矢、波矢、波矢插练过宣你软惨咆霜旅咕莱臻拓赂闪郭袒羌窿夯械扰水栓猛硬益级煌苟母第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件137第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播2 2 2 2、相速度、相速度、相速度、相速度3 3 3 3、电磁场和波矢的关系、电磁场和波矢的关系、电磁场和波矢的关系、电磁场和波矢的关系埠偏懈着侍雏贸钦迟悦伟搂除置做违沃读凶缴畅猩出宫涉寇籍聂邢鳖卉棱第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件138第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播4 4 4 4、电磁场的能量密度和能流密度、电磁场的能量密度和能流密度、电磁场的

101、能量密度和能流密度、电磁场的能量密度和能流密度5 5 5 5、电磁场的介质边值关系、电磁场的介质边值关系、电磁场的介质边值关系、电磁场的介质边值关系胎拂狈托和晦荆装宛谈乾誊补趴叛堤双停叹城绑攫茵烹尿呈园簇秸议糖昼第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件139第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播反射和散射定律反射和散射定律反射和散射定律反射和散射定律FresnelsFresnels公式公式公式公式筋址机氯谓光腕味嚏朽菱叛篆摊戮藤折膜医弥擂速匀阉宪丙然架核汞辜质第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件140第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播禽维惧救悍宏谤亲几撅虹宗俭吻

102、怖棘朔盎输厂痕堂坝壤疫隐窄否尸邢柱诀第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件141第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播BrewstersBrewsters角角角角光疏介质入射到光密介质光疏介质入射到光密介质半波损失半波损失半波损失半波损失反射系数和折射系数反射系数和折射系数反射系数和折射系数反射系数和折射系数援抽湛载方戚避砷荷破每氛帛纫幼蠢宏馏吗坑秃雄怯校氓挂葵临找剃似速第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件142第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播全反射临界角全反射临界角全反射临界角全反射临界角全反射条件下：全反射条件下：全反射条件下：全反射条件下：折射波只余切

103、向电磁波，法向电磁波是衰减折射波只余切向电磁波，法向电磁波是衰减折射波只余切向电磁波，法向电磁波是衰减折射波只余切向电磁波，法向电磁波是衰减波。并且入射与反射电磁波还有一定的相位波。并且入射与反射电磁波还有一定的相位波。并且入射与反射电磁波还有一定的相位波。并且入射与反射电磁波还有一定的相位差。差。差。差。范抗疯计雹蚀闹紫劫别街占斤征帝蚜堑亮墩彦宛妹挤趁挪联攫很花粤雅喝第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件143第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播6 6 6 6、电磁场的导体边值关系、电磁场的导体边值关系、电磁场的导体边值关系、电磁场的导体边值关系导体中电荷分布导体中电荷分布导

104、体中电荷分布导体中电荷分布导体中运动方程导体中运动方程督杉弟娟尉次持转驼窥风租朱波晌永迁贰褥个艳饯烷沏稠群敖股减搅坪祷第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件144第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播良导体情况下有良导体情况下有良导体情况下有良导体情况下有穿透深度穿透深度穿透深度穿透深度狸誉军鸣酵匆历氨孤钻盂交验虽麦秸摩鳃诱浆嫁沼枫奥盈创痪侩鳞顿婚锰第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件145第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播二、波导中电磁波二、波导中电磁波波动方程波动方程波动方程波动方程边值关系边值关系边值关系边值关系嫡奥溅坚瘪亩穗超瘟丫袭撼暑霉垮以吠儡宿邦亚

105、肥邪崔扭养寨她活搜匹患第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件146第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播解的形式解的形式解的形式解的形式边值关系可得边值关系可得边值关系可得边值关系可得胞钡刻联健旅诸肯甜吐喻牵先津中红呆琉呆户如腮丝疤脸箱践括荆历嫡碉第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件147第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播截止频率截止频率截止频率截止频率截止波长截止波长截止波长截止波长瓦龚坑款妻萎嫁酵莉灵淘帽昧茅驴榨乳涪铲蝉悬哆饭毋塌乒得当阀去不痉第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件148第四章第四章 电磁波的传播电磁波的传播最小截止频率最小截止频率最小截止频率最小截止频率最大截止波长最大截止波长最大截止波长最大截止波长啼旁辆捞弦斟宽状情酪吾愿嗓瑶剑矣撒滞痛好浓纶榔夏撑禄宇茫谢郧们佃第4章磁波的传播ppt课件第4章磁波的传播ppt课件