山东理工大学：《电磁场与电磁波》课程教学资源（工程电磁场导论）第五讲 平面电磁波（PPT讲稿）

电磁场与电磁波第五讲平面电磁波分析方法一——一开域问题山东理工大学电气与电子工程学院

电磁场与电磁波第五讲 平面电磁波分析方法 -开域问题 山东理工大学 电气与电子工程学院

2认识电磁问题的基本出发点和强制条件条件出发点Maxwell方程组本构关系边界条件aD x(H-H,)=jVxH=j+DSEatBuHaBé, x(E -E,)= 0一VXEat1OEé. ·(B - B,) = 0V.B=0e..(D-D,)=psV.D=paP0.é, -(Ji - J2) =PatOt

2 2 认识电磁问题的基本出发点和强制条件            =  =    = −    = + D  B t B E t D H J        0 t J     = −   出发点 Maxwell方程组 条 件 本构关系 边界条件 D E B H J E    = = =      1 2 1 2 1 2 1 2 ( ) ( ) 0 ( ) 0 ( ) n S n n n S e H H J e E E e B B e D D   − =  − =  − =  − =        (J J ) 1 2 n S e t    − = − 

3分类认识电磁问题按时间变化情况O0￥0Catat电磁波静态电磁场

3 3 分类认识电磁问题 静态电磁场 0 t  =  0 t    电磁波 按时间变化情况

分类分析时变电磁场问题共性问题个性问题电磁波的电磁波的电磁波的o-0主传输at典型代表辐射、衍射和散射波导均匀平面波天线...第4章第8章第5,6章第7章

4 4 分类分析时变电磁场问题 第4章 电磁波的 典型代表 电磁波的 传输 共性问题 个性问题 电磁波的 辐射、衍射 和散射 第5,6章 第7章 第8章 均匀平面波 波导 天线. 0 t   

分类分析均匀平面波Ojoat均匀平面波无界单一介质空间无界多层介质空间第6章第7章

5 分类分析均匀平面波 第6章 均匀平面波 j t   =  第7章 无界单一介质空间 无界多层介质空间

面对的问题？分析方法？关联的一般性物理问题？应用中的典型问题？

6 面对的问题？ 分析方法？ 关联的一般性物理问题？ 应用中的典型问题？

面对的问题：源?环境？边界？分析方法？关联的一般性物理量？应用中的典型问题？

7 面对的问题： ⚫ 源？ ⚫ 环境？ ⚫ 边界？ 分析方法？ 关联的一般性物理量？ 应用中的典型问题？

基本问题相关概念1）振幅时谐场2）相位>时间相位>空间相位A(r,t)= A(r)cos[ot +Φ(r) + Φ。]>幅角无限大单一媒质空间>初始相位3）等相位面4）等振幅面关注电磁波的传播相关概念E(r,t)=Re[E(r)ejot]无源区中讨论问题E(n)=exE(r)eo()+eyE,(neo()+eE(r)e0)V-E(r)+kE(r)=0复量能反映了任意时刻场量的空间变化规律

8 基本问题 ⚫ 时谐场 ⚫ 关注电磁波的传播 ⚫ 无限大单一媒质空间 0 0 A r t A r t r ( , ) ( ) cos[ ( ) ] = + +    无源区中讨论问题 2 2 ( ) ( ) 0  + = E r k E r c 相关概念 1）振幅 2）相位 ➢时间相位 ➢空间相位 ➢幅角 ➢初始相位 3）等相位面 4）等振幅面 相关概念 ( ) ( ) ( ) ( , ) Re[ ( ) ] ( ) ( ) ( ) ( ) x y z j t j r j r j r x y z x y z E r t E r e E r e E r e e E r e e E r e     = = + + 复矢量能反映了任意时刻 场量的空间变化规律

需要分析的问题ajo二at时谐电磁波的分析场量随空间位置场量随时间变化的规律变化的规律平面波线极化波圆极化波柱面波椭圆极化波球面波（9章）固定位置的瞬时变化情况）固定时刻的复矢量函数

9 需要分析的问题 平面波 柱面波 球面波 （固定时刻的复矢量函数） 时谐电磁波的分析 j t   =  线极化波 圆极化波 椭圆极化波 （固定位置的瞬时变化情况） 场量随空间位置 变化的规律 场量随时间 变化的规律 √ √ √ √ （9章） √

均匀平面波的定义平面波：任意时刻等相位面（波阵面）为平面的波均匀：电磁场的振幅在等相位面上不变均匀平面波电磁波的等相位面为平面，且等相位面上电磁场的振幅也相等特性均匀平面波的等相位面与等振幅面重合或平行在等相位面上电场复矢量为常矢数E(r)等相位面任一时刻等相位面上电磁场的大小和方向不变问题：等相位面上均匀平面波在不同时刻的电磁场也不变吗？10

10 均匀平面波的定义 ⚫ 平面波：任意时刻等相位面（波阵面）为平面的波 ⚫ 均匀平面波 ⚫ 均匀：电磁场的振幅在等相位面上不变 电磁波的等相位面为平面，且等相位面上电磁场的振幅也相等 特 性 ➢ 均匀平面波的等相位面与等振幅面重合或平行 ➢ 在等相位面上电场复矢量为常矢数 ➢ 任一时刻等相位面上电磁场的大小和方向不变 问题：等相位面上均匀平面波在不同时刻的电磁场也不变吗？ E r C ( ) = 等相位面