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）第六讲 导行电磁波（PPT讲稿）

电磁场与电磁波第六讲导行电磁波分析方法一——一闭域问题山东理工大学电气与电子工程学院

电磁场与电磁波第六讲 导行电磁波分析方法 -闭域问题 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OEOD x(H-H,)=jVxH=j+DSEatBuHaBé, x(E -E,)= 0一VxEat1OEé. ·(B - B,) = 0V.B=0e..(D-D,)=psV.D=p0V..1é, -(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   

导行电磁波被限制在某一特定区域内传播的电磁波导波系统引导电磁波从一处定向传输到另一处的装置常用的导波系统的分类：TEM传输线金属波导管、表面波导。?

5 导行电磁波—— 被限制在某一特定区域内传播的电磁波 常用的导波系统的分类 ： TEM传输线、金属波导管、表面波导。 导波系统 —— 引导电磁波从一处定向传输到另一处的装置

1.TEM波传输线平行线同轴波导

6 1. TEM波传输线

2. 波导管矩形波导圆波导

7 2. 波导管 矩形波导 圆波导

导行电磁波概论均匀波导系统：★结构：无限长，其横截面沿轴向不变，波沿轴向传输★制成材质：理想导体★基本问题：理想介质中无源传输，即p=0，J=0

8 导行电磁波概论 ★ 结构：无限长, 其横截面沿轴向不变，波沿轴向传输 ★ 制成材质：理想导体 ★ 基本问题：理想介质中无源传输，即 ＝0，J ＝0 均匀波导系统:

1、场矢量（解结构）被导电磁波的解结构：由于电磁波沿轴向（z方向）传输，故E(x, y,2)= E(x, y)e-r=H(x, y,=) = H(x, y)e-r2待求场分量包括：H,(x, y,2)= H,(x, y)e-r=E (x, y,2)=E(x, y)e-rH,(x,y,z)= H,(x,y)e-rE,(x, y,2)= E,(x,y)e-rH,(x, y,2)= H.(x, y)e-r=E.(x,y,z)=E.(x,y)e-rz其中：E,(x,y,z)、E,(x,y,z) H,(x,y,z)H,(x,y,2)横向分量E.(x,y,z)H.(x,y,2)纵向分量

9 1、场矢量（解结构） ( , , ) ( , )e ( , , ) ( , )e z z x y z x y x y z x y − −   E E H H = = ( , , ) ( , )e ( , , ) ( , )e ( , , ) ( , )e z x x z y y z z z E x y z E x y E x y z E x y E x y z E x y    − − − = = = E (x, y, z) E (x, y, z) H (x, y, z) H (x, y, z) x 、 y 、 x 、 y 被导电磁波的解结构：由于电磁波沿轴向（z方向）传输，故 ( , , ) ( , )e ( , , ) ( , )e ( , , ) ( , )e z x x z y y z z z H x y z H x y H x y z H x y H x y z H x y    − − − = = = —— 横向分量 E (x, y,z) H (x, y,z) z 、 z —— 纵向分量 待求场分量包括： 其中：

2.场方程（分析方法）根据亥姆霍兹方程VE+kE=0VH+kH=0其场分量形式即为：VE,+kE,=0,VH+kH=0横向场方程V?E,+k'E,=0, V'H,+k'H,=0V'E.+kE.=0, V'H.+k'H.=0纵向场方程利用解形式化简为aa2+k)E(x,y)=0十axayE.(x,y,2)= E.(x,y)e-r=由于8a2H.(x, y,z) = H.(x, y)e-r=+k)H.(x,)=0ovox10

10 0 0 2 2 2 2  E + E =  H + H =     根据亥姆霍兹方程 k ， k 其场分量形式即为： 0 0 2 2 2 2  Ez + k Ez = ， H z + k H z = —— 横向场方程 —— 纵向场方程 2. 场方程（分析方法） 由于 z z z z z z H x y z H x y E x y z E x y   − − = = ( , , ) ( , )e ( , , ) ( , )e 2 2 2 2 2 c 2 2 2 2 2 c ( ) ( , ) 0 ( ) ( , ) 0 z z k E x y x y k H x y x y   + + =     + + =   0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2  + =  + =  + =  + = y y y y x x x x E k E H k H E k E H k H ， ， 利用解形式化简为：